GLOBO DE PLASMA

Uma bola de plasma, globo de plasma ou lâmpada de plasma é um recipiente de vidro transparente preenchido com gases nobres, geralmente uma mistura de néon, criptônio e xenônio, que possui um eletrodo de alta tensão no centro. Quando uma tensão é aplicada, um plasma é formado dentro do recipiente. Filamentos de plasma se estendem do eletrodo interno até o isolante de vidro externo, dando a aparência de múltiplos feixes constantes de luz colorida. Bolas de plasma eram populares como itens de novidade na década de 1980.

A lâmpada de plasma foi inventada por Nikola Tesla, durante seus experimentos com correntes de alta frequência em um tubo de vidro evacuado com o objetivo de estudar fenômenos de alta tensão. Tesla chamou sua invenção de "tubo de descarga de gás inerte". O design moderno da lâmpada de plasma foi desenvolvido por James Falk e pelo estudante do MIT Bill Parker.

Construção

Embora existam muitas variações, uma bola de plasma geralmente é uma esfera de vidro transparente preenchida com uma mistura de vários gases (mais comumente néon, às vezes com outros gases nobres como argônio, xenônio e criptônio) a uma pressão próxima à atmosférica.

As bolas de plasma são acionadas por corrente alternada de alta frequência (aproximadamente 35 kHz) a 2–5 kV. O circuito de acionamento é essencialmente um inversor de potência especializado, no qual a corrente de uma fonte CC de baixa tensão alimenta um circuito oscilador eletrônico de alta frequência cuja saída é elevada por um transformador de alta frequência e alta tensão, por exemplo, uma bobina de Tesla em miniatura ou um transformador flyback. A energia de radiofrequência do transformador é transmitida para o gás dentro da bola através de um eletrodo em seu centro. Além disso, alguns projetos utilizam a bola como uma cavidade ressonante, que fornece feedback positivo para o transistor de acionamento através do transformador. Uma esfera de vidro oca muito menor também pode servir como eletrodo quando preenchida com lã de metal ou um fluido condutor que esteja em comunicação com a saída do transformador. Neste caso, a energia de radiofrequência é admitida no espaço maior por acoplamento capacitivo através do vidro. Filamentos de plasma se estendem do eletrodo interno até o isolante de vidro externo, dando a aparência de tentáculos de luz colorida em movimento dentro do volume da esfera (veja descarga corona e descarga luminosa elétrica). Se uma mão for colocada perto da esfera, produz um leve cheiro de ozônio, pois o gás é produzido pela interação de alta voltagem com o oxigênio atmosférico.

Algumas esferas possuem um botão de controle que varia a quantidade de energia que vai para o eletrodo central. Na configuração mais baixa que acende ou "atinge" a esfera, um único tentáculo é formado. O canal de plasma desse único tentáculo ocupa espaço suficiente para transmitir essa energia de impacto mínima para o mundo exterior através do vidro da esfera. À medida que a potência aumenta, a capacidade desse canal único é sobrecarregada e um segundo canal se forma, depois um terceiro, e assim por diante. Os tentáculos também competem por uma área na esfera interna. As energias que fluem através dessas esferas têm todas a mesma polaridade, portanto, elas se repelem como cargas iguais: uma fina camada escura circunda cada eletrodo no eletrodo interno.

A esfera é preparada bombeando-se o máximo de ar possível para fora. Em seguida, ela é preenchida com néon até uma pressão semelhante à de uma atmosfera. Se a energia de radiofrequência for ligada, se a esfera for "atingida" ou "acesa", toda a esfera brilhará em um vermelho difuso. Se um pouco de argônio for adicionado, os filamentos se formarão. Se uma quantidade muito pequena de xenônio for adicionada, as "flores" desabrocharão nas extremidades dos filamentos.

O néon disponível para compra em lojas de letreiros de néon geralmente vem em frascos de vidro sob pressão de vácuo parcial. Esses frascos não podem ser usados ​​para preencher uma esfera com uma mistura adequada. São necessários cilindros de gás, cada um com seu regulador de pressão e conexão específicos e apropriados: um para cada um dos gases envolvidos.

Dos outros gases nobres, o radônio é radioativo, o hélio escapa através do vidro relativamente rápido e o criptônio é caro. Outros gases, como o vapor de mercúrio, podem ser usados. Gases moleculares podem ser dissociados pelo plasma.

Interação

O efeito de um objeto condutor (uma mão) tocando a esfera de plasma.

Uma "bola de Tesla" no museu de ciências NEMO em Amsterdã.

Colocar a ponta de um dedo no vidro cria um ponto atrativo para o fluxo de energia, porque o corpo humano condutor (com resistência interna inferior a 1000 ohms) é mais facilmente polarizado do que o material dielétrico ao redor do eletrodo (ou seja, o gás dentro da esfera), fornecendo um caminho alternativo de descarga com menor resistência. Portanto, a capacidade do grande corpo condutor de aceitar energia de radiofrequência é maior do que a do ar circundante. A energia disponível para os filamentos de plasma dentro da esfera fluirá preferencialmente em direção ao melhor receptor. Esse fluxo também faz com que um único filamento, do interior da esfera até o ponto de contato, se torne mais brilhante e mais fino. O filamento fica mais brilhante porque há mais corrente.

