|
ELEKTROMOSSÁGTAN - ELŐADÁS ANYAG |
|
Alacsony nyomású, nagynyomású gáz- és gőzkisülések. Fényforrások
Röntgensugárzás, röntgenkészülékek Alacsony nyomású, nagynyomású gáz- és gőzkisülések. Fényforrások
Kisülési csövek: Kisülési jelenségek tapasztalhatók olyan, két elektródával ellátott üvegcsőben, amelyben a gáz nyomását széles tartományon, 104-10-3 Pa között változtatják (Geissler-cső) és az elektródákra feszültséget kapcsolunk (100-1000 V). A negatív potenciálra kapcsolt elektródot katódnak, a pozitív potenciálra kapcsolt elektródot pedig anódnak szokás nevezni. A csőben maradt gáz nyomásától függően nagyon különböző kisülés indul el, és ennek hatására a gáz világítani kezd (a neon gáz főleg piros, az argon gáz zöld, a kripton kékes-zöld fényt bocsát ki) (a mai fénycsövek túlnyomó többségben viszont nem „neoncsövek”, hanem higanygőz töltésű kisülési csövek). A hétköznapi gyakorlatunkban alacsony nyomású higanygőz kisülési csöveket alkalmazunk épület világításra és szoláriumban „barnulásra”, nagynyomású higanygőz kisülési csöveket pedig utcai világításra, és hasonlóan nagynyomású nátrium gőz kisülésű csöveket is utcai világítás céljára. A gépkocsik lámpáinál, legújabban xenon töltésű „lámpákat” is lehet kapni.
A kisülési csövek főbb részei: kvarccső, anód, katód, töltőgáz, vagy fémek elgőzölögtetését biztosító fűtőrész (nyomásszabályozás). A töltéshordozók keltésének módjai: magas hőmérséklet, röntgensugárzás, radioaktív sugárzás. Nem önálló vezetés közönséges nyomású gázokban. Az áramerősség és feszültség kapcsolata: kis feszültségeknél érvényes az Ohm-törvénye. Nagyobb feszültségnél beáll a telítési áram. Külső ionizáló hatások (röntgen és radioaktív sugárzások) növelhetik az ionizációt.
Alkalmazások: Gáztöltésű fénycsövek (Nem termikus fényforrások) Kisnyomású gázkisülő lámpák Fénycsövek (alacsony nyomású nemesgáz vagy higanygőz töltéssel) Nemesgáz töltésű fénycsövek (neon, hélium, kripton, argon) Higany (gőz) töltésű fénycsövek (egyenes, hajlított kompakt fénycsövek) Indukciós lámpa (nitrogén gáz, nemesgáz töltéssel) Nátrium lámpa (nátrium gőz) Nagynyomású gázkisülő lámpák Higanylámpa Nagynyomású nátriumlámpa Fémhalogén lámpa Xenonlámpa
Nem önálló vezetés nagyvákuumban. A vezetést a katódból kilépő elektronok végzik. A kilépés a termikus elektronemisszió következménye (izzókatód). (Dióda, fotocella). Alapkutatás: Elektron fajlagos töltésének (e/m) és sebességének meghatározása elektromos és mágneses térben. Alkalmazás: oszcilloszkóp, nemesgáztöltésű fénycsövek, Hg gőz töltésű fénycső, televízió képernyő, tömegspektrométer, elektronmikroszkóp, folytonos és impulzus üzemű gázlézerek, fémgőzlézerek.
Katódsugárcső (oszcilloszkóp képcső, televízió képcső, számítógép monitor) A katódsugárzást Julius Plücker fizikus 1859-ben fedezte fel. A katódsugárzás a 10-2-10-3 Pa nagyságrendig leszívott kisülési csőben jön létre. Ezen a nyomáson már nem tapasztalunk fényt, mert a katódból kilépő elektronok az anódig eljutva nem ütköznek gáz atomokkal, gázmolekulákkal, amik fényt bocsátanának ki. A csőnek a katóddal szemben lévő üvegfala azonban zölden fluoreszkálni kezd. A katódsugarak a katód anyagából kilépett, és az elektródokra kapcsolt feszültség hatására felgyorsult, nagysebességű elektronokból állnak. Ezek az elektronok a katóddal szemben lévő üvegfalba (vagy a fal belső felületét bevonó foszforeszkáló anyagba) ütközve késztetik fénykibocsátásra az ott lévő atomokat. Ha a katóddal szemben helyezzük el a másik elektródot (az anódot), akkor az elektronok abba csapódnak be és ez lesz a Röntgen készülék.
