霓虹灯的工作原理（简单说明）

霓虹灯色彩鲜艳、明亮且可靠，因此您可以在标志、展示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以及如何产生不同颜色的光？

霓虹灯的工作原理
你可以自己制作一个假的霓虹灯，但真正的霓虹灯是由一个玻璃管组成的，里面装满了少量（低压）氖气。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填充的电子壳层，因此原子不会与其他原子发生反应，并且需要大量能量才能去除电子。

管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 DC 电流，则只能在一个电极周围看到辉光。您看到的大多数霓虹灯都使用交流电。

当在端子上施加电压（约 15,000 伏）时，就会提供足够的能量以从氖原子中移除外层电子。如果没有足够的电压，电子将没有足够的动能逃离原子，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？管中的原子四处移动，相互撞击。它们相互传递能量，并产生大量热量。当一些电子逃离它们的原子时，其他电子获得足够的能量变得“兴奋”“。这意味着它们具有更高的能量状态。被激发就像爬梯子一样，电子可以在梯子的特定梯级上，而不仅仅是其长度的任何地方。电子可以恢复到其原始能量（基态） ）通过将该能量作为光子（光）释放。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，这是一个固定的间隔。所以，原子的每一个被激发的电子都会释放出一个特征波长的光子。换句话说，每一个被激发的惰性气体都会释放出一种特征颜色的光。对于氖来说，这是一种红橙色的光。

其他颜色的光是如何产生的
您会看到许多不同颜色的标志，所以您可能想知道这是如何工作的。除了霓虹灯的橙红色之外，还有两种主要方式可以产生其他颜色的光。一种方法是使用另一种气体或气体混合物来产生颜色。如前所述，每种惰性气体都会释放出一种特征颜色的光。例如，氦气呈粉红色，氪气呈绿色，氩气呈蓝色。如果混合气体，可以产生中间色。

产生颜色的另一种方法是在玻璃上涂上荧光粉或其他化学物质，当它通电时会发出某种颜色。由于可用的涂层范围广泛，大多数现代灯不再使用霓虹灯，而是依赖汞/氩放电和荧光粉涂层的荧光灯。如果您看到有颜色的透明光，那就是惰性气体灯。

另一种改变灯光颜色的方法（虽然未在灯具中使用）是控制提供给灯光的能量。虽然您通常会在光中看到每种元素一种颜色，但实际上有不同的能级可供激发电子使用，这对应于该元素可以产生的光谱。

霓虹灯简史
海因里希·盖斯勒 (1857)
盖斯勒被认为是荧光灯之父。他的“盖斯勒管”是一根两端装有电极的玻璃管，管内装有处于部分真空压力下的气体。他试验了通过各种气体的电弧电流来产生光。该灯管是霓虹灯、水银灯、荧光灯、钠灯和金属卤化物灯的基础。

威廉·拉姆齐和莫里斯·W·特拉弗斯 (1898)
拉姆齐和特拉弗斯制造了霓虹灯，但霓虹灯极为稀有，因此这项发明并不划算。

丹尼尔·麦克法兰·摩尔 (1904)
摩尔在商业上安装了“摩尔管”，它通过氮气和二氧化碳运行电弧以产生光。

乔治·克劳德 (1902)
虽然克劳德没有发明霓虹灯，但他确实设计了一种将霓虹灯与空气隔离开来的方法，从而使这种灯价格适中。1910 年 12 月，Georges Claude 在巴黎车展上展示了霓虹灯。Claude 最初与 Moore 的设计合作，但他自己开发了可靠的灯设计，并垄断了灯的市场，直到 1930 年代。