„Gasentladung" – Versionsunterschied
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[[File:Glow discharge current-voltage curve English.svg|mini|Kennlinie einer elektrischen Entladung in Neongas über einem weiten Strombereich. Der Druck beträgt 1 Torr, der Elektrodenabstand 50 cm.]]
== Klassifizierung ==
Erfolgt die Gasentladung mit ungeheizten Elektroden, lässt sich die Kennlinie in drei unterschiedliche Bereiche unterteilen:
*Bei Strömen unter etwa 1 μA wird kein sichtbares Licht erzeugt, man spricht man von der ''dunklen Entladung''. Der Strom setzt ein, wenn – beispielsweise durch radioaktive Strahlung – einzelne Gasatome ionisiert werden. Ab einer Betriebsspannungen oberhalb etwa 100 V wird er durch einen Lawineneffekt verstärkt, bei dem jedes freigesetzte Elektron weitere Atome ionisiert, die zusätzliche Elektronen freisetzen. Dieser stromverstärkende Effekt ist im [[Zählrohr]] erwünscht.
*Liegt der Strom zwischen 1 mA und 50 mA, entsteht durch [[Glimmentladung]] schwaches, sichtbares Licht, dessen Farbe durch die Gaszusammensetzung bestimmt wird. Charakterisch dafür sind der sogenannte ''Kathodenfall'', eine dunkle Zone um die Kathode und der negative [[Differentieller Widerstand|differentielle Widerstand]] im Bereich D bis G. Die [[Rekombination (Physik)|Rekombination]]srate ist sehr hoch.
*Bei Strömen über etwa 500 mA spricht man von einer [[Lichtbogen]]entladung, bei der neben sehr intensivem Licht auch hohe Temperaturen, speziell an den Elektroden, entstehen können. Infolge des [[Pinch-Effekt (Elektrodynamik)|Pincheffektes]] fließt der Strom in einem relativ dünnen Kanal, wie man bei [[Blitz]]en erkennt.
[[Bild:Tesla-coil-discharge.jpg|thumb|right|Gasentladung an einer Hochspannung führenden Metallspitze]]
[[Bild:Tesla-coil-discharge.jpg|thumb|right|Gasentladung an einer Hochspannung führenden Metallspitze]]
Ist zur Aufrechterhaltung der Gasentladung eine ständige Zufuhr von freien [[Elektron]]en nötig, heißt sie ''unselbstständige'' Entladung. Bei einer ''selbstständigen'' Gasentladung setzt dagegen jedes Elektron auf seinem Weg „netto" mindestens ein neues Elektron frei, d. h., die Entstehungsrate der Ionen übersteigt die [[Rekombination (Physik)|Rekombination]]srate. Die einmal ''gezündete'' selbstständige Entladung benötigt daher zum weiteren „Brennen" nur noch Energie aus der Spannungsversorgung ''und'' einen gewissen Mindeststrom (etwa 1 mA), dessen Wert extrem stark von der Gasfüllung abhängt.
Die Gasentladung strahlt [[Licht]], [[Ultraviolett]]- und/oder [[Infrarot]]strahlung aus, weil außer der Ionisation auch ''Anregung'' von Hüllenelektronen stattfindet. Bei ''sehr geringem'' Druck können Elektronen beim Rückfall auf niedrigere Energieniveaus [[Photon]]en charakteristischer Energien emittieren. Bei ''hohem'' Druck wie beim Lichtbogen oder in einer [[Quecksilberdampflampe#Quecksilberdampf-Hochdrucklampen|Quecksilberdampf-Hochdrucklampe]] stören sich die Atome gegenseitig, wodurch die Spektrallinien extrem verbreitert werden und kaum identifizierbar sind.
Plasmabildung und Gasentladungen sind auch elektrodenlos mittels eines [[Plasma_(Physik)#Anregungen_durch_elektromagnetische_Felder|Hochfrequenzfeldes]] möglich. Diese Möglichkeit wird in [[Induktionslampe]]n und manchen [[Laser]]n genutzt.
Plasmabildung und Gasentladungen sind auch elektrodenlos mittels eines [[Plasma_(Physik)#Anregungen_durch_elektromagnetische_Felder|Hochfrequenzfeldes]] möglich. Diese Möglichkeit wird in [[Induktionslampe]]n und manchen [[Laser]]n genutzt.
Version vom 5. Mai 2013, 14:53 Uhr
Von einer Gasentladung spricht man, wenn elektrischer Strom durch ein Gas fließt und dieses dabei ionisiert wird. Dabei kann auch sichtbares Licht entstehen. Die Gasentladung kann auf unterschiedliche Weise „gezündet" werden, die Aufrechterhaltung der Stoßionisation mit Lawineneffekt erfordert einen gewissen Mindeststrom.
Klassifizierung
Erfolgt die Gasentladung mit ungeheizten Elektroden, lässt sich die Kennlinie in drei unterschiedliche Bereiche unterteilen:
- Bei Strömen unter etwa 1 μA wird kein sichtbares Licht erzeugt, man spricht man von der dunklen Entladung. Der Strom setzt ein, wenn – beispielsweise durch radioaktive Strahlung – einzelne Gasatome ionisiert werden. Ab einer Betriebsspannungen oberhalb etwa 100 V wird er durch einen Lawineneffekt verstärkt, bei dem jedes freigesetzte Elektron weitere Atome ionisiert, die zusätzliche Elektronen freisetzen. Dieser stromverstärkende Effekt ist im Zählrohr erwünscht.
- Liegt der Strom zwischen 1 mA und 50 mA, entsteht durch Glimmentladung schwaches, sichtbares Licht, dessen Farbe durch die Gaszusammensetzung bestimmt wird. Charakterisch dafür sind der sogenannte Kathodenfall, eine dunkle Zone um die Kathode und der negative differentielle Widerstand im Bereich D bis G. Die Rekombinationsrate ist sehr hoch.
- Bei Strömen über etwa 500 mA spricht man von einer Lichtbogenentladung, bei der neben sehr intensivem Licht auch hohe Temperaturen, speziell an den Elektroden, entstehen können. Infolge des Pincheffektes fließt der Strom in einem relativ dünnen Kanal, wie man bei Blitzen erkennt.
Plasmabildung und Gasentladungen sind auch elektrodenlos mittels eines Hochfrequenzfeldes möglich. Diese Möglichkeit wird in Induktionslampen und manchen Lasern genutzt.
Anwendungen
- Lichtbögen, z. B. zum Schweißen und in Hochdruck-Gasentladungslampen
- Glimmentladungen in Leuchtstoffröhren, Glimmlampen, Plasmabildschirmen, Plasmalampen
- Funkenentladungen, zum Beispiel zur Zündung in Verbrennungsmotoren
- Fotoblitzgeräte im oder am Fotoapparat
- Plasmatrons zum Schneiden und Schweißen
- Duoplasmatron
- Pumpentladungen von Gaslasern, z. B. HeNe-Laser, Stickstofflaser, CO2 -Laser, Argon-Ionen-Laser, Excimerlaser
- Geiger-Müller-Zählrohr
- Ionisations-Vakuummeter
- Quecksilberdampfgleichrichter und Thyratron
- Geißlersche Röhre
- Koronaentladung verursacht bei Hochspannungsleitungen Energieverluste
- Stille elektrische Entladung zur Erzeugung von Ozon
- Sputtern, z.B. zur Erzeugung dünner Schichten
Literatur
Lehrbücher der Experimentalphysik, z. B. Christian Gerthsen: Physik, 6. Aufl., Heidelberg 1960, S. 300-301