Röntgensugárzás, Röntgenkészülékek
A berendezés és működésének rövid leírása: A röntgensugárzást 1895-ben Wilhelm Röntgen fedezte fel. A sugárzás egy speciális elektroncsőből nyerhető. Ennek izzó katódja a szokásos módon szolgáltatja az anód felé az elektronokat. Az anód és a katód közé azonban nagyfeszültséget, 30-100 kV körüli értékeket kapcsolnak. Az anódból, (vagy más néven céltárgyból), ennek következtében elég rövid hullámhosszúságú (1-20 nm) elektromágneses sugárzás lép ki. Ezt nevezzük röntgensugárzásnak, aminek az intenzitását az izzókatód áramának változtatásával, a keménységét (foton energiáját) pedig a gyorsító feszültség változtatásával tudjuk elérni.
A sugárzás atomelméleti leírása: A röntgensugárzás két összetevőből áll: egy folytonos energia eloszlású színképből és egy vonalas színképből, amely a céltárgy (anód) anyagára jellemző. A röntgensugárzás spektrumvonalai az optikai színképvonalakhoz hasonlóan, sorozatokba csoportosíthatók. Ezeknek a jelölését a következő nagy betűkkel tették meg: K, L, M, N,..A kisugárzott spektrumvonalak az anód anyagára jellemzőek. A nagy energiájú elektronok úgy ionizálják a céltárgy atomjait, hogy a belső lezárt elektronhéjak valamelyikéről (pl. K-héj, n=1) kilöknek egy elektront. A megüresedett helyre az L-héjról (n=2) lép be nagy valószínűséggel egy elektron, miközben a két állapot közötti energiakülönbséget az atom foton formájában kisugározza. Az L-héjon bekövetkező elektron hiány pedig az M-héjról pótlódik, így tehát egy egész vonalsorozatot sikerül kapni.
Felhasználása diagnosztikában, analitikában: A röntgen színképek jellemzőek a kibocsátó elemre, ezért ez a technika felhasználható elemek minőségi és mennyiségi analízisére. A röntgensugárzás további felhasználása az orvosi diagnosztikában, a roncsolás mentes anyagvizsgálatban azon alapszik, hogy az anyagok abszorpció képessége a rendszám függvénye. Az alacsony rendszámú anyagok gyengén, míg a nagyobb rendszámú anyagok erősebben nyelik el a röntgensugárzást. Ezért az emberi test átvilágítása során a sok kálciumot tartalmazó csontok, intenzív elnyelésük miatt, erős árnyékképet adnak, míg a fémeket kevésbé tartalmazó lágy szövetek „árnyképei” alig térnek el a filmfelvételen, vagy a készülék ernyőjén egymástól. A nagy rendszámú ólom pedig, megfelelő vastagságban ezért használható „védőruhaként” a röntgen besugárzások esetében.
Folytonos és impulzus üzemű gáz- és fémgőz lézerek
Molekula–lézerek: A
lézerátmenet a molekula két energiaszintje között történik.
rezgési-rotációs lézerek (azonos elektronállapotok - leggyakrabban
alapállapot - különböző rezgési és rotációs szintjei közötti átmenet),
tipikus hullámhossztartomány 2-300 µm között van. Legismertebb a
széndioxid (CO2) lézer,
9,6-10,5 µm között kb. 40 vonalon dolgozik. Felhasználási területei:
longitudinális, lassú áramolású 50-100 W-os lézereket a sebészetben,
iparban használnak (vágásra, hegesztésre), gyors, longitudinális
áramolású, 1-3 kW-os rendszeket főleg megmunkálásra (fémek vágására)
használnak.
Fémgőz lézerekben
alkalmazott fémek: Pb, Cu, Au, Ca, Sr, Mn. Látható hullámhosszakon
általában impulzusban működnek. A Cu lézernek 514 nm-nél jelentkezik a
fénye.
|