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Titolo: Ionizzazione, arco elettrico

Gentili fisici di questo newsgroup vi pongo delle domande relative ad alcuni 
miei dubbi:
Ho un dubbio su come calcolare il campo elettrico necessario a far avvenire 
una scarica elettrica in un gas!
nell'aria per esempio è necessario un campo elettrico di 30kVolt/metro alla 
pressione atmosferica, ma come si calcola?
Ho pensato di eguagliare l'energia di prima ionizzazione dell'azoto che è il 
78% dell'aria(per semplificare presumo che l'aria sia composta da solo 
azoto) all'energia che gli elettroni liberi devono avere per strappare un 
l'elettrone piu esterno dell'azoto, a sua volta l'energia che gli elettroni 
hanno si suddivide in due, l'energia che hanno già e l'energia che il campo 
elettrico applicato gli fornisce in un determinato spazio che è il cammino 
libero medio.
Si potrebbe sintetizzare cosi:
Eionizzazione=Edatadalcampoelettrico+Einiziale
Eionizzazione=F*s+Einiziale
Eionizzazione=Ecampoelettrico*qcaricasingoloelettrone*?camminoliberomedio+(1/2)*massaelettrone*v2velocitàinizialemediaelettronelibero
Eionizzazione=Ecampoelettrico*qcaricasingoloelettrone*((k*t2)/(3.14*d2*p)+(1/2)*massaelettrone*v2velocitàinizialemediaelettronelibero
Dove posso trovare i valori dell'energia degli elettroni liberi per i vari 
gas? e dove posso trovare i valori degli elettroni? dove posso trovare i 
valori dei diametro "d" dei vari atomi o molecole dei vari gas?
Il mio obbiettivo ultimo è calcolare il campo elettrico E per alle varie 
pressioni per i vari gas! esattamente come hanno calcolato i 30kVolt/metro 
per l'aria a pressione atmosferica! per l'energia iniziale ho cercato i 
first Townsend coefficient ma anche sui libri di fisica dei plasmi che ho 
sotto mano non ho trovato nulla.
Ringrazio chiunque chiarisca i miei dubbi ed i miei errori!
La mia domanda è: sui libri di fisica come hanno calcolato il valore di 
30kVolt/metro per l'aria alla pressione che c'è al livello del mare?
Ringraziandovi anticipatamente vi saluto e ringrazio!
Stefano Rossi 

 pressione atmosferica
... intendevi 3 *Mega*Volt/metro credo!


Esattamente son 30KV/cm o 3MV/m come scritto sotto...
I conti per arrivare ad un modello che comunque e' ancora piuttosto
lontano dal descrivere bene il fenomeno sono piuttosto complicati. Ci
sono troppi fenomeni che non si possono trascurare.
Pero' una stima molto molto grezza dell'ordine di grandezza si puo'
fare cosi'.
Prendi per buono che in questo tipo di scariche il grado di
ionizzazione e' 10^-4.
Dalla legge di avogadro sai che una mole di gas occupa 22,4l.
Vedi che ci sono 3*10^25 molecole/m^3. O una molecola ogni
3*10^-26m^3. Il che vuol dire che procedendo lungo un solo asse ne
trovi una ogni 3nm.
Se ne deve ionizzare una ogni 10'000. Per ionizzarne una ci vogliono
10eV(conti moooolto spannometrici faccio notare...non stare a vedere
che magari ce ne vogliono di più o di meno) Quindi ti servono 10V/
30'000nm.
Da questo conto ottieni 0,3MV/m.
Noterai che questo conto piu' che essere un conto di ordine di
grandezza e' un conto di "limite inferiore".
Poi molta energia viene assorbita per altri fenomeni, quindi sai che
di sicuro ti ci vorranno piu' di 0,3MV/m.
Qua non hai manco guardato come si formano queste ionizzazioni.
Chiaramente hai visto dal conto che conta il numero di molecole al
m^3.
Quindi la pressione e' importantissima.
Infatti spesso sui libri sul tema al posto che il voltaggio d'innesco
in V/m lo trovi "ridotto" in V/(atm*m)
In modo che questi valori siano piu' generali.

Il mio quesito principale è se dell'aria alla pressione di 0.01 mbar 
millibar
possa bastare per ionizzarsi con un campo elettrico di 10 V/metro o se ci 
sia bisogno di 100 V/metro.
Io penso che ci sia bisogno di pressioni ancora piu basse, o no?
nelle lampadine a risparmio energetico e nei tubi al neon che pressioni si 
usano? (anche se i gas sono diversi)
Grazie, sei stato uno dei pochi a darmi una risposta che mi permetta di 
capirci qualcosa, ma sei sicuro di quella formula ridotta che mi hai dato?
Saluti e ringraziamenti Stefano! 


Quella è una formula che ti dà un limite minimo se fai il conto che
parti da gas neutro e arrivi a gas in condizione di corto circuito tra
gli elettrodi.E' una cosa che piu' approssimata non si puo'......
anche se non studio plasmi ho studiacchiato per conto mio un libro
sulle scariche nei gas.
E anche in modelli semplificatissimi i conti sono molto complicati.
Come funzionano le lampade non lo so...non ho mai avuto l'occasione di
interessarmene.
Risulta evidente che di sicuro il gas all'interno non arriva ad una
condizione di cortocircuitare gli elettrodi perchè se no ci sarebbero
evidenti problemi.
Arrivera' a un grado di ionizzazione minore di sicuro...immagino
all'incirca 10^-5/10^-6
Pero' non ho idea ne' di come venga innescata la scarica, ma so che
infatti per far partire il tutto serve una "botta" iniziale, e poi per
il mantenimento basta poco.
A 0,01mbar dovrebbero bastare 30V/m...se assumi che il Voltaggio di
innesco sia veramente direttamente proporzionale alla pressione.
il che e' vero solo entro certi limiti. E qua mi pare che siamo molto
fuori dai limiti usuali.. non so bene pero'...
Infatti una peculiarita' delle leggi che descrivono questi fenomeni e'
che sono molto dipendenti dalla situazione in cui ci si trova, non ci
sono leggi ""universali"".
Devi farti un modello ad hoc per ogni situazione.
Ad esempio le leggi dipendono dal valore di p*d(pressione per distanza
tra gli elettrodi)

Quindi con 0,001 mbar basterebbero 3V/m, visto che č approsimativamente 
proporzionale, dimmi pure se sbaglio.
Le lampade al neon č piu complicata in quanto contano le temperature, il 
tipo di gas ed il livello di vuoto sicuramente piů elevato, oltre alla 
frequenza del segnale applicato e quindi all'eventuale effetto cascata.
Ti ringrazio,    stefano


e' sempre cosi' complicato!!
Anzi, col neon e' piu' facile perche' avendo solo un gas ideale non ha
da considerare i fotoni assorbiti da molecole che eccitano i loro
livelli rotovibrazionali, non hai da considerare la presenza di gas
elettronegativi che si mangiano parte degli elettroni liberi e molte
cose simili!!
Dipende tutto che risultato vuoi ottenere!
Quanto precisa vuoi che sia la descrizione di quello che vuoi fare!!