El misterio de las centellas (1304)

El misterio de las centellas (1304)

Tubo de centellas de Irving Langmuir

* Este artículo de Wayne Strattman en MIT. La fuente es desconocida, quizás sea de Scientific American de los años 20 o 30. Las fotos son irreconocibles, ya que han pasado por muchas generaciones de fotocopias. No conozco ningún intento moderno de replicar este dispositivo.

* -Bill Beaty 10/95 *

Centella hecha en laboratorio

La historia de la física moderna está repleta de experimentos sobre conducción en gases. El campo parece especialmente rico en posibilidades, principalmente tal vez porque nos preocupamos más directamente por esa factor en los fenómenos eléctricos – el electrón. Gases bajo las condiciones atmosféricas tienen densidades comparativamente bajas; eso es; sus moléculas son colocadas más separadas que en sólidos o líquidos, y los electrones tienen espacios más grandes sobre los que deambular sin rumbo fijo o para volar rápidamente, impulsado por Fuerzas electromagnéticas. En gases enrarecidos, los movimientos de los electrones son mucho más vigorosos que en las condiciones cotidianas.

Libre por un momento de la influencia del átomo, el electrón muestran propiedades inusuales y dan lugar a fenómenos cuya belleza y novedad contribuye mucho a los intereses predominantes en la conducción de electricidad a través de gases a baja presión.

Observe, por ejemplo, la fotografía de la Fig. 1. Esa tenue descarga de electricidad, tan bellamente simple, se combina con miríadas de ágiles partículas que se mueven, balanceándose con impaciencia ahora bajo la influencia eléctrica, ahora bajo fuerzas magnéticas. Esta no es una descarga ordinaria a través de un vacío, sino accionada por algunas fuerzas aún desconocidas. Un momento antes de que se tomara la fotografía, el arco se estiró inmóvil a través del tubo, brillando con un tranquilo color rojo violáceo. Luego a través de un interrupción momentánea de la corriente, el arco gana vida y se desgarra alejándose del tubo con el movimiento retorcido de una serpiente, mientras que el filamento de tungsteno en la base del tubo tungsteno derretido se pulveriza y

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se envían destellos azules brillantes por el tallo vertical.

Esta espectacular y hermosa descarga eléctrica que conduce a una mejor comprensión de los fenómenos de vacío se produjo en el laboratorios de investigación de la General Electric Company, por los doctores Irving Langmuir, C. G. Found y A. F. Dittner, destacados físicos estadounidenses.

Y sin embargo, a primera vista, el aparato en el que estos curiosos fenómenos tener lugar parece diferir sólo en la forma de los dos electrodos ordinarios del tubo de vacío, y esencialmente es similar al bombilla rectificadora de tungsteno llena de argón. La figura 2 muestra una vista en sección de este. El vaso grande del cilindro mide 15 cm (5.9 pulgadas) de largo y 10 cm (3.9 pulgadas) de diámetro, y contiene un filamento de tungsteno de un solo bucle en cada extremo. A este cilindro es soldado un delgado tubo de vidrio de 50 cm (20 pulgadas) de largo y 3 cm (1.2 pulgadas) de diámetro en el extremo superior del cual está montado un electrodo de disco.

Ahora el filamento se alimenta con corriente a bajo potencial y está llevado a la incandescencia a una temperatura muy alta, alrededor de 2500C (4532F) Luego se aplican 250 voltios entre la placa y el filamento, pero todavía no aparece ningún resplandor en el tubo. La ionización en el tubo es insuficiente, pero se puede aumentar mucho acercándose a un terminal de alta frecuencia bobina al tubo de vidrio. Hecho esto, un arco eléctrico de la característica aparece color argón en el tubo. El arco consume un amperio y el potencial de la placa al filamento cae a 25 voltios.

