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第二百九十四章 陰極,陰極

作者:新手釣魚人  分類: 科幻 | 超級科技 | 輕松 | 新手釣魚人 | 走進不科學 | 更多標簽...
 
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走進不科學 第二百九十四章 陰極,陰極

作為一名后世來人。

在看到面前這組放電管的時候,徐云的心中也不由產生了一股見證歷史的感慨。

低壓氣體放電管。

這可以說是人類真正觸及到微觀世界的啟蒙設備,另外,它在概念上還有一個比較規范的名稱。

那就是.

低壓氣體電子管。

當然了。

電子管這個概念現在還沒誕生,它真正出現要到1904年。

當時小麥的學生約翰·安布羅斯·弗萊明閃亮登場,發明出了赫赫有名的電子二極管。

然后在1906年,德福雷斯特又發明了三極管。

再往后就是點接觸晶體管、半導體三極管、pn二極管、輝光管這些了.

等到了徐云穿越來的2022年。

氣體放電的實驗裝置在實驗室層面,已經被優化到了一個極限。

例如代表封裝天花板的SMD1206,代表性能極值的YINT,還有代表浪涌吸收能力峰值的GDT等等.

那時候別說普通的氣體放電管了。

就連輝光管都已經被淘汰多時,成為了一個略有價值的小品類。

你在某寶上花幾百塊錢,都能買到一臺還不錯的輝光鐘——不過下單之前得先看清楚是輝光還是擬輝光,有條件的買一臺其實還挺有意思的。

總而言之。

和2022年比起。

法拉第他們這次準備的實驗設備,無疑堪稱極其簡易。

但另一方面。

簡易,卻不等于寒酸。

很多時候。

歷史就是在這種后世所謂‘狗都看不上’的條件中迎來了某個關鍵節點,從而揭開了全新的篇章。

視線再回歸現實。

一切都準備完畢后。

法拉第戴上手套,帶著徐云等人來到設備邊上,準備開始.

抽水銀。

魔改版的蓋斯勒管...或者說消炎管的抽氣出口被設置在了試管的中部,大致模樣就是開了個小口,然后用軟管連接著外部。

操作過程就是利用外部的壓力閥門,將管內的水銀給抽取出來。

水銀一旦全部被抽離,加上外部繼電器中銜鐵的磁路閉合,便可以做到十萬分之一的真空度。(有讀者留言問有沒有相關書籍,這里推薦兩本,楊津基老師的《氣體放電》,還有嚴璋先生的《高電壓絕緣技術》)

隨后法拉第朝基爾霍夫做了個手勢,基爾霍夫見狀便快步來到桌子的另一側。

然后.

握住一根半米多長的把手,跟搖擼似的哼哧哼哧的操弄了起來。

沒錯。

這種苦力式的操作,便是1850年抽取真空最有效的方法。

沒辦法。

時代所限。

后世抽取真空的方式有多,例如機械泵啊,分子泵啊,離子泵啊等等。

像比較好的離子泵,可以達到1012mbar左右的真空度。

但1850年的設備卻做不到后世那般全機械化,在1870年之前,抽取真空的方式只有兩種:

往復真空泵或者油封式旋轉真空泵。

前者的原理是利用泵腔內活塞做往復運動,通過人力引動泵腔將氣體吸入、壓縮并排出。

因此又稱為活塞式真空泵。

油封式旋轉真空泵則是利用油類密封各運動部件之間的間隙,減少有害空間的一種旋轉變容真空泵。

相對而言,后者的效率要高一些。

不過油封式旋轉真空泵需要用到氣鎮裝置,準備和操作環節都比較繁復,因此法拉第這次還是選擇了往復真空泵。

“嘿咻,嘿咻!”

看著跟鉗工扭螺絲一般轉動把手的基爾霍夫,徐云忽然想到了老蘇副本中的驢兄.新

話說回來。

等到自己回歸現實,那頭從五洲山買回來的母驢也差不多該送到學校了。

到時候能壓榨....咳咳,使用的勞力,就又多了一頭。

真好啊

就這樣。

大概過了五分鐘左右。

基爾霍夫停下手中的動作,一邊喘氣一邊抹了把額頭上的汗水,對法拉第道:

“教授,水銀都抽出來了,穩壓計始終顯示正常。”

法拉第點點頭,說道:

“辛苦你了,古斯塔夫。”

接著他示意黎曼去將窗簾放下,將光線盡數遮蔽。

他自己則走到了桌子的左側,摸索片刻,按下了某個電源開關。

很快。

隨著電源的開啟,外部線圈開始放電,放電管兩極的電壓開始增大,管內出現了電動勢。

而在肉眼無法看到的微觀世界。

無數從陰極發射出來的電子,在電場的作用下向陽極運動。

它們在間隙的中間遭遇殘留的空氣分子阻隔,經過一系列碰撞產生了大量新的電子和正負離子。

由于電子運動的速度很快,因此電子大量集中在前進方向的前部。

而正離子則留在后部,并在管內形成了電子和正離子構成的集合體——這種集合體在后世有個名字,叫做電子崩。

與此同時。

也有大量的離子發生了其他變化:

