Demonstrace iontové vodivosti skla a elektrického oblouku v sodíkových parách

Pavel David

Potřeby: rozkladný transformátor 600 Z/12 000 Z, Holtzovy svorky, dva rovné silnější dráty, skleněná trubička o průměru 4 až 6 mm a délce 5 cm, vodiče.

Provedení: Po připojení obvodu (viz obr. 1) na síťové napětí bude mezi elektrodami upevněnými v Holtzových svorkách, tj. na skleněné trubičce vysoké napětí – přibližně 4 500 V! Po počátečným ohřátí skleněné trubičky plamenem kahanu na teplotu 300 °C až 400 °C začne sklem protékat elektrický proud. To se projeví žlutozeleným světélkováním skla. Joulovým teplem se bude teplota skla dále zvyšovat a dojde k uvolňování kationů modifikátorů (sodíku, draslíku, …) ze skla v podobě jejich par.

Při následném oddálení jedné elektrody od skla dojde k zapálení elektrického oblouku hořícího převážně v parách sodíku uvolňovaného ze skla. Plazma vznikající ve výboji vydává žluté světlo způsobené zářením par sodíku. Uvolňované Joulovo teplo ve skle způsobí vysoké zahřátí a změknutí skla, které se vlastní vahou začne deformovat, případně dojde až k jeho tavení.

Poznámky:

1. Záření skla vzniká deexcitací atomů a iontů (především sodíkových) vybuzených uvnitř skla do excitovaných stavů elektrickým polem.

2. Sodík má nízké ionizační napětí. To způsobuje, že obloukový výboj hoří převážně v parách sodíku a září ve žluté barvě.

3. Demonstrovaný výboj napájený střídavým napětím zhasíná stokrát za sekundu a hoří při obou polaritách elektrod, neboť se vytvoří termoemisní skvrny jak na kovové elektrodě, tak v malé plošce na skle, což je velice dobře pozorovatelné.

4. Výbojový kanál je typicky deformován (viz obr. 2) v důsledku snížení hustoty plazmatu výboje následkem jeho vysoké teploty.

5. Omezení výbojového proudu je provedeno impedancí transformátoru, který současně odděluje obvod oblouku od obvodu sítě.

Pozor! Při demonstraci je nutno dodržet bezpečnostní předpisy při práci s vysokým napětím!