No hay nada inusual involucrado en esta acción, pero deje que el circuito del filamento abrirse durante sólo medio segundo y una secuencia de las más notables sobreviene fenómenos eléctricos. La disminución momentánea del filamento. La temperatura provoca un aumento en el voltaje a través del arco reduciendo durante un instantáneo la emisión electrónica del filamento. El voltaje subiendo a alrededor de 100, provoca una pulverización catódica del filamento y pequeñas cantidades de tungsteno se disparan en el arco. Aunque el tungsteno emitido es solo aproximadamente .000001 gramos, sus efectos son asombrosos. El arco que antes el “chisporroteo de tungsteno” llenó el tubo y fue insensible al influencia de un campo magnético, ahora se desprende de las paredes y puede ser atraído o repelido por un imán permanente colocado cerca del tubo.

El arco ahora tiene una apariencia alterada. Tiene un núcleo central rojizo, que tiene una carga positiva y mide aproximadamente 1 cm de diámetro. En esta columna roja de átomos de argón cargados positivamente se mueven y vibran bajo la influencia del campo eléctrico entre la placa y el filamento. Inmediatamente rodeando esta región hay un espacio oscuro y delgado, y más allá de este un vaina de color amarillo brillante de gas incandescente. Esta funda está cargada negativamente y desaparece gradualmente, la parte central del arco aumenta de tamaño hasta que casi llena el tubo. En lugar de la “piel” amarilla, permanece una fina capa de cargas negativas. Esto, junto con una capa positiva alrededor del arco rojizo, forma lo que se llama una “doble capa eléctrica”; es decir, dos vainas invisibles muy cerca una de la otra, el interior uno tiene una carga espacial positiva mientras que el exterior tiene una carga espacial negativa.

Si un imán de herradura ordinario se acerca al tubo, el arco se desviado, como cualquier conductor que lleve una corriente similar. Al mismo vez que la piel amarilla aparece en el lado opuesto del arco en el lado no en contacto con la pared.

A medida que el imán se acerca, la piel amarilla se vuelve más brillante y delgada, y curiosamente comienza a actuar como un líquido. Lentamente se forman pequeñas gotas fuego líquido amarillo dorado. Se mueven a lo largo de la superficie, solo para desprenderse y caer, esferas fundidas de luz blanca brillante en el arco. Al regular la intensidad del campo magnético, estas gotas o glóbulos, que van desde unas pocas décimas de mm hasta 5 o 6 mm de diámetro (aproximadamente del tamaño de un guisante) se pueden hacer para que se formen lentamente y se desprendan individualmente de la piel del arco. Mediante la combinación adecuada de campos transversales y longitudinal, los glóbulos a menudo pueden moverse hacia arriba o hacia abajo en el arco paralelo a su eje para distancias de hasta 5 o 10 cm, 2 a 4 pulgadas. En determinadas condiciones se han observado glóbulos moverse muy lentamente para que sus movimientos a través del arco puedan ser fácilmente seguido por el ojo sin ayuda. Pero más a menudo se mueven con la velocidad de aproximadamente un pie por segundo, y por lo tanto aparecen como líneas brillantes o serpentinas filamentosas. Vea la Fig.3 donde varias serpentinas que casi muestran caminos paralelos.

Estas serpentinas están formadas por la influencia del campo magnético, y varían en apariencia con la magnitud de la corriente que fluye a través del arco. Si se varía esta corriente, el movimiento de las serpentinas será correspondientemente afectado. Así, superponiendo una corriente alterna en la corriente continua alimentada al ánodo, es decir, el electrodo de disco, las serpentinas de glóbulos individuales se moverán en una trayectoria sinusoidal. Eso es, aparecerán como una onda sinusoidal que es característica de alternar corrientes. Las serpentinas reproducirán con precisión la forma de onda del actual par

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a frecuencias de hasta 1000 ciclos. Se produce un efecto similar al usar corriente alterna para calentar el filamento. En cualquier caso, la corriente globular asume un movimiento de onda, viajando a través del arco en una hermosa curvas pronunciadas, en lugar de líneas rectas.

