Plasmakule og lysstoffrør

Observer hva som skjer når et lysstoffrør berører ei plasmakule.

Ellen K. Henriksen
Seksjon for fysikkdidaktikk – "Skolelaboratoriet", UiO

Plasmakule

Studer ei plasmakule. Hvorfor spriker de lysende trådene som strømmer mot utsiden av kula?
Trykk en finger mot glasset på plasmakula. Hva skjer?
Forsøk å holde et lysstoffrør med den ene enden tett ved glasset på plasmakula. Hva skjer? Hva skjer om du holder midt på lysstoffrøret?

Faglig forklaring

Om plasmakula

Inne i glasskula er det gass under lavt trykk. Ved midten av kula frigjøres det elektroner, og siden det er elektrisk spenning mellom midten av kula og glasset rundt, går det en strøm gjennom gassen mellom glasskula og elektroden i midten. Når elektronene passerer gjennom gassen, blir gassmolekylene eksitert. De avgir eksitasjonsenergien igjen ved å sende ut lys med bølgelengder (spektrallinjer) som er karakteristiske for gassen.

Dette ligner på nordlysfenomenet: Nordlys oppstår også ved at ladde partikler fra sola passerer gjennom gass under lavt trykk (lufta i den øvre atmosfære) og eksiterer molekylene i lufta slik at de sender ut lys med karakteristiske bølgelengder.

Forklaring til spørsmålene:

De lysende trådene spriker fordi elektronene er negativt ladd og frastøter hverandre – tenk på håret som står til alle kanter når du har ladet det opp ved å gni en ballong mot det!
Når du trykker en finger mot plasmakula, vil flere tynne, lysende tråder samle seg til én tykkere, som ender opp i fingertuppen din. Nå leder du elektrisk strøm fra glasset på plasmakula, gjennom huden din og ned til gulvet.
Når du holder et lysstoffrør rett ved plasmakula, vil det begynne å lyse! Det sterke elektriske feltet rundt kula gjør at elektroner strømmer i lysstoffrøret, og det oppstår et lignende fenomen som i plasmakula og i nordlyset – gassen inni røret begynner å lyse. Dersom du holder midt på lysstoffrøret, vil bare halve røret lyse.

Plasmakule og lysstoffrør Plasmakule og lysstoffrør

Stoff kan eksistere i 4 ulike tilstander: Som fast stoff, væske, gass eller plasma. Plasmatilstander er uvanlige på jorda, men vi finner dem bl.a. i lyn, i nordlys – og i plasmakuler. I universet er plasmatilstanden den vanligste – det indre av stjerner består av plasma.

Plasma er gass som er ionisert, dvs. at noen eller alle elektronene er frigjort fra atomkjernene. Solas indre består av plasma. Her er temperaturen 15 millioner grader C, og tettheten er så stor at en 1-liters melkepapp med solstoff ville veie 150 kg. I plasmaet i solas indre er det så varmt og tett at elektronene ikke er bundet til atomkjernene; løse kjerner flyter rundt i en suppe av elektroner.

Tilknytning til læreplan (Fagfornyelsen, LK20)

Læreplan i naturfag (NAT01-04)
Kjerneelement
- Energi og materie (KE69)
Kompetansemål
- Vg1 SF
  
  utforske og beskrive noen sentrale bølgefenomener (KM818)
  
  utforske og beskrive elektromagnetisk og ioniserende stråling, og vurdere informasjon om stråling og helseeffekter av ulike strålingstyper (KM817)
- Vg1 IM
  
  beskrive ulike typer elektromagnetisk stråling og gi eksempler på hvordan stråling benyttes i trådløs kommunikasjon (KM756)
- Vg3 Påbygging
  
  utforske og beskrive elektromagnetisk og ioniserende stråling og vurdere informasjon om stråling og helseeffekter av ulike strålingstyper (KM733)
  
  utforske og beskrive noen sentrale bølgefenomener (KM734)