霓虹灯色彩斑斓、明亮、可靠,所以你可以在标志、显示器甚至机场跑道上看到它们。你有没有想过它们是如何工作的,不同颜色的光是如何产生的?
你可以自己做一个假霓虹灯,但真正的霓虹灯是由一个玻璃管组成,里面充满了少量(低压)的霓虹气体。之所以使用氖,是因为它是惰性气体之一。这些元素的一个特点是,每个原子都有一个充满的电子壳层,因此原子不会与其他原子发生反应,移除一个电子需要大量的能量。
管子的两端各有一个电极。霓虹灯实际上使用AC(交流电)或DC(直流电)工作,但如果使用直流电,则只能在一个电极周围看到辉光。交流电流用于您看到的大多数霓虹灯。
当向终端施加电压(约15000伏)时,提供的能量足以从氖原子中去除外部电子。如果没有足够的电压,就没有足够的动能让电子逃离原子,什么也不会发生。带正电的氖原子(阳离子)被吸引到负极,而自由电子被吸引到正极。这些被称为等离子体的带电粒子完成了灯的电路。
那么光是从哪里来的呢?管子里的原子在四处移动,相互撞击。它们相互传递能量,并产生大量热量。当一些电子逃离原子时,另一些电子获得足够的能量以“被激发”。这意味着它们具有更高的能量状态。被激发就像爬梯子,电子可以在梯子的某个特定梯级上,而不仅仅是在其长度上的任何地方。通过以光子(光)的形式释放能量,电子可以恢复到其原始能量(基态)。产生的光的颜色取决于激发能量与原始能量的距离。就像梯子横档之间的距离一样,这是一个设定的间隔。因此,一个原子的每个受激电子都会释放出一个特征波长的光子。换句话说,每一种被激发的惰性气体都会释放出一种特有的光色。对于霓虹灯,这是一个红橙色的光。
你会看到很多不同颜色的标志,所以你可能想知道这是怎么回事。除了霓虹灯的橙红色外,还有两种主要的方法可以产生其他颜色的光。一种方法是使用另一种气体或混合气体来产生颜色。如前所述,每种惰性气体都会释放出一种特有的光色。例如,氦发出粉红色的光,氪发出绿色的光,氩发出蓝色的光。如果混合气体,可以产生中间颜色。
另一种产生颜色的方法是在玻璃上涂上荧光粉或其他化学物质,当玻璃通电时会发出某种颜色的光。由于可用涂层的范围,大多数现代灯不再使用霓虹灯,而是依靠汞/氩放电和磷光体涂层的荧光灯。如果你看到一个清晰的光以某种颜色发光,那就是惰性气体光。
另一种改变灯光颜色的方法是控制提供给灯光的能量,尽管它不用于照明设备中。当你通常看到光中每个元素有一种颜色时,被激发的电子实际上有不同的能级,对应于元素能产生的光谱。
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