den enkleste typen glødutladning er en likestrømslydutladning. I sin enkleste form består den av to elektroder i en celle holdt ved lavt trykk (0,1-10 torr; omtrent 1 / 10000th til 1/100th av atmosfærisk trykk). Et lavt trykk brukes til å øke middelfri bane; for et fast elektrisk felt tillater en lengre middelfri bane en ladet partikkel å få mer energi før den kolliderer med en annen partikkel. Cellen er vanligvis fylt med neon, men andre gasser kan også brukes. Et elektrisk potensial på flere hundre volt påføres mellom de to elektrodene. En liten del av populasjonen av atomer i cellen blir i utgangspunktet ionisert gjennom tilfeldige prosesser, for eksempel termiske kollisjoner mellom atomer eller ved gammastråler. De positive ionene drives mot katoden av det elektriske potensialet, og elektronene drives mot anoden av det samme potensialet. Den første populasjonen av ioner og elektroner kolliderer med andre atomer, spennende eller ioniserende dem. Så lenge potensialet opprettholdes, forblir en populasjon av ioner og elektroner.
Sekundær emisjonrediger
noen av ionenes kinetiske energi overføres til katoden. Dette skjer delvis gjennom ioner som rammer katoden direkte. Den primære mekanismen er imidlertid mindre direkte. Ioner treffer de flere nøytrale gassatomer, og overfører en del av deres energi til dem. Disse nøytrale atomer slår deretter katoden. Uansett hvilken art (ioner eller atomer) treffer katoden, omfordeler kollisjoner i katoden denne energien, noe som resulterer i elektroner utkastet fra katoden. Denne prosessen er kjent som sekundær elektronutslipp. Når den er fri for katoden, akselererer det elektriske feltet elektroner inn i hoveddelen av glødutladningen. Atomer kan da bli opphisset av kollisjoner med ioner, elektroner eller andre atomer som tidligere har blitt opphisset av kollisjoner.
Lysproduksjonredit
når de er opphisset, vil atomer miste sin energi ganske raskt. Av de ulike måtene at denne energien kan gå tapt, er det viktigste radiativt, noe som betyr at en foton frigjøres for å bære energien bort. I optisk atomspektroskopi kan bølgelengden til denne fotonen brukes til å bestemme atomets identitet (det vil si hvilket kjemisk element det er) og antall fotoner er direkte proporsjonal med konsentrasjonen av det elementet i prøven. Noen kollisjoner (de med høy nok energi) vil forårsake ionisering. I atommassespektrometri oppdages disse ioner. Deres masse identifiserer typen atomer og deres mengde avslører mengden av det elementet i prøven.
RegionsEdit
illustrasjonene til høyre viser de viktigste områdene som kan være til stede i en glødutladning. Regioner beskrevet som «lyser» avgir betydelig lys; regioner merket som «mørke mellomrom» gjør det ikke. Når utslippet blir mer utvidet (dvs.strukket horisontalt i illustrasjonens geometri), kan den positive kolonnen bli strikket. Det vil si at vekslende mørke og lyse områder kan danne seg. Komprimering av utslippet horisontalt vil resultere i færre regioner. Den positive kolonnen vil bli komprimert mens den negative gløden forblir i samme størrelse,og med små nok hull vil den positive kolonnen forsvinne helt. I en analytisk glødutladning er utladningen først og fremst en negativ glød med mørk region over og under den.
Katodelagrediger
katodelaget begynner Med aston dark space, og slutter med den negative glødregionen. Katodelaget forkortes med økt gasstrykk. Katodelaget har en positiv plassladning og et sterkt elektrisk felt.
Aston dark spaceEdit
Elektroner forlater katoden med en energi på ca 1 eV, som ikke er nok til å ionisere eller excitere atomer, og etterlater et tynt mørkt lag ved siden av katoden.
Katoden glowEdit
Elektroner fra katoden til slutt oppnå nok energi til å opphisse atomer. Disse spente atomer faller raskt tilbake til grunntilstanden, og sender ut lys ved en bølgelengde som svarer til forskjellen mellom atomenes energibånd. Denne gløden ses svært nær katoden.
