Cuando esté lleno voltaje aparece a través del ánodo y el cátodo, un campo eléctrico se configura de ánodo a cátodo. El flujo de la electricidad a través de un gas dentro del tubo o bombilla se llama descarga. Los electrones van de cátodo a ánodo, y los iones positivos van de ánodo a cátodo.
Podemos calcular la corriente total sumando la corriente de iones positivos y la corriente de electrones a través del tubo. Aquí la corriente de iones es sólo del 0,01 al 1% de la corriente total. Esto se debe a que los iones son mucho más pesados que los electrones.
Descarga de baja presión
Dentro del tubo de la lámpara uno o más gases se mantienen a muy baja presión. Esta presión es de aproximadamente 100th de 1 presión atmosférica. La corriente de la lámpara es menos de 1 amperio. Así que el calor producido dentro del gas debido al fenómeno de descarga de gas es muy bajo o insignificante.
Ionización por impacto de electrones
Cuando un electrón se libera para colisionar con un átomo neutro pueden darse tres casos.
- El electrón puede rebotar con un átomo perdiendo sólo una pequeña cantidad de su energía.
- El átomo puede ser excitado a la etapa superior de ionización al realizar su propio electrón.
- El átomo puede ser excitado sólo pero no la ionización.
La energía de un electrón puede expresarse en voltios de electrones (eV). La energía de ionización para el Hg es de 10,4 eV. La energía de ionización del gas argón es de 15,7 eV. El lámpara fluorescente contiene iones de Hg-Ar. La mayoría de ellos son iones Hg. Son producidos por colisiones de átomos de Hg con átomos más energéticos en el proceso de descarga.
Electrodos
La corriente de electrones es siempre mayor que la corriente de iones. Así que la mayoría de las lámparas tienen cátodo caliente (electrodo). Aquí el cátodo tiene la importante función de producir electrones para mantener la descarga. Pero el ánodo juega un papel menos importante, excepto el de aceptar los electrones. Los cátodos son de dos tipos, cátodo caliente y cátodo frío. Los cátodos calientes se calientan por la corriente circulante que proporcionan los estranguladores y el equipo de control o por el bombardeo de los iones positivos de la región vecina de la descarga. Lo último se llama brillo negativo. Por proceso de emisión termiónica…los electrones están disponibles para sostener la descarga.
Algún material especial de emisión de electrones está cubierto sobre el electrodo. Pocas lámparas tienen un cátodo frío que tiene un área más grande. Se debe aplicar un mayor voltaje a través de estos cátodos fríos. Este voltaje aplicado puede ser de 1 kV. El gas se descarga debido a esta aplicación de alto voltaje. De nuevo de 100 a 200 V el resplandor del cátodo se separa del cátodo, se llama caída del cátodo. Esto proporciona un gran suministro de iones que son acelerados al ánodo para producir electrones secundarios en el impacto, que a su vez producen más iones. Pero la caída del cátodo en la descarga del cátodo caliente es sólo a 10 V.
Difusión ambipolar
Cuando los iones positivos derivan hacia la pared y los electrones hacia los electrodos (ánodo), se forman los átomos neutros debido a su recombinación. Por el rápido movimiento de los electrones hacia la pared, ésta adquiere un pequeño potencial negativo (pocos voltios) que ralentiza a los electrones más rápidos que participan en el proceso de descarga continua. Este tipo de deriva de carga se denomina difusión ambipolar. Es una causa de pérdida de energía en el proceso de descarga. Para lograr este fenómeno de descarga de gas de forma continua en una condición de estado estable, la difusión ambipolar debe ser reducida. Así que el campo eléctrico de ánodo a cátodo debe tener un valor tal que los electrones adquieran la energía suficiente para mantener su proceso de descarga sin ninguna interrupción causada por la difusión ambipolar.
Inicio del fenómeno de descarga de gas
Prácticamente no hay ionización en el gas interior. Inicialmente, se aplica un voltaje a través del tubo. Así que idealmente el gas se comporta como un aislante. Unos pocos iones o electrones que normalmente están presentes en el gas, se aceleran debido a un voltaje suficientemente alto y entonces estos iones o electrones proporcionan más iones y electrones por ionización de impacto de electrones. Esta descomposición se logra mediante un proceso acumulativo (avalancha). El suministro adecuado de electrones continúa y emisión de campo, emisión fotoeléctrica o emisión termoiónica continúan debido a estas averías. Esto reduce enormemente el exceso de voltaje y el proceso de descarga se ve afectado para continuar. Excepto este precalentamiento, los cátodos están ahí para producir emisión de electrones. Para proporcionar el Calefacción eléctricase coloca un conductor de arranque en o cerca de la superficie de los electrodos de la lámpara. Se coloca un electrodo auxiliar en uno de los electrodos principales para producir una descarga de brillo local. De nuevo se utilizan pulsos de alto voltaje superpuestos para ayudar a la avería. Se utiliza material radiactivo dentro del tubo de descarga para ayudar a la ionización a iniciar el proceso de descarga. El voltaje de arranque se reduce a menudo utilizando la mezcla de penning en lugar del único gas inerte, se añade una pequeña proporción de otro gas que tiene una energía de ionización ligeramente inferior a la energía de excitación del gas principal. Ejemplos típicos son el 99% de gas neón y el 1% de argón que se mezclan para formar esta mezcla de penning para llenar el tubo. La energía de excitación del neón es de 16,5 eV y la del argón es de 15,7 eV. Para la mezcla de Ar-Hg, el argón tiene 11,6 eV y el Hg 10,4 eV.
Producción de radiación
La mayoría de las radiaciones de la mayoría de la lámpara de descarga están en forma de la columna positiva uniforme. Los electrones energéticos que producen la ionización también producen la excitación de los átomos de gas, que posteriormente irradian a su frecuencia característica. A baja presión, éstos suelen producir espectros lineales discretos, normalmente existen muchos niveles de energía. Siempre se mantiene el estado de excitación más bajo que puede producir la radiación de resonancia. Es muy eficiente, en el caso del Hg, la radiación de rayos ultravioleta a 253 nm es la principal de las radiaciones. Para excitar el fósforo en la pared de la lámpara fluorescente, el Hg tiene también otra línea de resonancia a 185 nm, pero esto es menos importante. En el caso de Na, la radiación de resonancia está a 2,1 eV en la región amarilla 589,3 nm. Cerca de esta longitud de onda, obtenemos la máxima respuesta visual que obtenemos. Ciertos estados para el Hg son 4,6 eV y 5,46 eV no pueden irradiar ningún espectro visible. Estos estados se llaman estado estable del metal.
