La descarga eléctrica en gases es un fenómeno físico que se produce cuando un flujo de electrones circula en un medio gaseoso y es debido a la ionización del gas. Dependiendo de varios factores, la descarga puede irradiar luz visible. Las propiedades de las descargas eléctricas en gases son estudiadas en conexión con el diseño de fuentes de luz y de equipamiento eléctrico de alto voltaje.
En tubos de cátodo frío, el caudal eléctrico en el gas tiene tres regiones, según las distintas características del voltaje:
La descarga luminiscente es provocada por los electrones que inciden en los átomos de gas ionizándolos. Para la formación de la descarga, el camino libre medio de los electrones tiene que ser razonablemente muchas veces más corto que la distancia entre los electrodos; por lo tanto, las descargas no se producirán fácilmente con electrodos muy próximos o con presiones de gas elevadas.
La tensión de ruptura para la descarga luminiscente depende no-linealmente del producto de la distancia entre los electrodos y la presión del gas según la ley de Paschen. Para ciertos valores de [distancia × presión], se presentan valores de tensión de rotura más bajos. El aumento del voltaje de descarga para distancias entre electrodo más cortas está relacionado con longitudes medias de los electrones demasiado largas en comparación con la distancia entre los electrodos.
Puede añadirse al tubo una pequeña cantidad de un elemento radiactivo cualquiera como una pieza separada de material (como níquel-63 en krytrones) o como aditivo en la aleación de los electrodos (como el torio), que sirven para pre-ionizar el gas y aumentar la fiabilidad de la descarga luminiscente, la tensión de rotura o el arco de descarga de ignición. También puede utilizarse un isótopo radioactivo gaseoso, como por ejemplo el criptón-85. Electrodos de ignición y electrodos de sostenimiento de descarga también pueden ser empleados.
La relación E/N entre el campo eléctrico E y la concentración de partículas neutras N es a menudo utilizada como parámetro de cálculo, porque la energía media de los electrones (y por lo tanto, muchos otras propiedades de la descarga) es función de E/N. Aumentar la intensidad eléctrica E por un factor q tiene el mismo efecto que reducir la densidad del gas N en el factor q.
La unidad del Sistema Internacional es V·cm², pero la unidad denominada Townsend (Td) es frecuentemente utilizada.
El uso de dispositivos de descarga luminiscente para la solución de ciertos problemas para determinar itinerarios optimizados fue descrito en 2002. Según un artículo de la revista Nature, investigadores del Imperial College de Londres demostraron cómo construir un mini-mapa que da a los turistas indicaciones luminosas de la ruta a seguir. Fabricaron un chip con el plano de las calles del centro Londres de una pulgada de tamaño grabadas en una lámina de vidrio, situando una tapa plana sobre la parte superior, de forma que el trazado de las calles se convierte en una especie de red de tubos vacíos. Llenaron estos canales con gas helio, e insertaron electrodos en la localización sobre el mapa del dispositivo de destinos turísticos clave. Cuando se aplica un voltaje entre dos puntos, la electricidad naturalmente localiza la trayectoria más corta entre los dos puntos a través de la red de calles, iluminando el recorrido óptimo.Este dispositivo representa una novedosa aplicación de la informática analógica para solucionar una extensa clase de problemas relacionados con el cálculo de recorridos óptimizados basados en las propiedades de la descarga luminiscente.
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