¿Cómo funcionan las lámparas de plasma? [cerrado]

He estado tratando de entender cómo funcionan las lámparas de plasma (o globos de plasma, según Wikipedia) y por qué no mueres de una muerte horrible cuando las tocas. Lo que tengo hasta ahora es que el electrodo central recibe una entrada de alto voltaje y alta frecuencia. Debido a los altos voltajes, el gas se ioniza y se obtienen las cositas de filamentos de plasma. Todo esto tiene sentido, pero tengo algunas preguntas que no puedo responder (o encontrar la respuesta en línea). En primer lugar, relacionado con cómo mata la corriente:

  1. ¿Qué corriente se necesita para hacerte daño? He oído hablar de la corriente de miliamperios que provoca la fibrilación, pero me refiero a quemaduras reales y personas en llamas. Los cuerpos humanos son resistencias típicamente en el rango de MOhm (como lo confirmamos mi multímetro y yo). Incluso con voltajes principales (220 donde vivo), esa es una corriente ridículamente pequeña, ni siquiera miliamperios. Además, la energía que disipas es como 0.1W, lo que no debería ser terriblemente dañino. ¿Puede sufrir quemaduras graves (en condiciones secas) con tensión de red?

    Ahora en la parte de Plasma Ball:

  2. ¿Cuál es un buen circuito equivalente para la pelota? Tal vez si alguien pudiera proporcionar un circuito equivalente, podría entenderlo mejor.

  3. ¿Por qué necesita ser de alta frecuencia? ¿No ionizarían el gas unos pocos kV de la misma manera?

  4. ¿Qué partes de la lámpara están conectadas a tierra? Parece hacer una diferencia si estás castigado o no cuando lo tocas. Además, ¿por qué el filamento se concentra en tu dedo cuando lo tocas? Parece como si estuviera cerrando un circuito con tierra, pero esto parece extraño debido a la pregunta 1.

  5. ¡¿Por qué esto no es extremadamente peligroso?!?! En circunstancias correctas, pero no demasiado improbables, si está parado en el suelo y ofrece una resistencia baja, el electrodo central en el rango de kV generaría una corriente en el rango de amperios o incluso más (suponiendo que la referencia del electrodo central es realmente conectado a tierra). Esto al menos debería freírte justo donde estás parado, si no te causa fibrilación antes. Entiendo que sería bastante estúpido tocar una de estas lámparas que están descalzas en el suelo y mojadas, pero no te sorprenderías, unos pocos amperios serían un espectáculo espantoso, ¿verdad? ¿Cómo puedes vender algo así al público? Escuché a personas decir que no es tan dañino debido a la alta frecuencia, pero ¿cómo puede ser ese el caso? ¿El cuerpo humano deja de comportarse como una resistencia a altas frecuencias?

  6. En una nota similar, si tuviera la lámpara sobre una mesa de metal y alguien la volcara, unos pocos kilovoltios en cortocircuito a tierra tendrían que crear algunos fuegos artificiales. ¿No es esto realmente peligroso? Sé que probablemente la fuente de alimentación interna no podrá suministrar el amperaje y el voltaje caerá, causando una corriente más pequeña, pero de nuevo, ¿no es esto realmente peligroso de todos modos?

Demasiadas preguntas.

Respuestas (2)

RESPUESTA A LA PREGUNTA 1

Su multímetro es un método incorrecto para medir la resistencia del cuerpo. ¡El cuerpo humano tiene pocos kiloohmios! Cuando el ser humano está electrificado, la impedancia efectiva está entre 1000 y 5000 ohmios (¡no kilo, no mega!).

IEC dice (texto de Wikipedia):

The International Electrotechnical Commission gives the following
values for the total body impedance of a hand to hand circuit for dry
skin, large contact areas, 50 Hz AC currents (the columns contain the
distribution of the impedance in the population percentile; for
example at 100 V 50% of the population had an impedance of 1875Ω or
less)

Voltage  5%          50%          95%
25 V     1,750 Ω     3,250 Ω    6,100 Ω
100 V    1,200 Ω     1,875 Ω    3,200 Ω
220 V    1,000 Ω     1,350 Ω    2,125 Ω
1000 V   700 Ω       1,050 Ω    1,500 Ω

Ver también: Descarga eléctrica en Wikipedia

El cuerpo humano no es una resistencia!!! No es lineal. Contiene:

  • electrolitos y se comportan de manera muy diferente a diferentes voltajes o corrientes
  • células (biológicas), algunas de ellas actúan como pequeños condensadores y conducen la alta frecuencia mejor que una simple resistencia

La potencia capaz de detener el corazón humano o causar fibrilación ventricular puede ser menor de lo que cree.

