چراغ های نئون چگونه کار می‌کنند؟

نئون ها، به عنوان منابع نور رنگارنگ و پرنور، در تابلوها، نمایش ها و حتی باند فرود فرودگاه ها استفاده می شوند. در زیر توضیح می دهیم که چگونه نئون ها کار می کنند و رنگ های مختلف نور چگونه تولید می شوند.

• یک لامپ نئون حاوی مقدار کمی گاز نئون در فشار پایین است.
• برق انرژی لازم را برای جدا کردن الکترون ها از اتم های نئون فراهم می کند و آنها را یونیزه می کند. یون ها به ترمینال های لامپ جذاب می شوند و مدار الکتریکی را کامل می کنند.
• نور زمانی تولید می شود که اتم های نئون انرژی کافی برای "شاداب" شدن را کسب کنند. وقتی یک اتم به حالت انرژی پایین تر برمی گردد، یک فوتون (نور) آزاد می کند.

نئون ها چگونه کار می کنند؟

شما می توانید یک تابلو نئون مصنوعی درست کنید، اما نئون های واقعی از یک لوله شیشه ای پر شده با مقدار کمی (فشار پایین) گاز نئون تشکیل شده اند. نئون به دلیل اینکه یکی از گازهای نجیب است مورد استفاده قرار می گیرد. یکی از ویژگی های این عناصر این است که هر اتم یک لایه الکترونی پر دارد، بنابراین اتم ها با سایر اتم ها واکنش نمی دهند و برای جدا کردن یک الکترون به انرژی زیادی نیاز است.

در هر دو سر لوله، یک الکترود وجود دارد. یک لامپ نئون واقعاً با استفاده از AC (برق متناوب) یا DC (برق مستقیم) کار می کند، اما اگر از برق مستقیم استفاده شود، درخشش فقط در اطراف یک الکترود دیده می شود. برق متناوب برای بیشتر نئون هایی که می بینید، استفاده می شود.

هنگامی که ولتاژ الکتریکی به ترمینال ها اعمال می شود (حدود ۱۵۰۰۰ ولت)، انرژی کافی برای جدا کردن یک الکترون بیرونی از اتم های نئون تأمین می شود. اگر ولتاژ کافی نباشد، انرژی جنبشی کافی برای فرار الکترون ها از اتم هایشان وجود نخواهد داشت و هیچ اتفاقی نخواهد افتاد. اتم های نئون با بار مثبت (کاتیون ها) به ترمینال منفی جذب می شوند، در حالی که الکترون های آزاد به ترمینال مثبت جذب می شوند. این ذرات باردار که پلاسمای نامیده می شوند، مدار الکتریکی لامپ را کامل می کنند.

اما نور از کجا می آید؟ اتم ها درون لوله در حال حرکت هستند و به هم ضربه می زنند. آنها انرژی را به یکدیگر منتقل می کنند و مقدار زیادی گرما تولید می شود. در حالی که برخی الکترون ها از اتم هایشان فرار می کنند، دیگران انرژی کافی برای "شاداب" شدن را کسب می کنند. این به این معنی است که آنها دارای حالت انرژی بالاتری هستند. شاداب شدن مانند بالا رفتن از نردبان است، جاییکه یک الکترون می تواند روی یک پله خاص از نردبان باشد، نه فقط هر جای طول آن. الکترون می تواند با آزاد کردن آن انرژی به حالت اصلی خود (حالت پایه) برگردد و این انرژی را به صورت فوتون (نور) آزاد کند. رنگ نوری که تولید می شود بستگی به فاصله بین انرژی شاداب و انرژی اصلی دارد. مانند فاصله بین پله های یک نردبان، این یک فاصله تنظیم شده است. بنابراین، هر الکترون شاداب یک اتم یک طول موج خاص از فوتون را آزاد می کند. به عبارت دیگر، هر گاز نجیب شاداب یک رنگ خاص از نور را آزاد می کند. برای نئون، این نور به رنگ نارنجی-قرمز است.

چگونه رنگ های دیگر نور تولید می شوند

لامپ های نئون چگونه کار می کنند؟ در دنیای رنگ ها، نشانه های نئون با رنگ های مختلفی که می بینید، ممکن است باعث کنجکاوی شما شوند. دو روش اصلی برای تولید رنگ های مختلف نور وجود دارد. یکی از این روش ها استفاده از گاز دیگر یا مخلوطی از گازها برای تولید رنگ هاست. هر گاز نجیب رنگ خاصی از نور را تولید می کند؛ به عنوان مثال، هلیوم صورتی می درخشد، کریپتون سبز و آرگون آبی است. با مخلوط کردن گازها، می توان رنگ های میانی تولید کرد.

روش دیگر برای تولید رنگ ها این است که شیشه را با فسفر یا مواد شیمیایی دیگری که هنگام انرژیزه شدن رنگ خاصی از خود ساطع می کند، پوشش دهیم. به دلیل تنوع پوشش های موجود، بیشتر چراغ های مدرن دیگر از نئون استفاده نمی کنند، بلکه لامپ های فلورسانت هستند که به یک تخلیه جیوه/آرگون و پوشش فسفر وابسته اند. اگر یک نور شفاف با رنگی در حال درخشیدن ببینید، آن نور از گاز نجیب است.

روش دیگری برای تغییر رنگ نور وجود دارد که هرچند در وسایل نوری استفاده نمی شود، کنترل انرژی تامین شده به نور است. در حالی که معمولاً یک رنگ برای هر عنصر در یک منبع نور می بینید، در واقع سطوح انرژی مختلفی برای الکترون های برانگیخته وجود دارد که مربوط به طیف نوری است که آن عنصر می تواند تولید کند.

تاریخچه مختصر چراغ نئون

هاینریش گایسزر (۱۸۵۷)

• گایسزر به عنوان پدر لامپ های فلورسانت شناخته می شود. "لوله گایسزر" یک لوله شیشه ای با الکترودهایی در هر دو طرف است که گازی در فشار جزئی خلأ درون آن قرار دارد. او با عبور جریان از طریق گازهای مختلف آزمایش کرد تا نور تولید کند. این لوله پایه گذار چراغ نئون، نور بخار جیوه، نور فلورسانت، لامپ سدیم و لامپ هالید فلزی بود.

ویلیام رمزی و موریس و. تراورس (۱۸۹۸)

• رمزی و تراورس یک لامپ نئون ساختند، اما نئون بسیار نادر بود؛ بنابراین اختراع آن از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نبود.

دانیل مک فارلین مور (۱۹۰۴)

• مور "لوله مور" را به طور تجاری نصب کرد که یک قوس الکتریکی را از طریق نیتروژن و دی اکسید کربن می گذرانید تا نور تولید کند.

جورج کلاود (۱۹۰۲)

• اگرچه کلاود لامپ نئون را اختراع نکرد، اما روشی برای جدا کردن نئون از هوا ابداع کرد که باعث مقرون به صرفه شدن نور شد. نور نئون توسط جورج کلاود در دسامبر ۱۹۱۰ در نمایشگاه اتومبیل پاریس به نمایش گذاشته شد. کلاود ابتدا با طراحی مور کار کرد، اما طراحی لامپ مطمئن تری از خود توسعه داد و بازار چراغ ها را تا دهه ۱۹۳۰ در اختیار داشت.