第二百九十四章 阴极，阴极！
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作为一名后世来人。 在看到面前这组放电管的时候，徐云的心中也不由产生了一股见证历史的感慨。 低压气体放电管。 这可以说是人类真正触及到微观世界的启蒙设备，另外，它在概念上还有一个比较规范的名称。 那就是...... 低压气体电子管。 当然了。 电子管这个概念现在还没诞生，它真正出现要到1904年。 当时小麦的学生约翰·安布罗斯·弗莱明闪亮登场，发明出了赫赫有名的电子二极管。 然后在1906年，德福雷斯特又发明了三极管。 再往后就是点接触晶体管、半导体三极管、p-n二极管、辉光管这些了...... 等到了徐云穿越来的2022年。 气体放电的实验装置在实验室层面，已经被优化到了一个极限。 例如代表封装天花板的SMD1206，代表性能极值的YINT，还有代表浪涌吸收能力峰值的GDT等等...... 那时候别说普通的气体放电管了。 就连辉光管都已经被淘汰多时，成为了一个略有收藏价值的小品类。 你在某宝上花几百块钱，都能买到一台还不错的辉光钟——不过下单之前得先看清楚是辉光还是拟辉光，有条件的买一台其实还挺有意思的。 总而言之。 和2022年比起。 法拉第他们这次准备的实验设备，无疑堪称极其简易。 但另一方面。 简易，却不等于寒酸。 很多时候。 历史就是在这种后世所谓‘狗都看不上’的条件中迎来了某个关键节点，从而揭开了全新的篇章。 视线再回归现实。 一切都准备完毕后。 法拉第戴上手套，带着徐云等人来到设备边上，准备开始...... 抽水银。 魔改版的盖斯勒管...或者说消炎管的抽气出口被设置在了试管的中部，大致模样就是开了个小口，然后用软管连接着外部。 操作过程就是利用外部的压力阀门，将管内的水银给抽取出来。 水银一旦全部被抽离，加上外部继电器中衔铁的磁路闭合，便可以做到十万分之一的真空度。（有读者留言问有没有相关书籍，这里推荐两本，杨津基老师的《气体放电》，还有严璋先生的《高电压绝缘技术》）zWWx.org 随后法拉第朝基尔霍夫做了个手势，基尔霍夫见状便快步来到桌子的另一侧。 然后...... 握住一根半米多长的把手，跟摇撸似的哼哧哼哧的操弄了起来。 没错。 这种苦力式的操作，便是1850年抽取真空最有效的方法。 没办法。 时代所限。 后世抽取真空的方式有多，例如机械泵啊，分子泵啊，离子泵啊等等。 像比较好的离子泵，可以达到10^-12mbar左右的真空度。 但1850年的设备却做不到后世那般全机械化，在1870年之前，抽取真空的方式只有两种： 往复真空泵或者油封式旋转真空泵。 前者的原理是利用泵腔内活塞做往复运动，通过人力引动泵腔将气体吸入、压缩并排出。 因此又称为活塞式真空泵。 油封式旋转真空泵则是利用油类密封各运动部件之间的间隙，减少有害空间的一种旋转变容真空泵。 相对而言，后者的效率要高一些。 不过油封式旋转真空泵需要用到气镇装置，准备和操作环节都比较繁复，因此法拉第这次还是选择了往复真空泵。 “嘿咻，嘿咻！” 看着跟钳工扭螺丝一般转动把手的基尔霍夫，徐云忽然想到了老苏副本中的驴兄...... 话说回来。 等到自己回归现实，那头从五洲山买回来的母驴也差不多该送到学校了。 到时候能压榨....咳咳，使用的劳力，就又多了一头。 真好啊..... 就这样。 大概过了五分钟左右。 基尔霍夫停下手中的动作，一边喘气一边抹了把额头上的汗水，对法拉第道： “教授，水银都抽出来了，稳压计始终显示正常。” 法拉第点点头，说道： “辛苦你了，古斯塔夫。” 接着他示意黎曼去将窗帘放下，将光线尽数遮蔽。 他自己则走到了桌子的左侧，摸索片刻，按下了某个电源开关。 很快。 随着电源的开启，外部线圈开始放电，放电管两极的电压开始增大，管内出现了电动势。 而在肉眼无法看到的微观世界。 无数从阴极发射出来的电子，在电场的作用下向阳极运动。 它们在间隙的中间遭遇残留的空气分子阻隔，经过一系列碰撞产生了大量新的电子和正负离子。 