它們在管中復合為了正常氣體原子。

上輩子是離子的同學應該知道。

所謂離子復合,其實就是指電子返回正離子的過程。

當電子返回原子時。

會把它攜帶的能量以光的形式發射出來。

隨著電子崩向陽極移動,其中的電子和正離子越來越多。

這一方面改變了放電間隙中的電場分布,同時又使得崩頭崩尾中的電荷削弱了電子崩內部的電場,使其復合作用增強。

電子與正離子的復合會產生大量的光子,而光子作用在后部的氣體上,使得這些氣體出現電場電離。

接著又產生第二個電子崩、第三個電子崩。

每個電子崩的頭部和尾部分別向陽極和陰極發展,最后連成一片。

直到..

隨著一聲細微的聲音。

一條完整的電離氣體通道形成了,管內的氣體間隙被擊穿。

另外別忘了。

法拉第此前在管中填充的可是水銀,一種非常容易揮發的物質。

雖然它們在肉眼角度已經被全部抽取了出來,但基爾霍夫畢竟不是魂殿長老,因此有部分水銀還是殘留在了管壁上。

在電壓的刺激之下,它們很快形成了水銀蒸汽。

于是.

一道藍白色的光出現了在了管內,令人不自覺就想到了mio的藍白碗。

這是獨屬于水銀的光線特效,如果換做鈉則會出現黃白色。

見此情形。

法拉第不由俯下身子,凝望著棺中的這道藍白光。

也不知是在感慨時間,還是在贊嘆蕭炎館的神奇,只聽這位已經接近六十歲的老者,嘴中喃喃道:

“12年了啊..”

實話實說。

比起12年前那根6真空度的真空管,如今的這根蕭炎管在成像上確實要清晰的多。

法拉第甚至不需要借助放大鏡,便能看到有幾塊不同亮度的區間,沿著陰極到陽極依次分布。

“一...二...三....”

法拉第認真數了數,轉頭看向徐云,問道:

“羅峰同學,一共有六塊光暗區域?”

徐云曾經說過‘肥魚’沒有做成這個實驗,于是干脆利落的朝他一攤手:

“我不到啊。”

法拉第意味深長的看了他一眼,沒有說話。

隨后他將韋伯等人招呼到了身邊,記錄起了現象。

從觀測角度來說。

輝光放電無疑算是比較有特點的氣體放電現象之一。

發生時弧隙中的整個空間都在放電,并且溫度不會太高,限制觀察的其實就一個真空度。

真空度越高,輝光放電發生的就更容易,現象也更清楚。

十萬分之一真空度的條件,哪怕往后推移個一百年,在1950年也能算過得去了。

因此法拉第等人可以一邊觀察,一邊非常自由的做著文字記錄。

“古斯塔夫,你記一下。”

“...自陰極開始,首先出現的是一塊極短的暗區,肉眼輕微可見,詳細觀測需以放大鏡協助.”

“第二塊區域緊貼第一層,亮度適中,由肉眼便可觀測.”

“第三塊發光微弱.”

“第四塊區域有明顯的分界,在分界線上發光最強,后逐漸變弱.”

“第五塊表現為過渡區域,即原先的法拉第暗區.”

法拉第一邊觀察一邊敘述,語氣隱隱的有些顫抖。

雖然已經有了一些心理準備,大致能猜到實驗現象會比較有沖擊力。

但如今看到這排列分明的六塊區域,他的心中依舊遏制不住的冒出了一股復雜的情緒。

在12年前,他真的以為輝光管中只有一塊法拉第暗區而已.

