Co se v trubici vlastně děje?
„Klasické“ uspořádání experimentu pro pozorování výbojů ve zředěných plynech se skládá ze skleněné vakuově těsné trubice, do které jsou zapuštěné dvě elektrody – kladná anodu a záporná katodu. Když elektrody připojíme k elektrickému napětí, nebude se zpočátku dít nic. Vzduch je dobrý izolátor – jeden milimetr vzduchu udrží napětí řádově tisíc voltů.
Z válce ale začneme vzduch postupně vyčerpávat. Elektrické napětí se stále snaží odtrhnout lehoučké elektrony z vnější slupky atomů plynu a přitáhnout je k anodě. Zbytek atomu, těžký kladný iont, si bude probojovávat svou cestu ke katodě. Při atmosférickém tlaku to nepůjde snadno. Elektrony či ionty brzy narazí na další atomy a tím jejich cesta končí. Ani se nestačily pořádně rozeběhnout a získat energii. Je to jako v americkém fotbale, kde hráče s míčem (elektrickým nábojem) brzy složí jeho protihráč. Představme si ale, že na hřiště nastoupí hráčů jenom polovina. To jo podobná situace, jako když tlak v trubici snížíme na půlku. Elektrony či ionty „doběhnou“ dále. Tím získají i větší energii. Není vyloučené, že při srážce s dosud neutrálním atomem z jeho slupky vyrazí další elektron. Atom, kterému „ulétl“ záporný elektron, se sám stává kladným iontem. Při dosažení jedné dvacetiny atmosférického tlaku se v trubici objeví načervenalý výboj, který se hadovitě vlní.
Překážek pro průchod elektrického proudu je stále mnoho a nabité částice si musí hledat cestu nejmenšího odporu. To nám trochu připomene blesk na obloze. I ten si hledá místa, kudy se bude moci nejsnáze vybít jeho energie. Když snížíme tlak ještě více, asi na šedesátinu atmosférického tlaku, vyplní výboj nejprve postupně celý objem trubice.
Při dalším snížení tlaku už nabité částice vydrží letět beze srážky dost dlouho. Lehké elektrony za tu dobu získají velkou rychlost a ionizují zbytky plynu. Tím vzniká růžový anodový sloupec. U katody zase dochází k velkému zrychlení kladných ionty, které pak z elektrody vyrážejí nové elektrony. Tady vzniká modré katodové světlo. Na principu anodového sloupce fungují zářivky.
Zajímavý efekt také lze sledovat při přiložení magnetů, díky nimž můžeme plazmatický výboj „tvarovat“ – tento princip používají i vědci v tokamaku, kde je plazma natolik horké, že by jej žádný materiál nemohl udržet, a proto se izoluje uprostřed prostoru díky magnetickému poli.
Pokud budeme tlak snižovat dále, nezbyde v trubici už mnoho atomů plynu. Přenos elektrického proudu pak převezmou hlavně elektrony, které budou vytržené z katody. Světlené efekty budou tedy postupně slábnout. Aby mohla fungovat třeba televizní obrazovka nebo elektronka, která vytváří mikrovlny v naší troubě, nesmí elektronům stát v cestě žádný zbytek plynu.