Đèn neon có nhiều màu sắc, sáng và đáng tin cậy, vì vậy bạn có thể thấy chúng được sử dụng trong các biển báo, màn hình và thậm chí cả đường cất hạ cánh của sân bay. Bạn đã bao giờ tự hỏi chúng hoạt động như thế nào và tạo ra các màu sắc khác nhau của ánh sáng như thế nào chưa?
Table of Contents
Bài học rút ra chính: Đèn Neon
- Đèn neon chứa một lượng nhỏ khí neon dưới áp suất thấp.
- Điện cung cấp năng lượng để tách các electron ra khỏi nguyên tử neon, làm ion hóa chúng. Các ion bị hút vào các cực của đèn, hoàn thành mạch điện.
- Ánh sáng được tạo ra khi các nguyên tử neon thu được đủ năng lượng để trở nên kích thích. Khi một nguyên tử trở về trạng thái năng lượng thấp hơn, nó giải phóng một photon (ánh sáng).
Cách hoạt động của đèn Neon
Bạn có thể tự làm bảng hiệu neon giả, nhưng đèn neon thật bao gồm một ống thủy tinh chứa một lượng nhỏ (áp suất thấp) khí neon. Neon được sử dụng vì nó là một trong những khí quý. Một đặc điểm của các nguyên tố này là mỗi nguyên tử có một lớp vỏ electron được lấp đầy, do đó nguyên tử này không phản ứng với các nguyên tử khác và cần rất nhiều năng lượng để loại bỏ một electron.
Có một điện cực ở hai đầu của ống. Đèn neon thực sự hoạt động bằng cách sử dụng AC (dòng điện xoay chiều) hoặc DC (dòng điện một chiều), nhưng nếu sử dụng dòng điện một chiều, ánh sáng chỉ được nhìn thấy xung quanh một điện cực. Dòng điện xoay chiều được sử dụng cho hầu hết các đèn neon mà bạn nhìn thấy.
Khi một điện áp được đặt vào các cực (khoảng 15.000 vôn), năng lượng đủ sẽ được cung cấp để loại bỏ một điện tử bên ngoài khỏi nguyên tử neon. Nếu không có đủ hiệu điện thế thì sẽ không có đủ động năng để các êlectron thoát ra khỏi nguyên tử và không có hiện tượng gì xảy ra. Các nguyên tử neon tích điện dương (cation) bị hút về cực âm, trong khi các điện tử tự do bị hút về cực dương. Các hạt tích điện này, được gọi là plasma, hoàn thành mạch điện của đèn.
Vậy ánh sáng đến từ đâu? Các nguyên tử trong ống chuyển động xung quanh, va chạm vào nhau. Chúng truyền năng lượng cho nhau, cộng với rất nhiều nhiệt được sinh ra. Trong khi một số electron thoát ra khỏi nguyên tử của chúng, những electron khác nhận được đủ năng lượng để trở nên “kích thích”. Điều này có nghĩa là chúng có trạng thái năng lượng cao hơn. Hứng thú giống như leo lên một cái thang, nơi một electron có thể ở một bậc cụ thể của thang, không chỉ ở bất kỳ đâu trên chiều dài của nó. Electron có thể trở lại năng lượng ban đầu (trạng thái cơ bản) bằng cách giải phóng năng lượng đó dưới dạng một photon (ánh sáng). Màu sắc của ánh sáng được tạo ra phụ thuộc vào khoảng cách giữa năng lượng kích thích với năng lượng ban đầu. Giống như khoảng cách giữa các bậc của thang, đây là một khoảng đã định. Vì vậy, mỗi electron bị kích thích của nguyên tử sẽ giải phóng một photon có bước sóng đặc trưng. Nói cách khác, mỗi khí quý được kích thích sẽ phóng ra một màu đặc trưng của ánh sáng. Đối với đèn neon, đây là ánh sáng màu đỏ cam.
Các màu khác của ánh sáng được tạo ra như thế nào
Bạn nhìn thấy rất nhiều màu sắc khác nhau của các biển báo, vì vậy bạn có thể tự hỏi nó hoạt động như thế nào. Có hai cách chính để tạo ra các màu ánh sáng khác ngoài màu đỏ cam của đèn neon. Có một cách là sử dụng một loại khí khác hoặc hỗn hợp các khí để tạo màu. Như đã đề cập trước đó, mỗi khí quý giải phóng một màu đặc trưng của ánh sáng. Ví dụ, heli phát sáng màu hồng, krypton có màu xanh lá cây và argon có màu xanh lam. Nếu các khí lẫn lộn, có thể tạo ra các màu trung gian.
Một cách khác để tạo ra màu sắc là phủ lên thủy tinh một lớp phốt pho hoặc hóa chất khác sẽ phát sáng một màu nhất định khi nó được cung cấp năng lượng. Do có nhiều lớp phủ nên hầu hết các đèn hiện đại không còn sử dụng đèn neon nữa, mà là đèn huỳnh quang dựa vào phóng điện thủy ngân / argon và lớp phủ phosphor. Nếu bạn thấy một ánh sáng rõ ràng phát sáng một màu, đó là ánh sáng khí quý.
Một cách khác để thay đổi màu sắc của ánh sáng, mặc dù nó không được sử dụng trong các thiết bị chiếu sáng, là kiểm soát năng lượng cung cấp cho ánh sáng. Trong khi bạn thường nhìn thấy một màu cho mỗi phần tử trong ánh sáng, thực tế có các mức năng lượng khác nhau dành cho các điện tử bị kích thích, tương ứng với phổ ánh sáng mà phần tử đó có thể tạo ra.
Lược sử sơ lược về ánh sáng Neon
Heinrich Geissler (1857)
- Geissler được coi là Cha đẻ của Đèn huỳnh quang. “Ống Geissler” của ông là một ống thủy tinh có các điện cực ở hai đầu chứa khí ở áp suất chân không riêng phần. Ông đã thử nghiệm dòng điện phóng qua các chất khí khác nhau để tạo ra ánh sáng. Ống là cơ sở cho đèn neon, đèn hơi thủy ngân, đèn huỳnh quang, đèn natri và đèn halogen kim loại.
William Ramsay & Morris W. Travers (1898)
- Ramsay và Travers đã chế tạo ra đèn neon, nhưng đèn neon cực kỳ hiếm nên phát minh này không hiệu quả về mặt chi phí.
Daniel McFarlan Moore (1904)
- Moore đã lắp đặt thương mại “Ống Moore”, chạy một hồ quang điện qua nitơ và carbon dioxide để tạo ra ánh sáng.
Georges Claude (1902)
- Trong khi Claude không phát minh ra đèn neon, ông đã nghĩ ra một phương pháp để cách ly neon khỏi không khí, làm cho đèn có giá cả phải chăng. Đèn neon đã được Georges Claude trình diễn vào tháng 12 năm 1910 tại Paris Motor Show. Ban đầu, Claude làm việc với thiết kế của Moore, nhưng đã phát triển một thiết kế đèn đáng tin cậy của riêng mình và lấn sân sang thị trường đèn cho đến những năm 1930.