História

Na patente americana 0.514.170 ("Lâmpada Elétrica Incandescente", 6 de fevereiro de 1894), Nikola Tesla descreve uma lâmpada de plasma. Esta patente refere-se a uma das primeiras lâmpadas de descarga de alta intensidade. Tesla utilizou uma lâmpada incandescente com um único elemento condutor interno e excitou o elemento com correntes de alta tensão provenientes de uma bobina de Tesla, criando assim a emanação da descarga em escova. Ele obteve proteção de patente para uma forma particular da lâmpada, na qual um pequeno corpo ou botão emissor de luz, feito de material refratário, é sustentado por um condutor que entra em uma esfera ou receptor altamente exaurido. Tesla chamou esta invenção de lâmpada de terminal único ou, posteriormente, de "Tubo de Descarga de Gás Inerte".

O modelo de bola de plasma Groundstar foi criado por James Falk e comercializado para colecionadores e museus de ciências nas décadas de 1970 e 1980. Jerry Pournelle, em 1984, elogiou a Omnisphere da Orb Corporation como "o objeto mais fabuloso do mundo inteiro" e "magnífica... um novo tipo de objeto de arte", afirmando: "você não pode comprar a minha por preço nenhum".

A tecnologia necessária para formular as misturas de gases usadas nas esferas de plasma atuais não estava disponível para Tesla.[citação necessária] As lâmpadas modernas normalmente usam combinações de xenônio, criptônio e néon, embora outros gases possam ser usados. Essas misturas de gases, juntamente com diferentes formatos de vidro e eletrônica controlada por circuitos integrados, criam as cores vibrantes, a variedade de movimentos e os padrões complexos vistos nas esferas de plasma atuais.

Aplicações

As bolas de plasma são usadas principalmente como curiosidades ou brinquedos por seus efeitos de iluminação únicos e pelos "truques" que podem ser realizados com elas, movendo as mãos ao redor. Elas também podem fazer parte do equipamento de laboratório de uma escola para fins de demonstração. Geralmente não são usadas para iluminação geral. No entanto, nos últimos anos, algumas lojas de artigos de novidade começaram a vender luminárias noturnas em miniatura de esferas de plasma que podem ser montadas em um soquete de lâmpada padrão.

As esferas de plasma podem ser usadas para experimentos com altas voltagens. Se uma placa condutora ou uma bobina de fio for colocada sobre a esfera, o acoplamento capacitivo pode transferir voltagem suficiente para a placa ou bobina para produzir um pequeno arco ou energizar uma carga de alta voltagem. Isso é possível porque o plasma dentro da esfera e o condutor externo atuam como placas de um capacitor, com o vidro entre eles como dielétrico. Um transformador abaixador conectado entre a placa e o eletrodo da esfera pode produzir uma saída de radiofrequência de baixa voltagem e alta corrente. Um aterramento cuidadoso é essencial para evitar ferimentos ou danos ao equipamento.

Perigos

Aproximar materiais condutores ou dispositivos eletrônicos de uma esfera de plasma pode fazer com que o vidro aqueça. A energia de radiofrequência de alta voltagem acoplada a eles de dentro da esfera pode causar um leve choque elétrico na pessoa que os tocar, mesmo através de uma proteção de vidro. O campo de radiofrequência produzido por bolas de plasma pode interferir no funcionamento de touchpads usados ​​em laptops, tocadores de áudio digital, celulares e outros dispositivos similares. Alguns tipos de bola de plasma podem irradiar interferência de radiofrequência (RFI) suficiente para interferir em telefones sem fio e dispositivos Wi-Fi a vários metros de distância.

Se um condutor elétrico tocar a parte externa da bola, o acoplamento capacitivo pode induzir potencial suficiente para produzir um pequeno arco elétrico. Isso é possível porque o vidro da bola atua como um dielétrico de capacitor: a parte interna da lâmpada atua como uma placa, e o objeto condutor na parte externa atua como a placa oposta do capacitor. Essa é uma ação perigosa que pode danificar a bola ou outros dispositivos eletrônicos e representa um risco de incêndio.

Quantidades perceptíveis de ozônio podem se formar na superfície de uma bola de plasma. Muitas pessoas conseguem detectar ozônio em concentrações de 0,01 a 0,1 ppm, que está logo abaixo da concentração mínima considerada prejudicial à saúde. A exposição a concentrações de 0,1 a 1 ppm causa dores de cabeça, ardência nos olhos e irritação das vias respiratórias.

Em julho de 2022, uma faísca de um globo de plasma no museu Questacon, na Austrália, incendiou o desinfetante para as mãos à base de álcool que havia sido aplicado nas mãos de uma criança, causando queimaduras graves.

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