Lampara De Plasma

INTRODUCCION

La lámpara de plasma que conocemos fue inventada por Bill Parker, a partir de los trabajos llevados a cabo en 1894 por el físico Nikola Tesla, que experimento con corrientes de alta frecuencia en tubos de cristal. Una lámpara de este tipo es, por lo general una esfera de cristal transparente, llena de gases nobles (xenón kriptón y/o neón) a baja presión, sobre el que se le aplica una corriente alterna de alta frecuencia y alto voltaje (aproximadamente 35 KHz y 2-5kv), que es generada por un transformador de alta tención una esfera más pequeña en su centro funciona como un electrodo.

Los destellos centelleantes se producen por la ionización de los gases encerrados, dando lugar a plasma (cuarto estado de la materia), similar a los rayos. Esto se produce porque los electrones acelerados por el campo eléctrico creado por el electrodo esférico central arrancan electrones de los átomos del gas noble que hay en su interior, los cuáles, al recapturar otros electrones, emiten luz, lo que indica la trayectoria que van siguiendo los primeros, hasta límites de la esfera de cristal, donde el potencial eléctrico es menor.

La colocación de una mano cerca del cristal altera el campo eléctrico de alta frecuencia, causando un único rayo dentro de la esfera en dirección al punto de contacto. El color de los rayos depende de la mezcla de los gases inertes que hay en su interior.

LÁMPARA DE PLASMA

Un dispositivo con una física muy interesante -consta de una esfera de vidrio en la que se ha introducido un gas --típicamente un gas noble como helio (He) o argón (Ar), o una mezcla de ambos--, a muy baja presión --típicamente unos 100 Pa (pascales, por Blaise Pascal), es decir, una presión mil veces menor que la atmosférica (100.000 Pa)--. En el centro de la esfera se encuentra una bobina de Tesla --por Nikola Tesla, su inventor--, que es un transformador de corriente alterna --el Principio de Inducción de Faraday impide que haya transformadores de corriente continua-- que consigue a partir de una corriente de diferencia de potencial de 220 V (voltios, por Alejandro Volta) elevar la diferencia de potencial entre el electrodo y las paredes de vidrio hasta los 9.000 V.

Con esta diferencia de potencial entre el electrodo en el centro de la esfera --supongamos que de radio 10 cm-- y sus paredes de vidrio, que estarían a un voltaje cero, se crea un campo eléctrico E muy intenso --del orden de 90.000 V dividido metro. Cuando un electrón, que puede provenir de cualquier átomo del gas de la esfera, se encuentra en ese campo eléctrico, experimenta una fuerza, F, puesto que se trata de una partícula con carga eléctrica negativa, igual al producto del campo eléctrico creado, multiplicado por su carga, F=qE.

La fuerza ejercida por el campo eléctrico sobre la partícula cargada se transforma en trabajo W realizado sobre la misma a medida que la partícula se desplaza una distancia d, pues el trabajo es igual a la fuerza aplicada por el desplazamiento de dicha fuerza --que, en este caso, coincide con el desplazamiento del electrón--, W=Fd, es decir, W=qEd. Este trabajo realizado sobre el electrón se traduce en un aumento de la energía cinética --igual a la masa del electrón multiplicada por su velocidad al cuadrado y dividido todo por 2-- del mismo, de acuerdo con el Teorema Trabajo-Energía (en la literatura anglosajona) o Teorema de las Fuerzas Vivas (en la literatura en castellano), W= K, es decir qEd = (m v^2)/2.

El punto clave para entender el funcionamiento de la lámpara de plasma es el siguiente. Para que muchos electrones participen en la carrera y se pueda ver el rastro que van dejando a su paso, es necesario que el primer electrón golpee a un átomo de He o Ar con energía suficiente como para arrancarle uno de sus electrones más externos --los átomos son núcleos de protones, con carga eléctrica positiva, y neutrones, sin carga eléctrica, unidos mediante la fuerza Fuerte, rodeados de electrones que se van disponiendo en capas cada vez más alejadas del núcleo--, entrando un segundo electrón en la carrera. La energía que se necesita para conseguirlo en los átomos de He o Ar es del unos 10 electron-volt --que es una unidad de energía igual al producto de la carga del electrón multiplicada por una diferencia de potencial de 1 V--.

Cada uno de estos dos electrones que ahora están libres se acelerará y arrancará otros dos y ya serán 4 electrones acelerándose, y así, 8, 16, 32, etc., sucesivamente hasta tener un conjunto de iones positivos, átomos a los que les falta un electrón, y electrones negativos. Este conjunto de iones positivos y electrones negativos es lo que se denomina un plasma, lo que da el nombre a la lámpara.

Así, si un electrón consigue moverse en ese campo eléctrico de 90.000 V/m,

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