100 000V de ddp et plus

Les sphères à plasma sont des sphères en verre qui créent des étincelles filantes vers la face externe de la sphère et qui se concentrent sous vos doigts si on la touche. J'en possède une pour l'instant une de 16 cm et une de 35cm de diamètre.

Comment ça Marche ?

Le globe en verre contient typiquement un mélange de gaz inerte à pression réduite. La pression est en-dessous la pression atmosphérique pour favoriser les longues étincelles, permettre d'avoir un voltage moins important, éviter les pertes lumineuses. Si la pression est trop basse, l'étincelle sera large et floue. On estime la pression à environ /10 ou 1/20 de la Pression atmosphérique.

L'électrode centrale est recouverte de verre. La sphère se compose de deux sphères concentriques en verre emboitées et jointes hermétiquement. La sphère centrale est généreusement remplie de paille de fer. C'est par cette electrode que l'on applique le voltage haute-tension AC ou DC, qui va traverser le verre et franchir l'interface gazeux. Les valeurs typiques sont de l'ordre de 10000 volts à la fréquence de quelques kilohertz (100 kHz). On se limite à cette fréquence car elle permet d'avoir un courant d'un milli Ampère et de ce fait de ne pas provoquer un flux de courant trop important synonyme d'échauffement sous le doigt.

A mesure que le plasma est crée, il devient chaud, et comme l'air chaud monte, il se crée un mouvement de convection à l'intérieur de la sphere qui fait monter les étincelles.

Il y a émission de lumière par émission spontané (un peu le principe de pompage des lasers). Cela signifie qu'une particule (molecule, ion ou atomes) est dans un état instable (instable si elle a un niveaux d'énergie atomique plus élevé que la normale et se trouve sur une orbite atomique plus proche du noyau). Elle émet spontanément un photons avant de se retrouver dans un état stable. Chaque fois qu'une particule passe du même état haut aux même état bas, un même photon sera émis. La seule facon de changer la couleur est de changer le gaz ou la réaction se produit.

La seule facon pour une particule d'être excité est qu'une autre particule passe a toute vitesse près d'elle avec suffisament d'énergie. L'électron va transférer son énergie à la particule par transfert. Dans une sphère standard de 16cm, on estime le nombre de particule à environ 100 milliard de milliards, 2500 particules ont a peu près l'épaisseur d'un cheveu.

La plupart des sphères contiennent du xénon, krypton ou un mélange avec au moins du néon. Le xénon favorise les étincelles, conduit très peu la chaleur et la confine au niveau de l'électrode centrale, alors que le xénon et le krypton favorise les fumerolles très lumineuses.

Malheureusement, le xénon est aussi très cher et n'est utilisé que dans les sphères qui possèdent la pression interne la plus faible. La machine n'est pas dangeureuse mis a part sa relative fragilité (verre souflé)

Couleurs et effets des différents Gazs:

Helium Etincelles brillantes blanches-orangées-jaunes comme dans les lampes au sodium HP. Les couleurs sont variables selon la pression, dimension, courant, et dimension de la sphère.
Néon Etincelles rouges et orangées à leurs extrémitées. Mélangé avec d'autres gazs il perd ses couleurs mais conserve l'aspect orangé/rosé aux extrémitées.
Carbon Dioxide Etincelles bleues/blanches très lumineuses. On évite bien sur le contact de l'électrode centrale avec ce gazs non inerte et moins nobles. Il nécessite une tension plus élevée. On utilise des gazs ou vapeurs mono-atomique qui nécessitent moins de tension.
Azote Etincelles blanches ou roses-grises ou légèrement orange. Plus généralement gris ou lavande pour les petites tensions. La couleur apparente dépend des autres couleurs avec qui elle contraste. Nécessite un voltage important.
Air, Oxygène, vapeur d'eau Mauvais rendement et peu de luminosité. Risque de corrosion avec l'électrode centrale.
Argon Etincelles violettes/lavande. Extrémitées bleu-violette-lavande.
Argon + néon 99.5% neon + 0.5% neon. Mélange qui requière un voltage faible.
Argon + Azote Etincelles blanches ou rose pâles.Extrémitées bleu-violette-lavande. Nécessite un voltage plus important que l'argon pure.
Krypton Générallement blanches ou grises voire gris-verdâtre sous une tension faible.
Xenon Blancs bleuté. Flou et très gris selon la lumière du fond. Flou et très gris(lavande) sous une pression faible et faibles courants.

Nota : Il faut environ 1.1 kilovolts par millimètres

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