Scaricare Elettrica Nei Gas Rarefatti

Scaricare Elettrica Nei Gas Rarefatti  elettrica nei gas rarefatti

Scarica elettrica nei gas rarefatti. L'aria ed i gas in condizioni normali di pressione atmosferica sono pessimi conduttori di corrente elettrica. Ma a bassa. Scariche elettriche nei gas. Per osservare il fenomeno della scarica elettrica in un gas, lo si racchiude in un tubo trasparente, fissando in tal modo il tipo di gas ( o. la corrente nei gas non segue la legge di Ohm, e quindi non è possibile stabilire la . L'aspetto della scarica nel gas rarefatto varia con la pressione del gas. LA SCARICA ELETTRICA NEI GAS RAREFATTI Lo studio del passaggio dell' elettricità in gas rarefatti iniziò verso la metà dell' Le osservazioni vennero. Tubo per il passaggio dell'elettricità nei gas. (tubo di minosi di origine elettrica nei gas rarefatti risalgono scarica, di color rosa, riempie quasi tutto il tubo, for-.

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La ionizzazione di un gas è un processo per il quale un gas, inizialmente neutro, viene ionizzato facendo passare una corrente elettrica. È anche noto come scarica elettrica , o se la corrente che fluisce nella scarica è molto elevata arco elettrico. Il fenomeno della scarica nei gas [1] coincide con la rottura dielettrica del materiale, quando il materiale è un gas.

Generalmente, dal punto di vista microscopico questi metodi per formare una scarica o plasma sono tutti equivalenti: viene fornita dell'energia agli elettroni legati ai nuclei , che a un certo punto si liberano dal legame col nucleo. Elettroni liberi collidono con altri atomi neutri, liberando ancora più elettroni, e il processo poi procede a cascata fino a un equilibrio, che dipende unicamente dalla pressione del gas e dal campo elettrico applicato.

La condizione iniziale è che gli elettroni abbiano un'energia cinetica maggiore del potenziale di ionizzazione dell'elemento usato per la scarica. Poiché il potenziale di prima ionizzazione cioè, l'energia necessaria per strappare il primo elettrone al nucleo è compreso fra 5 e 25 eV vedi figura , questo valore fornisce la soglia in energia necessaria agli elettroni per ionizzare il gas.

A questa massa apparente si dà il nome di massa elettromagnetica. Se fosse vera questa interpretazione della massa dell'elettrone, si potrebbe per mezzo della 11 calcolare il raggio dell'elettrone conoscendone la carica elettrica e la massa.

Il raggio risulterebbe precisamente di 1,4. Il problema di sapere se, e fino a che punto, si possa parlare d'un raggio dell'elettrone è fino ad oggi completamente insoluto, ed è intimamente collegato al problema della determinazione delle alterazioni ancora sconosciute che subiscono le leggi dell'elettrodinamica quando si applicano a sistemi di dimensioni notevolmente più piccole di quelle dell'atomo. Secondo la teoria della relatività la legge classica della meccanica del punto, massa per accelerazione forza, è una legge di prima approssimazione, alla quale, per corpi dotati di velocità dell'ordine di grandezza della velocità della luce, si deve sostituire la legge relativistica.

Kauffmann, A. Oltre all'avere una carica elettrica e una massa con i valori che abbiamo indicato, l'elettrone ha anche altre proprietà che sono risultate principalmente dagli studî spettroscopici v. Per spiegare la struttura degli spettri atomici e del sistema periodico degli elementi è stato infatti necessario ammettere che l'elettrone abbia una quantità di moto areale intrinseca rispetto al proprio centro e un momento magnetico coassiale con questa.

A tale ipotesi, proposta per la prima volta da G.

Scariche elettriche in gas rarefatti

Uhlenbeck e S. Goudsmit, si dà il nome di ipotesi dell'elettrone rotante; essa infatti potrebbe interpretarsi formalmente pensando l'elettrone animato da un moto di rotazione attorno a sé stesso, che spiegherebbe l'esistenza simultanea della quantità di moto areale e del momento magnetico. Naturalmente questa interpretazione non è in alcun modo da prendersi alla lettera; oggi anzi si ritiene generalmente che queste proprietà dell'elettrone siano un'estrinsecazione di fenomeni relativistici.

Gli elettroni sono uno dei costituenti essenziali di tutti gli atomi nei quali essi sono sempre presenti in numero maggiore o minore; per le proprietà dell'elettrone nell'atomo, v. Essendo contenuti in tutti gli atomi, gli elettroni sono naturalmente sempre presenti in qualsiasi sostanza e contribuiscono a determinare le proprietà fisiche. Una delle proprietà che più direttamente dipende dalla presenza degli elettroni è la conducibilità elettrica; propriamente la conducibilità elettrica dei metalli e non quella degli elettroliti v.