由于电子运动的速度很快，因此电子大量集中在前进方向的前部。 而正离子则留在后部，并在管内形成了电子和正离子构成的集合体——这种集合体在后世有个名字，叫做电子崩。 与此同时。 也有大量的离子发生了其他变化： 它们在管中复合为了正常气体原子。 上辈子是离子的同学应该知道。 所谓离子复合，其实就是指电子返回正离子的过程。 当电子返回原子时。 会把它携带的能量以光的形式发射出来。 随着电子崩向阳极移动，其中的电子和正离子越来越多。 这一方面改变了放电间隙中的电场分布，同时又使得崩头崩尾中的电荷削弱了电子崩内部的电场，使其复合作用增强。 电子与正离子的复合会产生大量的光子，而光子作用在后部的气体上，使得这些气体出现电场电离。 接着又产生第二个电子崩、第三个电子崩。 每个电子崩的头部和尾部分别向阳极和阴极发展，最后连成一片。 直到....... piu—— 随着一声细微的声音。 一条完整的电离气体通道形成了，管内的气体间隙被击穿。 另外别忘了。 法拉第此前在管中填充的可是水银，一种非常容易挥发的物质。 虽然它们在肉眼角度已经被全部抽取了出来，但基尔霍夫毕竟不是魂殿长老，因此有部分水银还是残留在了管壁上。 在电压的刺激之下，它们很快形成了水银蒸汽。 于是...... 一道蓝白色的光出现了在了管内，令人不自觉就想到了mio的蓝白碗。 这是独属于水银的光线特效，如果换做钠则会出现黄白色。 见此情形。 法拉第不由俯下身子，凝望着棺中的这道蓝白光。 也不知是在感慨时间，还是在赞叹萧炎馆的神奇，只听这位已经接近六十岁的老者，嘴中喃喃道： “12年了啊.......” 实话实说。 比起12年前那根6%真空度的真空管，如今的这根萧炎管在成像上确实要清晰的多。 法拉第甚至不需要借助放大镜，便能看到有几块不同亮度的区间，沿着阴极到阳极依次分布。 “一...二...三....” 法拉第认真数了数，转头看向徐云，问道： “罗峰同学，一共有六块光暗区域？” 徐云曾经说过‘肥鱼’没有做成这个实验，于是干脆利落的朝他一摊手： “我不到啊。” 法拉第意味深长的看了他一眼，没有说话。 随后他将韦伯等人招呼到了身边，记录起了现象。 从观测角度来说。 辉光放电无疑算是比较有特点的气体放电现象之一。 发生时弧隙中的整个空间都在放电，并且温度不会太高，限制观察的其实就一个真空度。 真空度越高，辉光放电发生的就更容易，现象也更清楚。 十万分之一真空度的条件，哪怕往后推移个一百年，在1950年也能算过得去了。 因此法拉第等人可以一边观察，一边非常自由的做着文字记录。 “古斯塔夫，你记一下。” “...自阴极开始，首先出现的是一块极短的暗区，肉眼轻微可见，详细观测需以放大镜协助......” “第二块区域紧贴第一层，亮度适中，由肉眼便可观测......” “第三块发光微弱......” “第四块区域有明显的分界，在分界线上发光最强，后逐渐变弱......” “第五块表现为过渡区域，即原先的法拉第暗区......” 法拉第一边观察一边叙述，语气隐隐的有些颤抖。 虽然已经有了一些心理准备，大致能猜到实验现象会比较有冲击力。 但如今看到这排列分明的六块区域，他的心中依旧遏制不住的冒出了一股复杂的情绪。 在12年前，他真的以为辉光管中只有一块法拉第暗区而已...... 他就像一位鱼汛期丰收的渔民，在某片滩涂抓到了一条鳗鱼。 他大致能猜到那个方向的海里或许能找到更多的鳗鱼，但他却看上了另一个方向的墨鱼群，于是放弃了这里。 没想到随着精度的提高，别说光线之后的‘深海’了。 连法拉第暗区这块原先被他以为‘仅此而已’的滩涂附近，实际上都埋藏着一头头的野生大黄花鱼..... 而另一边。 看着疯狂记录着现象的法拉第等人，徐云的表情则依旧相对淡定。 他在后世不止一次的做过辉光实验，对于现象本身其实依旧见怪不怪了。 而且实际上。 辉光放电过程中出现的区域不是六块，而是七块...或者说八块。。 其中第一块叫做阿斯顿暗区，它是阴极前面的很薄的一层暗区。 在原本历史中。 