Katode mørk spaceEdit
som elektroner fra katoden få mer energi, de har en tendens til å ionisere, snarere enn opphisse atomer. Spente atomer faller raskt tilbake til bakkenivå som gir lys, men når atomer ioniseres, separeres de motsatte ladningene, og rekombinerer ikke umiddelbart. Dette resulterer i flere ioner og elektroner, men ingen lys. Denne regionen kalles Noen Ganger Crookes mørke rom, og noen ganger referert til som katodefallet, fordi det største spenningsfallet i røret forekommer i denne regionen.ioniseringen i katodens mørke rom resulterer i en høy elektrontetthet, men langsommere elektroner, noe som gjør det lettere for elektronene å rekombinere med positive ioner, noe som fører til intenst lys, gjennom en prosess som kalles bremsstrahlung-stråling.
faraday dark spaceEdit
da elektronene fortsetter å miste energi, blir mindre lys sendt ut, noe som resulterer i et annet mørkt rom.
Anode layerEdit
anodelaget begynner med den positive kolonnen, og slutter ved anoden. Anodelaget har en negativ plassladning og et moderat elektrisk felt.
Positiv columnEdit
med færre ioner øker det elektriske feltet, noe som resulterer i elektroner med energi på ca 2 eV, som er nok til å excitere atomer og produsere lys. Med lengre glødutladningsrør er lengre plass opptatt av en lengre positiv kolonne, mens katodelaget forblir det samme. For eksempel, med et neonskilt, opptar den positive kolonnen nesten hele lengden av røret.
Anode glowEdit
et elektrisk felt økning resulterer i anode glød.
anode mørk romrediger
Færre elektroner resulterer i et annet mørkt rom.
StriationsEdit
Bånd av vekslende lys og mørke i den positive kolonnen kalles striations. Striasjoner oppstår fordi bare diskrete mengder energi kan absorberes eller frigjøres av atomer, når elektroner beveger seg fra ett kvantenivå til et annet. Effekten ble forklart Av Franck Og Hertz i 1914.
SputteringEdit
i tillegg til å forårsake sekundær utslipp, kan positive ioner slå katoden med tilstrekkelig kraft til å skille ut partikler av materialet som katoden er laget av. Denne prosessen kalles sputtering og det gradvis ablates katoden. Sputtering er nyttig når du bruker spektroskopi for å analysere sammensetningen av katoden, som er gjort I Glød-utslipp optisk utslipp spektroskopi.sputtering er imidlertid ikke ønskelig når glødutladning brukes til belysning, fordi det forkorter lampens levetid. For eksempel har neonskilt hule katoder designet for å minimere sputtering, og inneholder trekull for kontinuerlig å fjerne uønskede ioner og atomer.
Carrier gasEdit
i forbindelse med sputtering kalles gassen i røret «bærergass» fordi den bærer partiklene fra katoden.
fargeforskjellrediger
på grunn av sputtering som forekommer ved katoden, er fargene som sendes ut fra områder nær katoden, ganske forskjellige fra anoden. Partikler freste fra katoden er spent og avgir stråling fra metaller og oksider som utgjør katoden. Strålingen fra disse partiklene kombinerer med stråling fra eksitert bærergass, noe som gir katodeområdet en hvit eller blå farge, mens i resten av røret er stråling bare fra bærergassen og har en tendens til å være mer monokromatisk.
Elektroner nær katoden er mindre energiske enn resten av røret. Rundt katoden er et negativt felt, noe som bremser elektroner når de utkastes fra overflaten. Bare de elektronene med høyeste hastighet er i stand til å unnslippe dette feltet, og de uten nok kinetisk energi trekkes tilbake i katoden. En gang utenfor det negative feltet begynner tiltrekningen fra det positive feltet å akselerere disse elektronene mot anoden. I løpet av denne akselerasjonen elektroner er avbøyet og bremset ned av positive ioner fart mot katoden, som i sin tur produserer lys blå-hvit bremsstrahlung stråling i den negative glød regionen.