Invece si ritiene che nei metalli si abbia un certo numero di elettroni liberi di muoversi, i quali possono in qualche modo assimilarsi a un gas di elettroni che permea gl'interstizî della struttura atomica del metallo.

Tubo rettilineo per la scarica nei gas

Gli elettroni che si trovano nell'interno dei metalli, o delle altre sostanze, ne possono venire estratti per mezzo dell'azione della luce. Se s'illumina la superficie d'un metallo con luce di frequenza conveniente, si osserva infatti che da esso si liberano degli elettroni. Il fenomeno prende il nome di effetto fotoelettrico v. In genere la soglia fotoelettrica è piuttosto bassa per i metalli, in particolare per i metalli alcalini, mentre è più elevata per le altre sostanze per le quali l'effetto fotoelettrico si produce solo con radiazioni molto ultraviolette.

Gli elettroni possono venire estratti da un metallo anche per semplice azione della temperatura. Infatti dalla superficie di un metallo scaldato a temperatura molto elevata si liberano spontaneamente degli elettroni; questo fenomeno si dice effetto termoionico v.

La quantità degli elettroni liberati da un metallo per effetto termoionico cresce assai rapidamente con la temperatura; essa dipende inoltre dalla natura del metallo ed è assai influenzata dallo stato della sua superficie; bastano infatti tracce d'impurità presenti sulla superficie per alterare moltissimo l'intensità dell'emissione.

L'effetto termoionico ha importantissime applicazioni tecniche nelle lampade a tre elettrodi triodi usate in radiotelegrafia e radiotelefonia, e nelle lampade a due elettrodi diodi usate per rettificare le correnti alternate. La corrente che attraversa queste lampade è infatti costituita dagli elettroni emessi dal filamento caldo per ottenere un'emissione particolarmente intensa; i filamenti vengono spesso coperti da un sottilissimo strato di ossidi metallici o di altre opportune sostanze che ne elevano grandemente il potere termoionico.

La scarica nei gas

I due effetti fotoelettrico e termoionico sono intimamente connessi, poiché dipendono ambedue dall'energia di estrazione degli elettroni, cioè dall'energia necessaria per portare un elettrone fuori del metallo. Quanto minore è tale energia, tanto più intensa, a parità di temperatura, è l'emissione termoionica di elettroni. La relazione precedente s'interpreta osservando che, per poter estrarre l'elettrone dal metallo, occorre che l'energia a esso comunicata dalla luce, che è eguale a un quanto hv , sia almeno eguale all'energia di estrazione.

Infine le energie di estrazione sono legate in modo assai semplice all'effetto Volta, cioè alla differenza di potenziale che si stabilisce spontaneamente tra due metalli diversi posti in contatto.

Oltre a essere il costituente della parte esterna dell'atomo, gli elettroni sono certamente presenti anche nell'interno dei nuclei v. I raggi sono una radiazione simile, sotto molti aspetti, ai raggi catodici; essi sono costituiti da elettroni velocissimi che vengono proiettati spontaneamente fuori dal nucleo di alcuni elementi radioattivi; la loro velocità è in genere poco inferiore a quella della luce, e la loro energia è dell'ordine di grandezza di quella che avrebbero elettroni catodici prodotti in un tubo di scarica azionato da una differenza di potenziale di qualche milione di volt.

Le idee dei fisici sopra la natura degli elettroni, come del resto su quella di qualsiasi corpuscolo, hanno subito negli ultimi anni un notevole cambiamento, determinato sostanzialmente dai progressi della teoria dell'atomo.

Si è riconosciuto infatti che l'ordinaria descrizione cinematica del moto di un punto materiale è insufficiente alla rappresentazione della meccanica dei corpuscoli di dimensioni atomiche o ultratomiche. Senza entrare in particolari v.

Fenomeni d'interferenza dei raggi elettronici sono stati effettivamente osservati da G. Davisson, L. Diminuendo ancora la pressione, la colonna positiva fig.

Abbassando la pressione al disotto di qualche decimo di millibar, la colonna positiva fig. In tali condizioni compare una tipica fluorescenza verde sulla parete del tubo, dovuta a raggi catodici, cioè a elettroni emessi dal catodo; a questo tipo di s.

La corrente di s. Perché la s.

Nel gas sono infatti sempre presenti, anche se in numero assai basso, elettroni e ioni prodotti da fenomeni di ionizzazione naturale a opera delle tracce di sostanze radioattive presenti nella crosta terrestre, dei raggi ultravioletti solari, della radiazione cosmica ecc. Al mantenimento della s. Le applicazioni pratiche della s. I fenomeni che determinano la ionizzazione di un gas in un tubo furono studiati dal fisico inglese John Sealy Townsend intorno al : il regime in cui questi fenomeni sono validi è detto regime della scarica oscura, o scarica di Townsend [3].

