Re: [請益] 電漿球裡面的閃電顏色"分佈"？

看板ask-why作者Geigemachen時間14年前 (2009/10/20 17:26)推噓5(5推 0噓 5→)

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※ 引述《alenbe (生活)》之銘言： : ※ [本文轉錄自 Physics 看板] : 但是注意看下面這張圖 : 來源： : http://140.114.80.32/schoolpad/front/bin/ptdetail.phtml?Part=41&Category=17 : 玻璃球內的閃電，可以明顯地看出有兩種顏色 : 靠近中心或玻璃球殼的閃電是粉紅色 : 但是藉於內側與外側之間，也就是閃電匯聚較細的部份 : 是偏向藍光喔！ : 這是為什麼呢？為何球內的閃電會有這種顏色分佈呢？說明：電漿球內部有He與Ne，有時會有Xe與Kr 藍色的線是Plasma filaments形成的通路，會有Plasma_pinch迴旋加速的效果 http://en.wikipedia.org/wiki/Plasma_sphere http://en.wikipedia.org/wiki/Plasma_(physics)#Filamentation http://en.wikipedia.org/wiki/Plasma_pinch : 我猜測，是不是因為電流匯聚成細絲之後，能量更高？或溫度更高？ : 所以導致電漿光輝是從較高的能階跳下來所釋放的光，光色就偏向藍呢？稍後我再找找看藍移的原因這張圖應該是個更強烈類似狀況的類比： http://en.wikipedia.org/wiki/File:Main_tycho_remnant_full.jpg

-- 上月球!月球是中國人吳剛不可分割的一部分抓嫦娥!此女意圖分裂中國領土脫離中國掌握殺玉兔!玉兔為資產階級之玩物!日帝之玩偶! -- ※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc) ◆ From: 118.160.148.18 ※ 編輯: Geigemachen 來自: 118.160.148.18 (10/20 17:31) ※ 編輯: Geigemachen 來自: 118.160.148.18 (10/20 17:33)

推

alenbe

10/20 17:59, , 1^F

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電漿球內部有He或Ne氣體，而Ne氣體發光較強，人眼看到最強的是紅橙色的光。 He的激發電子與Ne原子碰撞後，在Ne的能階釋放紅光，對應於在內部電極弧與外部玻璃罩所看到的紅光。 http://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/e/ed/Hene-2.png

http://en.wikipedia.org/wiki/Neon#Characteristics Neon plasma has the most intense light discharge at normal voltages and currents of all the noble gases. The average color of this light to the human eye is red-orange due to many lines in this range; http://kottan-labs.bgsu.edu/teaching/workshop2001/chapter4a_files/image022.gif

如能階圖所示，HeNe+正離子與電子碰撞結合可放出藍光，紅光，或綠光。下圖大部分的電弧絲filamentation放出白光(應該是接近比例的藍，紅綠光)： (中間點有少部分藍光) http://www.facebook.com/profile.php?id=1015618611&ref=name#/photo.php? pid=30795459&id=1015618611 另一張圖的的電弧絲filamentation就比較藍： http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/26/Plasma-lamp_2.jpg

