¿Qué hace que la bombilla de luz fluorescente se encienda cuando está cerca de un globo de plasma? ¿Se puede aprovechar este fenómeno para generar electricidad en un circuito?

Son las ondas electromagnéticas de alta frecuencia provenientes del tubo de plasma las que están haciendo el truco. Y sí, en principio, puede transmitir energía usándola, aunque sería un gran desperdicio. Aún así, nada menos que Nikola Tesla , a quien le debemos crédito por la mayoría de nuestra moderna infraestructura de energía y equipo de radio (algunas historias tristes allí), fue capaz de convencer a los capitalistas de riesgo de su época de hacer una gran escala y muy intento serio de lo que acabas de sugerir en la Torre Wardenclyffe . Por desgracia, nunca se completó y fue derribado; sólo quedan los cimientos.

El efecto de una onda electromagnética sobre la materia depende en gran medida de cuán estrechamente unidos estén los electrones en una sustancia en particular. En el caso de los metales, los electrones de conducción ya están deslocalizados y responden con fuerza incluso al más leve soplo de la componente eléctrica de una onda electromagnética, incluso a bajas frecuencias y amplitudes. ¡Eso también es bueno, ya que de lo contrario no existiría toda la disciplina de transmisión y recepción de radio!

En el otro extremo están los compuestos como el caucho y la mayoría de los plásticos, en los que la mayoría de los electrones están muy unidos y no se pierden fácilmente. Las ondas de radio no tienen un efecto notable en aquellos hasta que alcanzan intensidades (por ejemplo, hornos de microondas, e incluso entonces la mayoría de los plásticos son inmunes) donde comienzan a calentarse o destruir el material en sí.

Los seres humanos y otras bolsas variadas de fluidos iónicos son un caso extraño. El agua salada conduce, pero la mayor parte de la conducción tiene lugar a través de iones grandes y pesados, en lugar de electrones superligeros. Entonces, las ondas de radio nos afectan, pero los iones se mueven tan poco en la mayoría de los casos que no hay una señal real por encima de las vibraciones de calor de fondo. Sin embargo, a diferencia de los plásticos, este mecanismo nos hace muy susceptibles a los niveles de ondas de radio del horno de microondas, que son lo suficientemente potentes como para causar un fuerte calentamiento a través de esas vibraciones.

Los compuestos fluorescentes son otro caso curioso, pero de formas bastante diferentes. En su mayoría son similares a los plásticos en que la mayoría de sus electrones están muy unidos.

Sin embargo, en una analogía aproximada con los semiconductores, los compuestos fluorescentes tienen un subconjunto de electrones que están lo suficientemente sueltos como para navegar desde ciertos centros de carga si se les provoca moderadamente para que lo hagan. Se necesita mucha más energía que la cantidad trivial necesaria para los metales, pero también mucho menos que las energías dañinas de un horno de microondas. Una onda de la frecuencia correcta puede empujar repetidamente estos electrones, un poco como alguien empujando un columpio, hasta que puedan abandonar completamente el centro de carga del que se originaron.

Ahora, dado que estos materiales se parecen más a los plásticos que a los metales, eso presenta un pequeño problema para los electrones, ya que no tienen un camino trivial "¡simplemente siguen el gradiente de carga!" camino de regreso al centro de carga, como sucedería en un metal. Por lo tanto, pueden perderse un poco, por tiempos que se extienden desde microsegundos hasta minutos e incluso horas, manteniendo una energía sustancial como si fueran pequeños capacitores de un electrón en un amplio fondo ligeramente positivo con muchas barreras en su camino.

Eventualmente, sin embargo, encuentran un camino de regreso a uno de los centros de carga y caen en él con un ruido sordo, recombinándose con un átomo o molécula específica y liberando en ese momento la suma de la energía que adquirieron durante su viaje de ida a través de el material. Es un poco como llevar una bola de bolos por una pendiente gradual y luego encontrar aleatoriamente el borde de un acantilado para dejarla caer de nuevo al nivel original. Ninguno de sus pasos individuales es lo suficientemente poderoso como para dejar caer la pelota con tanta fuerza, pero acumulativamente, pueden agregar suficiente energía para crear una gran explosión si se sueltan todos a la vez.

(Debo señalar aquí para completar que en otras formas de fluorescencia, como una camisa blanca que brilla bajo una luz negra, no se moleste con nada de este asunto de ascenso lento. Un fotón ultravioleta es más como un cañón que dispara la bala de cañón directamente hacia la cima del acantilado y más allá, donde luego vuelve a caer con una pérdida general de energía).

Entonces, lo que está sucediendo con sus bombillas fluorescentes en la vecindad de esa esfera de plasma es que las ondas electromagnéticas de alta frecuencia son lo suficientemente fuertes como para liberar algunos de los electrones retenidos semanalmente de los centros de carga y hacer que deambulen por su entorno en su mayoría aislante. , acumulando suficiente energía total para emitir un fotón visible mientras lo hacen. Los pigmentos de las luces fluorescentes se eligen específicamente para permitir una recombinación bastante fácil, por ejemplo, en unos pocos milisegundos. Sin embargo, incluso esos materiales retienen un cierto porcentaje de electrones que se las arreglan para ser totalmente lavados y no encuentran el camino de regreso a los centros de carga positiva durante varios minutos. Es fácil de demostrar: Métete en un armario con un fluorescente y deja que tus ojos se acostumbren a la oscuridad. A continuación, cubre muy bien tus ojos y enciende la luz, solo por un segundo o dos. Apaga la luz y míralo. Lo verás aún brillando, desvaneciéndose rápidamente. Eso se debe a que los electrones errantes encuentran su camino de regreso con una cierta vida media. El efecto puede continuar durante algún tiempo, desvaneciéndose pero nunca desapareciendo del todo.

FLORESCENCIA EN EL TRABAJO

Un par de cosas sobre la fluorescencia primero: la fluorescencia es un fenómeno cuántico que funciona de esta manera. El átomo fluorescente absorbe fotones de alta energía, generalmente UV de una descarga, y un electrón hace una transición desde el estado$n_1$(generalmente el estado fundamental) que tiene energía$E_1$a un estado metaestable superior$n_3$con energia$E_3$. Inmediatamente debajo del estado$E_3$hay un nivel$n_2$con energia$E_2<E_3$, tal que$\Delta E=E_3-E_2$corresponde a la luz visible. Entonces el electrón hará una transición al estado$n_2$emitiendo luz visible. Es esta luz visible la que ilumina la habitación. La próxima transición$n_2\rightarrow n_1$todavía puede corresponder a UV, o luz visible de alta energía (frecuencia). Entonces tienes esta imagen de transiciones electrónicas:

Átomo($E_1$) + fotón UV$\rightarrow$Átomo($E_3$)$\rightarrow$Átomo($E_2$)+Vis-fotón$\rightarrow$Átomo($E_1$) + fotón UV

FOTONES DE ALTA FRECUENCIA DEL GLOBO DE PLASMA

Cuando los átomos "fluorescentes" en la bombilla absorban los fotones de energía apropiados del globo, que deben ser de alta frecuencia porque los estados metaestables se encuentran un poco más arriba del estado fundamental, los átomos en la sustancia fluorescente harán lo que se describe encima.

No se necesita corriente eléctrica para que las bombillas fluorescentes funcionen, ya que están iluminadas por los fotones de alta frecuencia del globo de plasma.