נוסח השאלה המקורי:מדוע יש צורך במתח גבוה כדי שנורת גז תאיר, הרי אנרגיית עירור הגז היא אלקטרון וולטים בודדים?
על מנת לענות כהלכה על שאלה זו, נזכיר בקצרה כיצד פועלות נורות הפלורסנציה שנקרא להן בפשטות מעתה נורות גז. הסבר מפורט יותר ניתן בעבר במדור זה ואפנה אליו בהמשך. נורות הגז (לדוגמה נורות הניאון) מורכבות לרוב מצינור המכיל גז אציל או תרכובת של מספר גזים. מתח גבוה ממותח משני צידי הגז ומביא להזרמת זרם בגז, אשר מביא לתהליך בו כל העת מיוננים אטומים מהגז. כאשר האלקטרונים חוזרים בחזרה אל האטומים הם פולטים את האנרגיה העודפת שלהם בצורת פוטונים בעלי אורך גל (צבע) מסוים. בחלק מהמנורות הצינור המכיל את הגז מצופה בחומר פלורסנטי, כך שהפוטונים שנפלטים פוגעים בציפוי הפלורסנטי, ומובילים לפליטת פוטונים נוספים, באורכי גל שונים כלפי חוץ.
מתיאור זה נראה כי לכאורה על מנת שהנורה תפעל, על האלקטרונים הזורמים בגז ומביאים ליינון של אטומים הגז כל העת, לשאת אנרגיה נמוכה, בסדר הגודל של אנרגיית היינון של אטום גז בודד שהיא מספר אלקטרון וולטים בודדים (21.5 אלקטרון וולט לגז הניאון לדוגמה), ועל כן עולה השאלה מדוע יש צורך במתח רב על מנת להפעיל נורה שכזו, מדוע מתח של מספר וולטים בודדים אינו מספיק?
התשובה לכך נעוצה במושג הנקרא מתח פריצה או באנגלית breakdown voltage או striking voltage. אנו רגילים לחשוב על מבודדים כרכיבים אידיאלים אשר אינם מעבירים זרם חשמלי לעולם. למעשה התמונה מסובכת במקצת כל מבודד, טוב ככל שיהיה, לא יוכל להמשיך ולמנוע מזרם לעבור דרכו אם יופעל עליו שדה חשמלי עצום, אם נלך ונגדיל את השדה החשמלי לבסוף יפרץ המבודד ויזרום בו זרם. ברגע הפריצה הזרם יהיה מאוד לא אחיד (לדוגמה בתמונה המופיעה כאן נראה זרם הפריצה במבודד), ולאחר הפריצה ילך הזרם ויגדל באופן מהיר עם הגדל השדה החשמלי.
כעת נחזור לחשוב על נורת הגז שלנו. הטיעון שהעלנו קודם לכן בדבר האנרגיה הנמוכה לה זקוק כל אלקטרון אשר זורם דרך הגז על מנת ליינן אטומי גז נוספים, הניחה כי הגז מוליך זרמים חשמליים. אבל ברגע הפעלת הנורה, הגז מבודד, על מנת שזרם חשמלי יתחיל לזרום דרך הגז, יש להפעיל מתח רב על הגז, כלומר עלינו להגיע למתח הפריצה של הגז. מתח זה תלוי במספר גורמים כמו המרחק בין האנודה לקטודה, צפיפות הגז, ואנרגיית היינון של כל אטום בגז. בנורות הגז המוכרות לנו זהו מתח גבוה מאוד, גבוה בהרבה ממספר הוולטים הבודדים אשר יספקו לאלקטרון בודד אנרגיה השווה לאנרגיית היינון של אטום הגז.
לכן מתח הפריצה של הגז הוא אשר קובע את הפרש המתחים בין האנודה לקטודה בנורת הגז.
מאת: ירון גרוס
המחלקה לפיזיקה של חומר מעובה
מכון ויצמן למדע
הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום. אנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה תמיד מתקבלות בברכה.