他就像一位魚汛期豐收的漁民,在某片灘涂抓到了一條鰻魚。

他大致能猜到那個方向的海里或許能找到更多的鰻魚,但他卻看上了另一個方向的墨魚群,于是放棄了這里。

沒想到隨著精度的提高,別說光線之后的‘深海’了。

連法拉第暗區這塊原先被他以為‘僅此而已’的灘涂附近,實際上都埋藏著一頭頭的野生大黃花魚

而另一邊。

看著瘋狂記錄著現象的法拉第等人,徐云的表情則依舊相對淡定。

他在后世不止一次的做過輝光實驗,對于現象本身其實依舊見怪不怪了。

而且實際上。

輝光放電過程中出現的區域不是六塊,而是七塊...或者說八塊。。

其中第一塊叫做阿斯頓暗區,它是陰極前面的很薄的一層暗區。

在原本歷史中。

它要到1968年的時候,才會由F.W.阿斯頓于實驗中發現。

在這塊區域中,電子剛剛離開陰極,飛行距離尚短。

它們從電場得到的能量不足以激發氣體原子,因此沒有發光。

緊靠著阿斯頓暗區的則是陰極輝區。

由于電子通過阿斯頓暗區后已具有足以激發原子的能量,因此在陰極輝區恢復為基態時,這片區域就發光。

后面則分別是克魯克斯暗區、負輝區、法拉第區域以及正輝柱區。

至于最后一塊沒被法拉第發現的區域嘛

它其實是兩個小區間的統稱,叫做陽極輝區和陽極暗區。

這兩個小區域形成的條件要求比較高,只有在陽極支取的電流大于等離子區能正常提供的電流時才出現。

因此它們在放電現象中,一般都不會被視作常見區域。

而在以上所有的區域中,最重要的是正輝柱區。

這塊區域中的電子、離子濃度約1015~1016個/m3,且兩者的濃度相等,因此稱為等離子體。

實際上。

這部分區域對于輝光現象本身而言可有可無,在短的放電管中,正柱區甚至會消失。

但在衍生領域,這玩意兒卻騷的不行:

近代微電子技術中的等離子體涂覆、等離子體刻蝕,等離子體物理,核聚變、等離子體推進、電磁流體發電等尖端科學技術全都和它有關系.

同時這些技術和正輝柱區的關聯不是那種稍微沾邊的邊角毛,而是實打實的基礎研究支撐之一。

當然了。

目前的法拉第等人還不知道這些區域在今后會造成何等大的影響——他們甚至連第七塊區域都沒被發現呢。

受時代視野的影響。

他們全然沒有意識到自己做了一些什么,又讓這個時代一百多年后的高考難了多少分.

記錄好相關數據后。

法拉第、高斯和韋伯三人,便就地討論分析起了現象。

只見韋伯的目光緊緊盯著真空管,這位物理學史知名的倒霉蛋之一此時展露出了他敏銳的判斷力:

“第一塊暗區要比第三塊暗區黑上許多...比法拉第暗區...還是要黯淡不少。”

“但這一帶明顯被施加了電動勢,也就是說硬件設備、‘場’的強度都是一致的。”

“那么出現暗區的原因,恐怕就剩下了一個.”

說到這里。

韋伯不由抬起頭,與法拉第、高斯對視一眼,異口同聲的說道:

“能量!”

一旁的徐云聞言,目光微不可查的一凝。

輝光放電中會出現暗區的核心原因就是激發較小——如果拋開陰極暗區這個特例,其他三個暗區都可以說不怎么發生電離。

而這些帶電粒子之所以未激發,就是因為電子的能量很低。

就像八支八支半一樣,撞擊的那段區域是亮區,出來蓄力的那段便是暗區。

雖然能量和微粒激發之間還隔著十萬八千里。

但以現如今的科學認知,韋伯等人能想到能量這個層面,說實話確實很了不起了。

當然了。

除了韋伯等人本身的能力外,這其中很大部分原因要歸結于小牛:

正是因為他提出了波粒二象性的雛形理論,才會讓韋伯這些后人能夠更加自由的去進行猜想。

隨后法拉第等人又對試管進行了測量和記錄,接著便開始了更為重要的一環

檢測這條射線的本質。

首先法拉第先走到試管邊上,按下了某個開關。

隨著開關的啟動。

一個原先被貼合在管壁內側的圓形小木片被放了下來,擋在了光線行進的光路上。

而隨著光路被擋,沒幾秒鐘,試管的右側便出現了一塊清晰的影子。

法拉第見狀,輕輕點了點頭。

試管的左邊是陰極,右邊是陽極。

二者之間加入小物體,影子出現在右側,便說明了一件事:

射線起源于陰極。

想到這里。

法拉第不由看向徐云,問道:

“羅峰同學,肥魚先生有沒有給這束光線命名?”

徐云搖了搖頭:

“沒有。”

法拉第見說沉吟片刻,又與高斯和韋伯對視了一眼,斟酌著說道:

“既然如此,就先叫它陰極射線吧。”

徐云原先還擔心法拉第會說出什么騷名字呢,比如極光極霸啥的,聽到陰極射線后便放下了心。

至于這是歷史的慣性,還是法拉第恰好想到的名詞

這就不是徐云有能力了解的事兒了。

總而言之。

確定好光線的源點是陰極后。

法拉第的表情忽然一正,表情瞬間凝重了不少。

他放在身后的左手,甚至極其隱蔽的抖動了幾下,只是任何人都沒有注意到這一幕。

隨后他面色嚴肅的轉過身子,對基爾霍夫說道:

“古斯塔夫,加外部場吧。”


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