Jak działają neony (proste wyjaśnienie)

Prosta demonstracja, dlaczego gazy szlachetne nie reagują

Obrazy DigiPub/Getty

Światła neonowe są kolorowe, jasne i niezawodne, więc można je zobaczyć na znakach, wyświetlaczach, a nawet na pasach startowych na lotniskach. Czy zastanawiałeś się kiedyś, jak działają i jak powstają różne kolory światła?

Kluczowe dania na wynos: neony

• Światło neonowe zawiera niewielką ilość neonowy gaz pod niskim ciśnieniem.
• Elektryczność dostarcza energię do oderwania elektronów od atomów neonu, jonizując je. Jony są przyciągane do zacisków lampy, uzupełniając obwód elektryczny.
• Światło powstaje, gdy atomy neonu zyskują wystarczającą ilość energii, aby się wzbudzić. Kiedy atom powraca do niższego stanu energetycznego, uwalnia foton (światło).

Jak działa światło neonowe

Możesz zrobić fałszywy neonowy znak Ty, ale prawdziwe neony składają się ze szklanej rurki wypełnionej niewielką ilością (niskie ciśnienie) neon gaz. Neon jest używany, ponieważ jest jednym z Gazy szlachetne . Jedną z cech charakterystycznych tych pierwiastków jest to, że każdy atom ma wypełnioną powłokę elektronową, więc atomy nie wchodzą w reakcję z innymi atomami i potrzeba dużo energii, aby usunąć elektron .

Na każdym końcu rurki znajduje się elektroda. Światło neonowe faktycznie działa przy użyciu prądu przemiennego (prądu przemiennego) lub prądu stałego (prąd stały), ale jeśli używany jest prąd stały, poświata jest widoczna tylko wokół jednej elektrody. Prąd przemienny jest używany w większości widocznych neonów.

Gdy do zacisków zostanie przyłożone napięcie elektryczne (około 15 000 woltów), dostarczana jest wystarczająca ilość energii, aby usunąć zewnętrzny elektron z atomów neonu. Jeśli nie ma wystarczającego napięcia, to nie będzie wystarczające energia kinetyczna elektrony uciekną ze swoich atomów i nic się nie stanie. Dodatnio naładowane atomy neonu ( kationy ) są przyciągane do ujemnego bieguna, podczas gdy wolne elektrony są przyciągane do dodatniego bieguna. Te naładowane cząstki, zwane osocze , uzupełnij obwód elektryczny lampy.

Skąd więc pochodzi światło? Atomy w tubie poruszają się, uderzając o siebie. Przekazują sobie nawzajem energię, a ponadto wytwarza się dużo ciepła. Podczas gdy niektóre elektrony uciekają ze swoich atomów, inne zyskują wystarczającą ilość energii, aby stać się ' podekscytowany „. Oznacza to, że mają wyższy stan energetyczny. Bycie podekscytowanym jest jak wspinanie się po drabinie, gdzie elektron może znajdować się na określonym szczeblu drabiny, a nie tylko w dowolnym miejscu na jej długości. Elektron może powrócić do swojej pierwotnej energii (stan podstawowy), uwalniając tę ​​energię jako foton (światło). Barwa wytwarzanego światła zależy od tego, jak daleko od energii wzbudzonej znajduje się energia pierwotna. Podobnie jak odległość między szczeblami drabiny, jest to ustalony odstęp. Tak więc każdy wzbudzony elektron atomu uwalnia charakterystyczną długość fali fotonu. Innymi słowy, każdy wzbudzony gaz szlachetny uwalnia charakterystyczną barwę światła. W przypadku neonu jest to czerwonawo-pomarańczowe światło.

Jak powstają inne kolory światła

Widzisz wiele różnych kolorów znaków, więc możesz się zastanawiać, jak to działa. Poza pomarańczowo-czerwonym neonem istnieją dwa główne sposoby wytwarzania innych kolorów światła. Jednym ze sposobów jest użycie innego gazu lub mieszaniny gazów do wytworzenia kolorów. Jak wspomniano wcześniej, każdy gaz szlachetny wydziela charakterystyczną barwę światła. Na przykład hel świeci na różowo, krypton na zielono, a argon jest niebieski. Jeśli gazy zostaną zmieszane, mogą powstać kolory pośrednie.

Innym sposobem na uzyskanie kolorów jest powlekanie szkła luminoforem lub inną substancją chemiczną, która po włączeniu zasilania będzie świecić określonym kolorem. Ze względu na szeroką gamę dostępnych powłok, większość nowoczesnych lamp nie używa już neonów, ale są świetlówkami, które wykorzystują wyładowanie rtęciowo-argonowe i powłokę fosforową. Jeśli widzisz jasne światło świecące w kolorze, jest to światło gazu szlachetnego.

Innym sposobem na zmianę koloru światła, mimo że nie jest stosowany w oprawach oświetleniowych, jest kontrolowanie energii dostarczanej do światła. Chociaż zwykle widzisz jeden kolor na pierwiastek w świetle, w rzeczywistości istnieją różne poziomy energii dostępne dla wzbudzonych elektronów, które odpowiadają spektrum światła, które może wytworzyć pierwiastek.

Krótka historia światła neonowego

Heinrich Geissler (1857)

• Geissler jest uważany za ojca świetlówek. Jego „Rura Geisslera” była szklaną rurką z elektrodami na obu końcach, zawierającą gaz pod ciśnieniem częściowej próżni. Eksperymentował z prądem łukowym w różnych gazach, aby wytworzyć światło. Rura była podstawą dla światła neonowego, światła parowego rtęci, światła fluorescencyjnego, lampy sodowej i lampy metalohalogenkowej.

William Ramsay i Morris W. Travers (1898)

• Ramsay i Travers wykonali lampę neonową, ale neon był niezwykle rzadki, więc wynalazek nie był opłacalny.

Daniel McFarlan Moore (1904)

• Moore zainstalował komercyjnie „Rurkę Moore'a”, w której łuk elektryczny przepuszczał azot i dwutlenek węgla w celu wytworzenia światła.

Jerzy Claude (1902)

• Chociaż Claude nie wynalazł lampy neonowej, opracował metodę izolowania neonu od powietrza, dzięki czemu światło stało się przystępne. Neon zademonstrował Georges Claude w grudniu 1910 roku na paryskim Salonie Samochodowym. Claude początkowo pracował nad projektem Moore'a, ale opracował własny, niezawodny projekt lampy i opanował rynek lamp do lat 30. XX wieku.