Ich weiß, dass die in der Tesla-Spule verwendete Sekundärspule elektromagnetische Wellen in die Umgebung abstrahlt. Diese Strahlung bringt die Elektronen im Leuchtstoff des Lichts zum Schwingen und sendet Photonen aus.
Meine Frage ist,
Regt dieses oszillierende elektromagnetische Feld (i) die Elektronen im fluoreszierenden Material direkt an, oder (ii) regt es das Gas zur UV-Emission an, was wiederum das fluoreszierende Material anregt?
Teslaspulen erzeugen ein elektromagnetisches Feld mit einer Frequenz im Radiowellenbereich. Wenn (i) (in Q1) wahr ist, wie regen dann niederfrequente Radiowellen das fluoreszierende Material an, sichtbares Licht (höherer Frequenz) zu emittieren?
Wenn (ii) wahr ist, wie können Radiowellen dann Gasmoleküle dazu anregen, UV zu erzeugen?
Die von einer Tesla-Spule emittierten hochfrequenten Photonen sind viel zu niederenergetisch, um Atome direkt zur Emission sichtbarer (~2 eV) oder UV-Photonen (~6 eV) anzuregen. Ein 1-MHz-Radiophoton ( ) ist auch viel zu energiearm, um ein Atom zu ionisieren, was ~ 10 eV erfordert.
Was tatsächlich passiert, ist, dass das nahe elektrische Feld der Tesla-Spule alle freien Elektronen im Niederdruckgas der Röhre beschleunigt. Diese Elektronen nehmen genug Energie auf, bevor sie mit einem anderen Gasatom kollidieren, dass sie dieses Gasatom ionisieren. Die ionisierten Elektronen werden dann beschleunigt und ionisieren weitere Atome. Wenn Elektronen auf die ionisierten Atome zurückfallen, wird sichtbares Licht (wie in einer mit Neon gefüllten Röhre) oder UV-Licht (von Quecksilberdampf in einer Leuchtstoffröhre) emittiert. Die Leuchtstoffbeschichtung auf der Innenseite der Leuchtstoffröhre wird durch die UV-Photonen oder direkt durch die beschleunigten Elektronen angeregt.
Nehmen wir für einige Zahlen an, dass die Spitzenspannung zwischen den Enden einer 1 Meter langen Tesla-Spule ist Volt. Das nahe elektrische Feld ist dann . Die mittlere freie Weglänge eines Elektrons im Niederdruckgas (Druck = 100 um Hg) beträgt ~1 mm. Dadurch wird das Elektron auf ~100 eV beschleunigt, was mehr als genug Energie ist, um ein Atom zu ionisieren.
Das von einer Tesla-Spule erzeugte oszillierende elektrische Feld regt das Gas, üblicherweise Quecksilberdampf, innerhalb des fluoreszierenden Lichts an, das ein UV-Licht erzeugt, das wiederum das fluoreszierende Material, üblicherweise eine Phosphorbeschichtung, anregt, das sichtbares Licht erzeugt .
Die Moleküle des fluoreszierenden Materials können durch hochenergetisches (hν) UV angeregt werden, können jedoch nicht durch niederenergetische HF angeregt werden.
Die Antwort auf Ihre erste Frage lautet also (ii).
Was Ihre dritte Frage betrifft, so ähnelt der Mechanismus der Anregung von Gasmolekülen in einer Leuchtstofflampe durch eine Tesla-Spule dem Mechanismus hinter dem normalen Betrieb des Leuchtstofflichts: Es ist ein starkes elektrisches Feld, das Gase ionisiert.
Im Normalbetrieb wird eine relativ niedrige Wechselspannung direkt an die Elektroden des Kolbens angelegt.
Bei einer Tesla-Spule wird eine sehr hohe Wechselspannung an einen Stromkreis angelegt, der die Glühbirne und eine sehr kleine parasitäre Kapazität zwischen der Spule, der Glühbirne und anderen Objekten in der Nachbarschaft enthält. Infolgedessen wird nur ein kleiner Bruchteil der Spulenspannung an die Glühbirne angelegt, aber wenn man bedenkt, dass selbst eine kleine Tesla-Spule Spannungen in der Größenordnung von Hunderten von Kilovolt erzeugen kann, könnte ihr kleiner Bruchteil ausreichen, um das Gas zu ionisieren.
- Wenn (ii) wahr ist, wie können dann Radiowellen Gasmoleküle dazu anregen, UV zu erzeugen?
ii) was passiert, i) es ist unwahrscheinlich, dass es passiert, da Hochfrequenzen normalerweise keine starken Emissionen mit höheren Frequenzen anregen und ein elektrischer Zusammenbruch in Festkörpern eine viel höhere elektrische Feldstärke erfordert.
Die Tesla-Spule erzeugt zwar Radiowellen, aber diese erregen nicht die Gasmoleküle. Es ist das elektrische Feld in der Nähe der Tesla-Spule, wo es stark genug ist, um einen elektrischen Durchschlag zu induzieren des verdünnten Gases.
In der Nähe der Tesla-Spule ähnelt das elektrische Feld eher einem radialen elektrischen Feld, das von der Spule kommt, als einem transversalen Feld einer Radio-EM-Welle. Wenn Sie eine Quecksilberlampe weiter von der Spule entfernt platzieren, ist ein elektrisches Feld ähnlich einer ebenen EM-Welle vorhanden, aber seine Stärke wird viel geringer sein, der Durchschlag wird nicht auftreten und die Lampe wird kein Licht emittieren.
Beim Zerfall werden Moleküle angeregt und einige von ihnen zerreißen in geladene Bestandteile – quasi freie Elektronen und positive Ionen. Wenn diese schließlich wieder zusammenkommen (rekombinieren), wird EM-Strahlung mit Linienspektrum erzeugt. Einige dieser Linien liegen im UV-Bereich (sichtbare und UV-Strahlung ist typisch für elektrische Entladungen in Gasen).
Archisman Panigrahi