RESPUESTA A LA PREGUNTA 2

No estoy seguro de si esto es lo que quieres. Este es un circuito equivalente muy simplificado para bola de plasma y humano:

ingrese la descripción de la imagen aquí

(perdón por la mala calidad de imagen, solo tengo pintura en este cuaderno)

Si calcula el voltaje en las resistencias, se dará cuenta de que el tipo con bigote obtiene un voltaje muy pequeño. La mayor parte está en la resistencia que representa la resistencia del vidrio. No estoy seguro de cuán grande puede ser la resistencia del vidrio (depende del tipo de vidrio, el grosor, etc.), pero estoy casi seguro de que es más de 1 Gohm. Si alguien piensa que estoy equivocado, por favor deje un comentario, lo corregiré.

A 30 kV, resistencia de vidrio de 1 Gohm y resistencia de cuerpo de 10 k, obtienes solo ~ 3 voltios y la corriente es ~ 3 uA.

Sin embargo, el ser humano no es una resistencia y el vidrio funciona como un condensador. Para alta frecuencia, eso cambia mucho la impedancia, y la impedancia del vidrio será mucho menor para frecuencias más altas.

En mi condensador esquemático es completamente desconocido, porque es muy difícil determinarlo. Depende de la cantidad de superficie de la piel que toque el vidrio.

La impedancia del capacitor es inversamente proporcional a la frecuencia.

RESPUESTA A LA PREGUNTA 3

Creo que debe tener una frecuencia lo suficientemente alta como para pasar la corriente a través del vidrio (como mencioné anteriormente, actúa como un condensador). El plasma es un electrodo, el vidrio es un aislador y su dedo es otro electrodo capacitor.

Los capacitores tienen baja impedancia a alta frecuencia, alta impedancia a baja frecuencia.

RESPUESTA CORTA A LA PREGUNTA 4

La parte conectada a tierra se muestra en el esquema (¡esto está simplificado!)

RESPUESTA CORTA A LA PREGUNTA 5

Esto es relativamente seguro porque hay un vidrio entre usted y la fuente de 30 kV. Como mencioné antes, es un condensador y una resistencia de muy alto valor conectados en paralelo. Puede calcular la corriente o el voltaje en el cuerpo humano si esa "resistencia de vidrio" era de 10kOhm en lugar de 1GOhm.

RESPUESTA CORTA A LA PREGUNTA 6

Jugar con kilovoltios siempre es peligroso.

Sin embargo, 15-30kV a 1-5kHz de un transformador de muy baja potencia no debería dañarlo si hay un vidrio lo suficientemente grueso entre su cuerpo y el plasma/arco eléctrico.

gran respuesta e incluso mejor dibujo jajaja, ¡gracias por tomarse el tiempo para hacer esto!

La alimentación de alta frecuencia es para crear "cosas de filamentos de plasma" en lugar de solo relámpagos. (No estoy seguro de cuál es el término adecuado para las formaciones de plasma, así que solo usé el tuyo). A altas frecuencias, no obtienes un choque propiamente dicho; la mayor parte del tiempo todo lo que sentirás es calor. Tu cuerpo no responde de la misma manera a frecuencias más altas, en parte porque la electricidad no funciona de la misma manera a frecuencias más altas. No estoy seguro de los problemas de seguridad, ya que no he realizado ninguna investigación sobre globos de plasma (he hecho un buen trabajo con plasma, pero no con productos fabricados comercialmente).

Creo que no tiene toda la razón sobre por qué se necesita alta frecuencia para que funcione la bola de plasma. No es solo para un mejor efecto visual. Creo que puede que no funcione en absoluto a baja frecuencia, porque la capacitancia del vidrio juega un papel importante aquí. Mira mi respuesta.
Eso podria ser. El tipo de plasma con el que trabajo se genera a 1 atm y se concentra electromagnéticamente. Se comporta de manera muy diferente a cualquier otra cosa con la que me haya topado. Cosas muy interesantes.
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