它要到1968年的时候，才会由F.W.阿斯顿于实验中发现。 在这块区域中，电子刚刚离开阴极，飞行距离尚短。 它们从电场得到的能量不足以激发气体原子，因此没有发光。 紧靠着阿斯顿暗区的则是阴极辉区。 由于电子通过阿斯顿暗区后已具有足以激发原子的能量，因此在阴极辉区恢复为基态时，这片区域就发光。 后面则分别是克鲁克斯暗区、负辉区、法拉第区域以及正辉柱区。 至于最后一块没被法拉第发现的区域嘛..... 它其实是两个小区间的统称，叫做阳极辉区和阳极暗区。 这两个小区域形成的条件要求比较高，只有在阳极支取的电流大于等离子区能正常提供的电流时才出现。 因此它们在放电现象中，一般都不会被视作常见区域。 而在以上所有的区域中，最重要的是正辉柱区。 这块区域中的电子、离子浓度约10^15～10^16个/m3，且两者的浓度相等，因此称为等离子体。 实际上。 这部分区域对于辉光现象本身而言可有可无，在短的放电管中，正柱区甚至会消失。 但在衍生领域，这玩意儿却骚的不行： 近代微电子技术中的等离子体涂覆、等离子体刻蚀，等离子体物理，核聚变、等离子体推进、电磁流体发电等尖端科学技术全都和它有关系...... 同时这些技术和正辉柱区的关联不是那种稍微沾边的边角毛，而是实打实的基础研究支撑之一。 当然了。 目前的法拉第等人还不知道这些区域在今后会造成何等大的影响——他们甚至连第七块区域都没被发现呢。 受时代视野的影响。 他们全然没有意识到自己做了一些什么，又让这个时代一百多年后的高考难了多少分...... 记录好相关数据后。 法拉第、高斯和韦伯三人，便就地讨论分析起了现象。 只见韦伯的目光紧紧盯着真空管，这位物理学史知名的倒霉蛋之一此时展露出了他敏锐的判断力： “第一块暗区要比第三块暗区黑上许多...比法拉第暗区...还是要黯淡不少。” “但这一带明显被施加了电动势，也就是说硬件设备、‘场’的强度都是一致的。” “那么出现暗区的原因，恐怕就剩下了一个......” 说到这里。 韦伯不由抬起头，与法拉第、高斯对视一眼，异口同声的说道： “能量！” 一旁的徐云闻言，目光微不可查的一凝。 辉光放电中会出现暗区的核心原因就是激发较小——如果抛开阴极暗区这个特例，其他三个暗区都可以说不怎么发生电离。 而这些带电粒子之所以未激发，就是因为电子的能量很低。 就像八支八支半一样，撞击的那段区域是亮区，出来蓄力的那段便是暗区。 虽然能量和微粒激发之间还隔着十万八千里。 但以现如今的科学认知，韦伯等人能想到能量这个层面，说实话确实很了不起了。 当然了。 除了韦伯等人本身的能力外，这其中很大部分原因要归结于小牛： 正是因为他提出了波粒二象性的雏形理论，才会让韦伯这些后人能够更加自由的去进行猜想。 随后法拉第等人又对试管进行了测量和记录，接着便开始了更为重要的一环..... 检测这条射线的本质。 首先法拉第先走到试管边上，按下了某个开关。 随着开关的启动。 一个原先被贴合在管壁内侧的圆形小木片被放了下来，挡在了光线行进的光路上。 而随着光路被挡，没几秒钟，试管的右侧便出现了一块清晰的影子。 法拉第见状，轻轻点了点头。 试管的左边是阴极，右边是阳极。 二者之间加入小物体，影子出现在右侧，便说明了一件事： 射线起源于阴极。 想到这里。 法拉第不由看向徐云，问道： “罗峰同学，肥鱼先生有没有给这束光线命名？” 徐云摇了摇头： “没有。” 法拉第见说沉吟片刻，又与高斯和韦伯对视了一眼，斟酌着说道： “既然如此，就先叫它阴极射线吧。” 徐云原先还担心法拉第会说出什么骚名字呢，比如极光极霸啥的，听到阴极射线后便放下了心。 至于这是历史的惯性，还是法拉第恰好想到的名词..... 这就不是徐云有能力了解的事儿了。 总而言之。 确定好光线的源点是阴极后。 法拉第的表情忽然一正，表情瞬间凝重了不少。 他放在身后的左手，甚至极其隐蔽的抖动了几下，只是任何人都没有注意到这一幕。 随后他面色严肃的转过身子，对基尔霍夫说道： “古斯塔夫，加外部场吧。” .....新手钓鱼人的走进不科学