Ako fungujú neónové svetlá (jednoduché vysvetlenie)

Jednoduchá ukážka toho, prečo vzácne plyny nereagujú

DigiPub/Getty Images

Neónové svetlá sú farebné, svetlé a spoľahlivé, takže ich môžete vidieť na značkách, displejoch a dokonca aj na letiskových pristávacích dráhach. Zamysleli ste sa niekedy nad tým, ako fungujú a ako vznikajú rôzne farby svetla?

Kľúčové veci: Neónové svetlá

• Neónové svetlo obsahuje malé množstvo neónový plyn pod nízkym tlakom.
• Elektrina poskytuje energiu na odstránenie elektrónov z neónových atómov a ich ionizáciu. Ióny sú priťahované ku svorkám lampy a dopĺňajú tak elektrický obvod.
• Svetlo vzniká, keď neónové atómy získajú dostatok energie na to, aby sa vzrušili. Keď sa atóm vráti do stavu nižšej energie, uvoľní fotón (svetlo).

Ako funguje neónové svetlo

Môžete urobiť a falošný neónový nápis sami, ale skutočné neónové svetlá pozostávajú zo sklenenej trubice naplnenej malým množstvom (nízkym tlakom). neónové plynu. Neon sa používa, pretože je jedným z vzácnych plynov . Jednou z charakteristík týchto prvkov je, že každý atóm má vyplnený elektrónový obal, takže atómy nereagujú s inými atómami a na ich odstránenie je potrebné veľa energie. elektrón .

Na oboch koncoch trubice je elektróda. Neónové svetlo v skutočnosti funguje buď pomocou striedavého prúdu (AC) alebo jednosmerného prúdu (jednosmerného prúdu), ale ak sa používa jednosmerný prúd, žiara je viditeľná iba okolo jednej elektródy. Pre väčšinu neónových svetiel, ktoré vidíte, sa používa striedavý prúd.

Keď sa na svorky privedie elektrické napätie (asi 15 000 voltov), ​​dodá sa dostatok energie na odstránenie vonkajšieho elektrónu z neónových atómov. Ak nie je dostatočné napätie, nebude dostatok Kinetická energia aby elektróny unikli svojim atómom a nič sa nestane. Pozitívne nabité neónové atómy ( katiónov ) sú priťahované k zápornému pólu, zatiaľ čo voľné elektróny sú priťahované ku kladnému pólu. Tieto nabité častice, tzv plazma , dokončite elektrický obvod svietidla.

Odkiaľ teda svetlo pochádza? Atómy v trubici sa pohybujú a narážajú do seba. Navzájom si odovzdávajú energiu, navyše vzniká veľa tepla. Zatiaľ čo niektoré elektróny uniknú svojim atómom, iné získajú dostatok energie na to, aby sa stali „ vzrušený '. To znamená, že majú vyšší energetický stav. Byť vzrušený je ako liezť po rebríku, kde elektrón môže byť na určitej priečke rebríka, nie hocikde na jeho dĺžke. Elektrón sa môže vrátiť do svojej pôvodnej energie (základného stavu) uvoľnením tejto energie vo forme fotónu (svetla). Farba produkovaného svetla závisí od toho, ako ďaleko je excitovaná energia od pôvodnej energie. Rovnako ako vzdialenosť medzi priečkami rebríka je to stanovený interval. Takže každý excitovaný elektrón atómu uvoľňuje charakteristickú vlnovú dĺžku fotónu. Inými slovami, každý excitovaný vzácny plyn uvoľňuje charakteristickú farbu svetla. Pre neón je to červeno-oranžové svetlo.

Ako sa vyrábajú iné farby svetla

Vidíte veľa rôznych farieb znakov, takže by vás mohlo zaujímať, ako to funguje. Existujú dva hlavné spôsoby vytvárania iných farieb svetla okrem oranžovo-červenej neónovej. Jedným zo spôsobov je použiť na výrobu farieb iný plyn alebo zmes plynov. Ako už bolo spomenuté, každý vzácny plyn uvoľňuje charakteristickú farbu svetla. Napríklad hélium svieti ružovo, kryptón je zelený a argón je modrá. Ak sú plyny zmiešané, môžu sa vytvoriť medzifarby.

Ďalším spôsobom, ako vytvoriť farby, je potiahnuť sklo fosforom alebo inou chemikáliou, ktorá bude svietiť určitou farbou, keď je pod napätím. Kvôli množstvu dostupných povlakov väčšina moderných svetiel už nepoužíva neón, ale sú to žiarivky, ktoré využívajú ortuťový/argónový výboj a fosforový povlak. Ak vidíte jasné svetlo žiariace farbou, ide o svetlo z ušľachtilého plynu.

Ďalším spôsobom, ako zmeniť farbu svetla, aj keď sa vo svietidlách nepoužíva, je regulovať energiu dodávanú do svetla. Zatiaľ čo vo svetle zvyčajne vidíte jednu farbu na prvok, v skutočnosti existujú rôzne úrovne energie dostupné pre excitované elektróny, ktoré zodpovedajú spektru svetla, ktoré môže prvok produkovať.

Stručná história neónového svetla

Heinrich Geissler (1857)

• Geissler je považovaný za otca fluorescenčných lámp. Jeho „Geisslerova trubica“ bola sklenená trubica s elektródami na oboch koncoch, ktorá obsahovala plyn pod čiastočným vákuovým tlakom. Experimentoval s oblúkovým prúdom cez rôzne plyny, aby produkoval svetlo. Rúrka bola základom pre neónové svetlo, ortuťové svetlo, fluorescenčné svetlo, sodíkovú výbojku a halogenidovú výbojku.

William Ramsay a Morris W. Travers (1898)

• Ramsay a Travers vyrobili neónovú lampu, ale neón bol extrémne zriedkavý, takže vynález nebol nákladovo efektívny.

Daniel McFarlan Moore (1904)

• Moore komerčne nainštaloval 'Moore Tube', ktorý viedol elektrický oblúk cez dusík a oxid uhličitý, aby produkoval svetlo.

George Claude (1902)

• Aj keď Claude nevynašiel neónovú lampu, vymyslel spôsob, ako izolovať neón od vzduchu, vďaka čomu je svetlo cenovo dostupné. Neónové svetlo predviedol Georges Claude v decembri 1910 na autosalóne v Paríži. Claude spočiatku pracoval s Moorovým dizajnom, ale vyvinul si vlastný spoľahlivý dizajn lampy a až do 30. rokov 20. storočia ovládol trh so svetlami.