Πώς λειτουργεί το Neon Lights (μια απλή εξήγηση)

Φώτα νέον είναι πολύχρωμα, φωτεινά και αξιόπιστα, έτσι ώστε να τα βλέπετε σε πινακίδες, οθόνες και ακόμη και λωρίδες προσγείωσης αεροδρομίων. Έχετε αναρωτηθεί ποτέ πώς λειτουργούν και πώς παράγονται διαφορετικά χρώματα του φωτός;

Λέξεις-κλειδιά: Φωτιστικά νέον

Μπορείτε να κάνετε ένα ψεύτικο σημάδι νέον τον εαυτό σας, αλλά τα πραγματικά φώτα νέον αποτελούνται από ένα γυάλινο σωλήνα γεμάτο με μια μικρή ποσότητα (χαμηλή πίεση) νέο αέριο. Το νέον χρησιμοποιείται επειδή είναι ένα από τα ευγενή αέρια. Ένα χαρακτηριστικό αυτών των στοιχείων είναι ότι κάθε άτομο έχει ένα γεμάτο ηλεκτρόνιο κέλυφος, έτσι ώστε τα άτομα να μην αντιδρούν με άλλα άτομα και χρειάζεται πολλή ενέργεια για να αφαιρέσει

Υπάρχει ένα ηλεκτρόδιο σε κάθε άκρο του σωλήνα. Ένα φως νέον λειτουργεί πραγματικά χρησιμοποιώντας είτε AC (εναλλασσόμενο ρεύμα) είτε DC (συνεχές ρεύμα), αλλά αν χρησιμοποιείται ρεύμα συνεχούς ρεύματος, η λάμπα εμφανίζεται μόνο γύρω από ένα ηλεκτρόδιο. Το ρεύμα εναλλασσόμενου ρεύματος χρησιμοποιείται για τα περισσότερα φώτα νέον που βλέπετε.

Όταν εφαρμόζεται ηλεκτρική τάση στους ακροδέκτες (περίπου 15.000 βολτ), παρέχεται αρκετή ενέργεια για την αφαίρεση ενός εξωτερικού ηλεκτρονίου από τα άτομα νέον. Εάν δεν υπάρχει αρκετή τάση, δεν θα είναι αρκετό κινητική ενέργεια για τα ηλεκτρόνια να ξεφύγουν από τα άτομα τους και τίποτα δεν θα συμβεί. Τα θετικά φορτισμένα άτομα νέον (κατιόντα) προσελκύονται στο αρνητικό τερματικό, ενώ τα ελεύθερα ηλεκτρόνια έλκονται από το θετικό τερματικό. Τα φορτισμένα σωματίδια, που ονομάζονται πλάσμα αίματος, συμπληρώστε το ηλεκτρικό κύκλωμα της λάμπας.

Από πού προέρχεται λοιπόν το φως; Τα άτομα στο σωλήνα κινούνται γύρω, χτυπώντας το ένα το άλλο. Μεταφέρουν ενέργεια μεταξύ τους, καθώς παράγεται πολύ θερμότητα. Ενώ κάποια ηλεκτρόνια διαφεύγουν από τα άτομα τους, άλλοι κερδίζουν αρκετή ενέργεια για να γίνουν "ενθουσιασμένος". Αυτό σημαίνει ότι έχουν υψηλότερη ενεργειακή κατάσταση. Το να είσαι ενθουσιασμένος είναι σαν να ανεβαίνεις σε μια σκάλα, όπου ένα ηλεκτρόνιο μπορεί να βρεθεί σε ένα συγκεκριμένο σκαλοπάτι της σκάλας, όχι απλά οπουδήποτε στο μήκος της. Το ηλεκτρόνιο μπορεί να επιστρέψει στην αρχική του ενέργεια (κατάσταση εδάφους) απελευθερώνοντας αυτή την ενέργεια ως φωτόνιο (φως). Το χρώμα του φωτός που παράγεται εξαρτάται από το πόσο μακριά είναι η ενθουσιασμένη ενέργεια από την αρχική ενέργεια. Όπως και η απόσταση μεταξύ των σκαλοπατιών μιας σκάλας, αυτό είναι ένα καθορισμένο διάστημα. Έτσι, κάθε διεγερμένο ηλεκτρόνιο ενός ατόμου απελευθερώνει ένα χαρακτηριστικό μήκος κύματος φωτονίων. Με άλλα λόγια, κάθε διεγερμένο ευγενές αέριο απελευθερώνει ένα χαρακτηριστικό χρώμα του φωτός. Για το νέον, αυτό είναι ένα κόκκινο-πορτοκαλί φως.