Le correnti più basse punto A della curva caratteristica sono dell'ordine del p A o anche meno, e sono sotto forma di impulsi casuali "burst" di corrente, dovuti a sorgenti esterne, come radioattività naturale e raggi cosmici.

Se viene applicata tensione agli elettrodi, gli elettroni cominciano ad essere emessi dall'elettrodo negativo catodo , inizialmente per fotoemissione.

La corrente raggiunta è detta corrente di saturazione , ed è chiamata I 0. Poiché il valore della corrente di saturazione dipende dal modo con cui dall'esterno si è aumentata la tensione, e dalla quantità di elettroni iniziali, ci possono essere molte curve come la A - B , con differenti valori di corrente di saturazione per esempio, come in figura i tratti A - B , A' - B' , eccetera.

Questa proprietà della parte iniziale della curva caratteristica di un tubo di scarica viene utilizzata per esempio nei contatori Geiger : il tratto A - B viene pertanto chiamato talvolta anche regime Geiger.

Aumentando ancora la tensione, gli elettroni liberi vengono accelerati sufficientemente da potere collidere con atomi neutri, producendo nuovi elettroni liberi ionizzazione per collisione. L'elettrone iniziale, più quello emesso per collisione, possono venire riaccelerati, per collidere con altri atomi neutri.

Questo produce un effetto a valanga, noto come scarica a valanga , o di Townsend tratto B - C della curva caratteristica. Esso rappresenta il numero di elettroni prodotti per unità di lunghezza del tubo di scarica.

Inoltre, esso obbedirà alla legge di Saha per la ionizzazione della specie di gas contenuta nel tubo:. Unendo le due relazioni scritte si ottiene:.

La scarica a bagliore; lampade a gas

A questo punto, si tiene conto che il libero cammino medio è inversamente proporzionale alla pressione nel tubo di scarica, e quindi:. Il risultato notevole è che i valori delle due costanti dipendono dal tipo di gas, e dai due parametri E e p , ma non dalla forma o dal materiale dell'elettrodo. Questo avviene nella transizione da scarica oscura a scarica a bagliore, cioè nel tratto C-D-E della curva caratteristica.

Il regime in cui la scarica si sostiene da sola è chiamato anche scarica auto-sostenuta di Townsend punto D della curva caratteristica , ed è caratterizzato da un ancora più marcato aumento della corrente nel tubo. Risolvendo l'esponenziale si ottiene subito:. Il valore tipico di corrente per una scarica a bagliore è delle decine di milli ampere , quindi relativamente bassa: benché gli elettroni possano avere temperature intorno ai kelvin , gli ioni sono a temperatura ambiente.

Normalmente, per ottenere una scarica in corrente continua è necessario sapere, per una data lunghezza del tubo d e per un dato valore della pressione p , e per un dato tipo di gas, quale sia la tensione che bisogna applicare per ottenere l'innesco: questo è un problema comune, dalla xerografia , fino all'innesco nei ben più complicati esperimenti di fusione nucleare che utilizzano plasmi.

Le espressioni finora fornite sono tuttavia abbastanza implicite, perché richiedono la conoscenza precisa dei due esponenti di Townsend. Risolviamo l'esponenziale al membro di sinistra, e otteniamo subito un'espressione per la tensione di innesco:. L'esposizione fin qui fatta della scarica a bagliore e dell'innesco presuppone la presenza di elettrodi piani o cilindrici.

Intensità di correnti elettriche nei gas - ultima parte

Quando invece il catodo ha la forma di punta o un filo , il campo elettrico è più intenso in prossimità della punta stessa, per il noto potere disperdente delle punte. Di conseguenza, la scarica a corona ha una grande importanza in campo applicativo, come per esempio:. In riferimento alla curva caratteristica, la scarica a corona si situa in una zona instabile fra la scarica auto-sostenuta di Townsend e la glow, nel tratto D-E della curva stessa: infatti, l'innesco avviene nel volume attivo, e non ha coinvolto tutto il volume occupato dal gas.

Finora abbiamo considerato la scarica a bagliore cosiddetta "normale" punto G della curva caratteristica , per la quale la tensione è sostanzialmente indipendente dalla corrente, e solo una piccola porzione della superficie del catodo è interessata dal passaggio di corrente.

Quando il processo di emissione di elettroni coinvolge tutta la superficie del catodo, allora la tensione non è più indipendente dalla corrente, ma è circa proporzionale: con riferimento alla curva caratteristica, si passa da G ad H.