Hoe neonlichten werken (een eenvoudige uitleg)

Eenvoudige demonstratie van waarom edelgassen niet reageren

DigiPub/Getty Images

Neon lichten zijn kleurrijk, helder en betrouwbaar, dus je ziet ze gebruikt worden in borden, displays en zelfs landingsbanen op luchthavens. Heb je je ooit afgevraagd hoe ze werken en hoe verschillende kleuren licht worden geproduceerd?

Belangrijkste afhaalrestaurants: neonlichten

• Een neonlicht bevat een kleine hoeveelheid neongas onder lage druk.
• Elektriciteit levert energie om elektronen weg te halen van neonatomen en ze te ioniseren. Ionen worden aangetrokken door de klemmen van de lamp, waardoor het elektrische circuit wordt voltooid.
• Licht wordt geproduceerd wanneer neonatomen genoeg energie krijgen om opgewonden te raken. Wanneer een atoom terugkeert naar een lagere energietoestand, geeft het een foton (licht) af.

Hoe een neonlicht werkt

Je kunt een nep neon teken jezelf, maar echte neonlichten bestaan ​​uit een glazen buisje gevuld met een kleine hoeveelheid (lage druk) neon- gas. Neon wordt gebruikt omdat het een van de edelgassen . Een kenmerk van deze elementen is dat elk atoom een ​​gevulde elektronenschil heeft, dus de atomen reageren niet met andere atomen en het kost veel energie om een elektron .

Aan beide uiteinden van de buis bevindt zich een elektrode. Een neonlicht werkt eigenlijk met AC (wisselstroom) of DC (gelijkstroom), maar als DC-stroom wordt gebruikt, is de gloed alleen rond één elektrode te zien. Wisselstroom wordt gebruikt voor de meeste neonlichten die je ziet.

Wanneer er een elektrische spanning op de klemmen wordt gezet (ongeveer 15.000 volt), wordt er voldoende energie toegevoerd om een ​​buitenste elektron van de neonatomen te verwijderen. Als er niet genoeg spanning is, zal er niet genoeg zijn kinetische energie zodat de elektronen aan hun atomen kunnen ontsnappen en er zal niets gebeuren. De positief geladen neonatomen ( kationen ) worden aangetrokken door de negatieve pool, terwijl de vrije elektronen worden aangetrokken door de positieve pool. Deze geladen deeltjes, genaamd plasma , voltooi het elektrische circuit van de lamp.

Dus waar komt het licht vandaan? Atomen in de buis bewegen rond en raken elkaar. Ze dragen energie aan elkaar over en er komt veel warmte vrij. Terwijl sommige elektronen aan hun atomen ontsnappen, krijgen andere genoeg energie om ' opgewonden '. Dit betekent dat ze een hogere energietoestand hebben. Opgewonden zijn is als het beklimmen van een ladder, waar een elektron zich op een bepaalde sport van de ladder kan bevinden, niet zomaar ergens op zijn lengte. Het elektron kan terugkeren naar zijn oorspronkelijke energie (grondtoestand) door die energie vrij te geven als een foton (licht). De kleur van het geproduceerde licht hangt af van hoe ver de opgewekte energie van de oorspronkelijke energie verwijderd is. Net als de afstand tussen sporten van een ladder, is dit een vast interval. Dus elk geëxciteerd elektron van een atoom geeft een karakteristieke golflengte van foton af. Met andere woorden, elk aangeslagen edelgas geeft een karakteristieke lichtkleur af. Voor neon is dit een roodachtig oranje licht.

Hoe andere lichtkleuren worden geproduceerd

Je ziet veel verschillende kleuren borden, dus je vraagt ​​je misschien af ​​hoe dit werkt. Naast het oranjerood van neon zijn er twee manieren om andere kleuren licht te produceren. Een manier is om een ​​ander gas of een mengsel van gassen te gebruiken om kleuren te produceren. Zoals eerder vermeld, geeft elk edelgas een karakteristieke lichtkleur af. Helium gloeit bijvoorbeeld roze, krypton is groen en argon is blauw. Als de gassen worden gemengd, kunnen tussenkleuren worden geproduceerd.

De andere manier om kleuren te produceren is om het glas te coaten met een fosfor of een andere chemische stof die een bepaalde kleur zal laten gloeien wanneer het wordt geactiveerd. Vanwege het scala aan beschikbare coatings gebruiken de meeste moderne lampen geen neon meer, maar fluorescentielampen die afhankelijk zijn van een kwik/argon-ontlading en een fosforcoating. Als je een helder licht in een kleur ziet gloeien, is het een edelgaslicht.

Een andere manier om de kleur van het licht te veranderen, hoewel het niet wordt gebruikt in verlichtingsarmaturen, is om de energie die aan het licht wordt geleverd te regelen. Hoewel je meestal één kleur per element in een licht ziet, zijn er eigenlijk verschillende energieniveaus beschikbaar voor aangeslagen elektronen, die overeenkomen met een spectrum van licht dat dat element kan produceren.

Korte geschiedenis van het neonlicht

Heinrich Geissler (1857)

• Geissler wordt beschouwd als de vader van fluorescentielampen. Zijn 'Geissler Tube' was een glazen buis met aan weerszijden elektroden die een gas bevatten onder partiële vacuümdruk. Hij experimenteerde met boogstroom door verschillende gassen om licht te produceren. De buis was de basis voor het neonlicht, kwikdamplicht, fluorescerend licht, natriumlamp en metaalhalogenidelamp.

William Ramsay & Morris W. Travers (1898)

• Ramsay en Travers maakten een neonlamp, maar neon was uiterst zeldzaam, dus de uitvinding was niet kosteneffectief.

Daniel McFarlan Moore (1904)

• Moore installeerde commercieel de 'Moore Tube', die een elektrische boog door stikstof en koolstofdioxide liet lopen om licht te produceren.

George Claude (1902)

• Hoewel Claude de neonlamp niet uitvond, bedacht hij wel een methode om neon te isoleren van lucht, waardoor het licht betaalbaar werd. Het neonlicht werd gedemonstreerd door Georges Claude in december 1910 op de Autosalon van Parijs. Claude werkte aanvankelijk met het ontwerp van Moore, maar ontwikkelde een betrouwbaar eigen lampontwerp en veroverde de markt voor de lampen tot de jaren dertig van de vorige eeuw.