Denge ve Patlayıcı Kuvvetin Gruplar Arası Karşılaştırılması

As pesquisas modernas sobre a f´ısica das descargas el´etricas foram iniciadas atrav´es do estudo do cl´assico tubo de descarga el´etrica de baixa press˜ao. Esta configura¸c˜ao foi o prot´otipo das lˆampadas de neon e fluorescente. Consiste, basicamente, de um tubo de vidro com o interior em estado de baixa press˜ao (Pint<< Patm) e com os lados contendo

eletrodos em forma de disco. Estes eletrodos, por sua vez, s˜ao ligados ´a uma fonte de tens˜ao cont´ınua de alta tens˜ao. Desta forma, o c´atodo come¸ca a emitir el´etrons que por sua vez d˜ao in´ıcio ao processo de ioniza¸c˜ao de todo o g´as no interior do tubo. A partir deste est´agio, ocorre o surgimento de uma luminescˆencia entre os eletrodos, como decorrˆencia do estabelecimento de uma descarga el´etrica no meio. Por conta da grande emiss˜ao de luz, este fenˆomeno ficou conhecido como a descarga el´etrica brilhante. Como ser´a visto mais adiante, esta descarga el´etrica ´e um dos melhores meios de se produzir apreci´aveis n´ıveis de ioniza¸c˜ao em um meio gasoso.

Figura 4.4 –Esquema de um Tubo para Descarga El´etrica em Baixa Press˜ao.

Basicamente, em um tubo contendo um g´as em baixa press˜ao ´e poss´ıvel se obter trˆes tipos distintos de descargas el´etricas, ou seja, a descarga escura, a descarga brilhante e o arco el´etrico. Estes trˆes regimes dependem de determinadas condi¸c˜oes f´ısicas do tubo no qual s˜ao produzidas. Pode-se citar, principalmente, a distˆancia de separa¸c˜ao entre os eletrodos, o tipo de g´as que preenche o tubo (ou mistura de gases) e a raz˜ao tens˜ao-corrente que alimenta os eletrodos. No entanto, ´e usual para diferenciar os regimes de opera¸c˜ao das descargas el´etricas manter constantes as dimens˜oes do tubo bem como a composi¸c˜ao do meio em seu interior e se variar a rela¸c˜ao entre a corrente e a tens˜ao el´etrica. Ou seja, privilegiam-se as caracter´ısticas el´etricas da descarga, o que, em princ´ıpio, pode ser extrapolado para outros tipos de dispositivos em que se produzem descargas el´etricas.

De acordo com Roth (1995) os regimes da rela¸c˜ao entre a corrente e a tens˜ao para uma descarga el´etrica de baixa press˜ao s˜ao mostrados, esquematicamente, na Figura 4.5. Pode-se ver claramente os trˆes regimes distintos da descarga. No primeiro est´agio, des- carga escura, existe uma pequena curva onde a corrente varia entre 10−10 _{a 10}−9 _amperes (aproximadamente) onde a ioniza¸c˜ao se processa basicamente de modo natural, ou seja, atrav´es de raios c´osmicos ou de outra fonte de ioniza¸c˜ao de fundo. Ainda neste est´agio, pode-se notar que durante um certo intervalo a corrente se mant´em constante mesmo sendo elevada a tens˜ao de alimenta¸c˜ao dos eletrodos. Neste etapa as esp´ecies excita-

das criadas na regi˜ao anterior, ´ıons e el´etrons, s˜ao retirados do volume da descarga e os el´etrons injetados pelos eletrodos n˜ao possuem energia suficiente para produzir nova ioniza¸c˜ao. Por´em, logo a seguir, os el´etrons injetados pelos eletrodos adquirem suficiente energia do campo el´etrico para que possam agora ionizar algumas mol´eculas do g´as neu- tro circundante. Este est´agio ´e denominado de Regime de Townsend, e leva a um r´apido crescimento do valor da corrente que flui pela descarga com o aumento da tens˜ao de ali- menta¸c˜ao. Ainda neste est´agio a primeira descarga el´etrica vis´ıvel ocorre durante as fases finais do regime de Townsend. Conhecida por Descarga Corona, ela tamb´em surge por conta da grande concentra¸c˜ao do campo el´etrico (gradiente) em pontas, nas bordas ou nas asperezas da superf´ıcie dos eletrodos.

Figura 4.5 –Rela¸c˜ao Corrente/Tens˜ao em Descarga de Baixa Press˜ao (ROTH, 1995).

brilhante. Neste est´agio a corrente el´etrica que flui pelo g´as ´e suficientemente grande para que uma grande quantidade de mol´eculas do g´as neutro se ionizem. Ocorre tamb´em uma mudan¸ca significativa no regime da descarga el´etrica, pois agora o plasma ´e claramente vis´ıvel, o que produz a denomina¸c˜ao deste regime de descarga el´etrica (como j´a foi citado anteriormente). Este tipo de descarga el´etrica apresenta dois est´agios de existˆencia como pode ser visto na Figura 4.5. Logo ap´os uma transi¸c˜ao descont´ınua (parte tracejada descendente da curva) a descarga entra no regime de descarga brilhante normal, na qual a tens˜ao ´e praticamente independente da corrente para v´arias ordens de magnitude. A densidade de corrente el´etrica entre os eletrodos ´e independente da corrente total neste regime. Ou seja, o plasma est´a em contato com apenas uma pequena regi˜ao da superf´ıcie do c´atodo com baixa corrente el´etrica. Logo ap´os este est´agio a descarga entra no regime de descarga brilhante anormal onde a tens˜ao aumenta significativamente com o aumento da corrente el´etrica total para for¸car a densidade de corrente el´etrica no c´atodo acima de seu valor natural.

O regime que sucede a etapa de descarga brilhante apresenta uma grande altera¸c˜ao no comportamento do g´as entre os eletrodos. Este est´agio come¸ca quando os eletro- dos tornam-se suficientemente quentes, o que permitem que o c´atodo comesse a emitir el´etrons de forma termoiˆonica. Se a fonte de tens˜ao el´etrica tiver uma resistˆencia el´etrica interna suficientemente baixa a descarga ir´a atingir a transi¸c˜ao para uma descarga em arco el´etrico. O regime da descarga em arco apresenta a tens˜ao el´etrica na descarga de- crescendo com o aumento da corrente el´etrica, at´e que grandes correntes el´etricas s˜ao estabelecidas e finalmente tendo a tens˜ao el´etrica aumentando vagarosamente com o au- mento da corrente el´etrica. Com rela¸c˜ao `a luminosidade, este regime apresenta a emiss˜ao da maior quantidade de luz com rela¸c˜ao aos outros est´agios da descarga el´etrica em baixa press˜ao.