等离子球——魔灯

【仪器介绍】

如图如44-1所示，等离子球：又称为电子魔球、魔灯、闪电球、辉光球等。球体发出的负离子具有净化空气的作用。外观为高强度玻璃球壳，球内充有稀薄的惰性气体，玻璃球中央有一个黑色球状电极。球的底部有一块震荡电路板，通过电源变换器，将低压直流电转变为高压高频电压加在电极上。

【操作与现象】

开启电源后，可以看到一些辐射状的辉光，绚丽多彩，光芒四射。当用手触及球时，光线在手指的周围处变得更为明亮，产生的弧线顺着手的触摸移动而游动扭曲。如图44-2所示。

【原理解析】

在通常情况下，气体中的自由电荷极少，是良好的绝缘体。但在某些外界因素（如紫外线、X射线以及放射线的照射、强电场或者气体加热等）的作用下，气体分子可发生电离，气体中出现电子和离子，这时在外电场作用下，电子和离子作定向漂移运动，气体就导电。电流通过气体，我们称之为“气体放电”。“气体放电”的形式很多，如火花放电，弧光放电等，即是气体在常压下放电。而“等离子球”是低压气体（或叫稀疏气体）在高频强电场中的放电现象。

对辉光球通电后，震荡电路产生高频电压电场，球内稀薄气体将会在高频电场的电离作用呈现不断激发、碰撞、电离、复合的物理过程。由于电极上电压很高，故激发所产生的光是一些辐射状的辉光，绚丽多彩，光芒四射。玻璃球内所充的气体不同，球内压强不同（即不同的真空度），所产生的辉光的颜色也不同。在自然界中这种现象也是存在的，北极光就是一种辉光，它是位于海平面以上800-1000公里的高空的气体，由于受到外界空间高速粒子的轰击，而发出的冷辉光所形成的极光束。

辉光球工作时，在球中央的电极周围形成一个类似于点电荷的场，玻璃球壳可以看做一个大致均匀的电极。一般情况下，辉光大致是辐射状均匀分布的。而当用手（人与大地相连）触及球时，球周围的电场、电势分布不再均匀对称，因此光线在手指的周围处变得更为明亮，产生的弧线顺着手的触摸移动而游动扭曲。同样地，辉光盘（如图44-3所示）和辉光球是一样的原理，在内部结构上是相同的，只是在外壳上有所不同，因此呈现的辉光形状分布也不同。

【应用实例】

在日常生活中，低压气体中显示辉光的放电现象，也有广泛的应用。例如，在低压气体放电管中，在两极间加上足够高的电压时，或在其周围加上高频电场，就使管内的稀薄气体呈现出辉光放电现象，其特征是需要高电压而电流密度较小。辉光的部位和管内所充气体的压强有关，辉光的颜色随气体的种类而异。荧光灯、霓虹灯的发光都属于这种辉光放电。

霓虹灯，即氖灯。是一种冷阴极放电管，把直径为12-15毫米的玻璃管弯成各种形状，管内充以数毫米汞柱压力的氖气或其他气体，每1米加约1000伏的电压时，依管内的充气种类，或管壁所涂的荧光物质而发出各种颜色的光，多用此作为夜间的广告等。若把电容器接在霓虹灯两极上，则可做成时亮时灭的霓虹灯广告。电容器的电容大，亮灭循环的时间长；电容器电容小，则亮灭的时间较短。霓虹灯需要电压较高。灯管越细，越长需要的电压就越高。

日光灯，亦称“荧光灯”。一种利用光质发光的照明用灯。灯管用圆柱形玻璃管制成，实际上是一种低气压放电管。两端装有电极，内壁涂有钨酸镁、硅酸锌等荧光物质。制造时抽取空气，充入少量水银和氩气。通电后，管内因水银蒸气放电而产生紫外线，激发荧光物质，使它发出可见光，不同发光物质产生不同颜色，常见的近似日光（荧光物质为卤磷酸钙）。荧光灯光线柔和，发光效率比白炽灯高，其温度约在40-50摄氏度，所耗的电功率仅为同样明亮程度的白炽灯的1/3 – 1/5 。广泛用于生活和工厂的照明光源。

还有一种是氙灯，氙灯是一种高辉度的光源。它的颜色成分与日光相近故可以做天然色光源、红外线、紫外线光源、闪光灯和点光源等，应用范围很广。其构造是在石英管内封入电极，并充入高压氙气而制成的放电管。在稀有气体中，氙的原子序数大，电离电压低，容易产生高能量的连续光谱，并且因离子的能量小，电极的寿命长达数千小时。因点灯需要高电压，要使用附属的启动器、安定器、点灯装置等。

现在已有USB供电的等离子球，其电压为５－１２Ｖ左右，直接插在电脑USB接口上就能用，适用于家庭、酒吧、茶坊、餐厅、咖啡馆、舞厅等。是作为馈赠亲友的良好礼品。亦可用于新产品发布会，新闻发布会，科教馆展览展示，开幕式启动仪式，代理商促销礼品等。