Si se mantiene la corriente del arco, este efecto continúa durante horas antes la diminuta porción de tungsteno deja de actuar. El efecto puede entonces ser traído de nuevo cortando la corriente del filamento por un momento y escupiendo así otro rastro de tungsteno en el vapor de argón. Si la corriente del arco se apaga durante unos 40 segundos, el efecto desaparece: se ha depositado tungsteno y la descarga del serpentín no comenzará. nuevamente hasta que se haya pulverizado más metal del filamento.

Según esta teoría, los átomos de tungsteno, cargados negativamente, deambulan en los espacios fuera del arco. Estos átomos entran en la “doble capa eléctrica” pierden su carga y se acumulan en la vaina positiva, formando pequeños glóbulos. En estos puntos de la doble capa, la vaina negativa sangra, y cuando se acumula suficiente tungsteno, este sangrado se vuelve afilado y se extenderá en el arco hasta que los glóbulos se desprendan. Por la naturaleza de su formación, los glóbulos tendrán una vaina de efecto positivo en el exterior y una vaina negativa en el interior; y arreglo lo contrario de lo que se encuentra en el arco propiamente dicho.

Estos glóbulos desprendidos brillantes parecen tener características similares en muchos aspectos a los que se han descrito como pertenecientes a la centella. Quizás no sea seguro que un rayo esférico sea algo más que un fenómeno psicológico, pero si tiene una realidad objetiva, puede posiblemente debido a causas similares a las que dan lugar a los glóbulos descrito arriba. Los iones de un gas altamente ionizado, como el atmósfera electrificada, se recombinan en partículas sólidas formando pequeñas esferas, las partículas sólidas son retenidas dentro de la bola por sus cargas y siendo retenido el campo eléctrico en la superficie de la bola. Esta teoría se apoya de manera muy eficaz en el marcado parecido entre la centella y los glóbulos de fuego líquido producido en los experimentos del Dr. Langmuir.

Figura 1

El Sr. Found de General Electric Experimentando con la corriente de descarga, tiene la centella en miniatura formado en el tubo debajo perfecto control. Bajo la influencia del imán de herradura, estas bolas pueden hacer que el fuego suba y baje por el tubo.

imageDIBUJO DEL TUBO DE VACÍO

Figura 2

Arriba: una vista en sección transversal del tubo de descarga en el que se observó el fenómeno de centella. El tubo está lleno de argón. a muy baja presión, y con el filamento calentado a incandescencia, se forma un arco rojizo entre la placa y la terminal.

Fig. 3

Izquierda: La agitación en el arco de argón que se retuerce como una extraña serpiente eléctrica, es causada por un chisporroteo de tungsteno derretido del filamento incandescente en la base del tubo.

Figura 4

El arco de argón que se muestra a la izquierda se desvía con un imán. Las, serpentinas filamentosas transversales son en realidad pequeños glóbulos de incandescente tungsteno moviéndose rápidamente a través del arco. Los glóbulos de fuego líquido son, en formación y comportamiento, muy similares a las esferas incandescentes de las centellas. Estos efectos inusuales son producidos por solo .000001 gramos de tungsteno emitido por el filamento.

Figura 5-1

Figura 5-2

Figura 5-3

Figura 5-4

En un tubo lleno de gas argón se han colocado pequeños glóbulos de fuego líquido formados, que tienen un gran parecido con una centella. Un imán atrae el arco de argón a un lado del tubo y tungsteno cargado negativamente Los átomos emitidos por un filamento se mueven hacia el arco (figura 5-1) Cerca del borde del arco cruzan una región llamada rodamiento eléctrico de doble capa de cargas opuestas en los dos lados. Aquí los átomos pierden su carga y se acumulan en grupos (Fig. 5-2) Los átomos neutros de tungsteno forman pequeños masas de tungsteno líquido en el borde del arco, y la capa de cargas negativas se dobla en el arco (Fig. 5-3.) Esta muesca continúa hasta volverse muy afilado, el glóbulo de tungsteno se desprende y se forma una centella en miniatura que se mueve rápidamente (Fig. 5-4.)

https://web.archive.org/web/20001014004544/http://www.eskimo.com/~billb/freenrg/balllg1.html

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