霓虹灯会发出五颜六色的光来:惰性气体、受激状态、原子结构因素的作用影响

知识点:银灯、霓虹灯、氖灯、惰性气体、受激状态、原子结构

暮色降临,华灯初上。 色彩绚丽的霓虹灯组成了各种文字和图案,把市区装点得如火树银花一般,让人目不暇接。

当你在观察这城市美景时,可曾想过,为什么霓虹灯会发出五颜六色的光呢?

人类最早使用的电灯叫白炽灯,是发明家爱迪生研制成功的。 这种灯是让电流通过灯丝,达到白炽状态后发光,效率很低,因为大部分电能都变成了热能耗损掉了,只有小部分转化为光。 1802年,美国有位科学家叫休伊特,把少量水银蒸气填充到真空管里,在灯管的两端引出两个电极,加上电压后,水银蒸气在电弧激发下发出炫目的辉光。 这种灯光光谱与太阳光接近,亮度很强,很适合于拍摄电影。 后来,大家都叫它水银灯。

水银灯的成功引起了人们的兴趣。 1910年,法国化学家克劳德把无色的惰性气体氖充入灯管,通电后,氖气受到电场的激发,放出橘红色的光。 氖灯射出的红光,在空气中穿透力很强,可以穿过浓雾。 因此氖灯常用在港口、机场和交通线的灯标上。 根据“氖灯”的英文译音,人们把这类灯叫做霓虹灯。

氩是另一种惰性气体,在空气里含量达l%,比较容易获得,在电场的激发下,氩会射出浅蓝色的光,因此它也被用来填充到霓虹灯管里。 除了氖和氩之外,有的霓虹灯里充进氦气,它会射出淡红色的光;有的霓虹灯还充进了氖、氩、氦和水银蒸气等四种气体(或三种、两种)的混合物,由于各种气体的比例不同,便能获得五颜六色的霓虹灯了。

那么为什么不同的气体发出的光会有不同的颜色呢?我们知道,原子是由原子核和若干绕核旋转的电子组成。 电子允许在若干特定的轨道上运行。 内层的电子受电场的激发会吸收“一份”能量跃迁到某个外层轨道上,处于受激状态。 由于受激状态很不稳定,过不了一会儿,电子又会跃迁回原来的轨道,并把刚才吸收的那“一份”能量以光的形式辐射出来。 这一份能量恰好等于原子在受激状态和初始状态的能量之差。 显然,不同的气体有不同的原子结构和能级,吸收和辐射的那一份能量就有大有小。 所以由这“一份”能量决定的辐射光的频率就不一样,而光的颜色完全由频率决定,所以,充入各种同气体的霓虹灯,就发出了五颜六色的光。

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