不同狀況下操作的電漿燈，電弧絲的顏色似乎會在白色到藍色之間變動。我認為外加電壓大(碰撞時動能較大動能比較大)的正離子與電子結合，比較容易放出藍光， (類似地，半導體量子點雷射中也有這種藍移現象)，圖示如下： (向左移動)<=========== 電子e-　　　　　　　正離子HeNe+ ====>(向右移動)　　正離子HeNe+ ====>(向右移動)　[結合放光] (向左移動)<=========== 電子e- 電場E=-dV/dx --> |-----------------------------------|----------------------------------|-->z方向 V1 V2 外加電場的位能越多轉換為動能，也就是靠近兩者路程中間點處，動能較大的正離子與電子結合放光，外加電場所造成的正離子與電子的能量差ΔE=V1*e-V2*(-e)=(V1+V2)*e 從規格得知：http://en.wikipedia.org/wiki/Plasma_sphere#Description 外加電壓頻率為35 kHz, 電壓2–5 kV。若外加電壓增大，正離子HeNe+與電子e-結合所釋放的能量就更大，波長會藍移。從Fermi-Dirac分布來看，就是quasi-Fermi level變高。電弧絲的形成過程說明：發亮的電弧絲表示價電子被游離，正離子與電子的混合氣體形成導電度高的電漿。正離子速度向右，正離子形成的電流造成的磁場在螢幕前是向下，螢幕後向上，造成的磁力是螢幕前向進螢幕，螢幕後向出螢幕，也就是正離子束會互相吸引連成一束，直到磁力與正離子之間的互斥靜電力達到平衡，電弧絲大小就固定了，如下圖被捏爆的可樂罐： http://en.wikipedia.org/wiki/Plasma_pinch#Crushing_cans_with_the_pinch_effect 電子束也同理結成電弧絲，大小固定。正離子束在垂直z方向之間有靜電斥力的位能，電子束也有靜電斥力的位能，兩者結合時放光的波長也會因為靜電斥力位能(略大於正離子與負電間的靜電吸力) 而藍移。外加電壓越大，電流磁效應越強，對應的平衡靜電斥力越大。我現在還想不到怎麼取數值代進去估計，到底我列舉的因素造成的藍移有多大，是不是圖片中藍移的最主要原因。看看各位有想到要怎麼計算的幫個忙，謝啦 ※ 編輯: Geigemachen 來自: 118.160.148.18 (10/21 08:20)

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alenbe

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xiaoa

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xiaoa

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HeNe+有在邊界形成，所以兩張照片中有一張顯示藍色區域小，中間多是白色(藍紅混色)

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xiaoa

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xiaoa

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先簡化問題討論電漿，電漿中的電子離子對的共振比較像是自由電子與離子，而非離散能階的鍵結電子。電漿的共振輻射角頻率ω與波長λ為： ω^2=4πe^2*n_e/m_e ω=5.65*10^4*(n_e)^0.5 n_e的單位是電子離子對的數量/cm^3 λ=[KT/(4πe^2*n_e)]^0.5 K是Boltzmann constant =743( T(eV)/ n_e(cm^-3) )^0.5 (cm) T是電子動能也就是說，外加電壓越高，離子化更多電子，則電漿密度越高，共振波長藍移。藍光區也有可能有部份表現非電漿共振電子發出紅光，只是藍光較強時紅色不明顯，可能只看到混成白光，甚至看起來是藍光下圖中，各個氣體燈中央部份的顏色也與兩端不同： http://en.wikipedia.org/wiki/Gas_discharge_tube

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mtdas

10/21 17:25, , 7^F

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※ 編輯: Geigemachen 來自: 118.160.145.174 (10/22 15:44)

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dra1111

10/22 16:03, , 8^F

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※ 編輯: Geigemachen 來自: 118.160.145.174 (10/22 16:25) ※ 編輯: Geigemachen 來自: 118.160.145.174 (10/22 16:28)

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xiaoa

10/24 15:46, , 9^F

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xiaoa

10/24 15:48, , 10^F

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n_e是＂電漿中單位體積的自由電子數＂，要講成＂成因是非熱電漿的原理＂是互相矛盾的。這篇PRL就說明了電漿的電子密度造成電漿波頻率上升一事，並且還考慮隨有限時間離子化的現象也納入考慮。 http://prola.aps.org/abstract/PRL/v61/i3/p337_1 Phys. Rev. Lett. 61, 337 - 340 (1988) Frequency Up-Conversion of Electromagnetic Radiation with Use of an Overdense Plasma It is found that this results in an upward shifting of the wave frequency, which can be varied by changing of the plasma density. It is also found that a substantial fraction of the magnetic field associated with the initial wave can be sustained in the plasma as a time-independent magnetic field. Computer simulations have been used to study this process in detail, including the effects of finite ionization time. http://en.wikipedia.org/wiki/Degree_of_ionization A Plasma lamp, illustrating a low degree of ionization (ie. a partially ionized gas) 這篇的圖說文字認為電漿燈說明了低度離子化, ie.(id est,這就是)部份氣體離子化的現象你如果有更好的解釋，就列出專書或期刊中的等式或模擬來說明好了 ※ 編輯: Geigemachen 來自: 118.160.151.2 (10/24 23:42) ※ 編輯: Geigemachen 來自: 118.160.151.2 (10/24 23:43) ※ 編輯: Geigemachen 來自: 118.160.151.2 (10/24 23:44)

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