Βλέπετε πολλά διαφορετικά χρώματα σημείων, έτσι ίσως να αναρωτηθείτε πώς λειτουργεί αυτό. Υπάρχουν δύο κύριοι τρόποι παραγωγής άλλων χρωμάτων φωτός εκτός από το πορτοκαλί-κόκκινο του νέον. Ένας τρόπος είναι να χρησιμοποιήσετε ένα άλλο αέριο ή ένα μίγμα αερίων για την παραγωγή χρωμάτων. Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, κάθε ευγενές αέριο απελευθερώνει ένα χαρακτηριστικό χρώμα φωτός. Για παράδειγμα, το ήλιο ανάβει ροζ, το κρύπτον είναι πράσινο και αργόν είναι μπλε. Εάν τα αέρια αναμειχθούν, μπορούν να παραχθούν ενδιάμεσα χρώματα.

Ο άλλος τρόπος για την παραγωγή χρωμάτων είναι η επικάλυψη του γυαλιού με φωσφόρο ή άλλη χημική ουσία που θα ανάβει με ένα συγκεκριμένο χρώμα όταν ενεργοποιηθεί. Λόγω της ποικιλίας των διαθέσιμων επικαλύψεων, τα περισσότερα σύγχρονα φώτα δεν χρησιμοποιούν πλέον νέον, αλλά είναι λαμπτήρες φθορισμού που βασίζονται σε εκκένωση υδραργύρου / αργού και επικάλυψη φωσφόρου. Εάν δείτε ένα σαφές φως που ανάβει σε ένα χρώμα, είναι ένα φως ευγενούς αερίου.

Ένας άλλος τρόπος να αλλάξει το χρώμα του φωτός, αν και δεν χρησιμοποιείται σε φωτιστικά, είναι να ελέγχει την ενέργεια που παρέχεται στο φως. Ενώ συνήθως βλέπετε ένα χρώμα ανά στοιχείο σε ένα φως, υπάρχουν πραγματικά διαφορετικά επίπεδα ενέργειας διαθέσιμα στα διεγερμένα ηλεκτρόνια, τα οποία αντιστοιχούν σε ένα φάσμα φωτός που το στοιχείο μπορεί να παράγει.

• Ο Geissler θεωρείται ο Πατέρας των λαμπτήρων φθορισμού. Ο "σωλήνας Geissler" του ήταν ένας γυάλινος σωλήνας με ηλεκτρόδια σε κάθε άκρο που περιείχε αέριο σε μερική πίεση κενού. Πειράστηκε το ρεύμα τόξου μέσω διαφόρων αερίων για να παράγει φως. Ο σωλήνας αποτέλεσε τη βάση για το φως του νέοντος, το φως ατμών υδραργύρου, το φθορίζον φως, το λαμπτήρα νατρίου και ο λαμπτήρας αλογονιδίων μετάλλων.

• Οι Ramsay και Travers έκαναν λάμπα νέον, αλλά το νέον ήταν εξαιρετικά σπάνιο, οπότε η εφεύρεση δεν ήταν οικονομικά αποδοτική.

• Moore εγκατέστησε εμπορικά το "Moore Tube", το οποίο έτρεξε ένα ηλεκτρικό τόξο μέσω αζώτου και διοξειδίου του άνθρακα για να παράγει φως.

• Ενώ ο Claude δεν εφευρέθηκε ο λαμπτήρας νέον, έφτιαξε μια μέθοδο για την απομόνωση του νέον από τον αέρα, καθιστώντας το φως προσιτό. Το φως του νέον επιδείχθηκε από τον Georges Claude τον Δεκέμβριο του 1910 στο Σαλόνι Αυτοκινήτου του Παρισιού. Ο Claude αρχικά συνεργάστηκε με το σχεδιασμό του Moore, αλλά ανέπτυξε ένα αξιόπιστο σχεδιασμό λαμπτήρων και δούλεψε στην αγορά των φώτων μέχρι τη δεκαετία του 1930.