Газоразрядные источники света

Газоразрядные лампы.
В обычном состоянии газы являются неплохими изоляторами, т. е. они не проводят электронный ток. Но при определенных критериях можно нарушить их изолирующие характеристики и вынудить газ проводить электрический ток. Совокупа явлений, связанных с прохождением электронного тока через газ, носит название газового либо электронного разряда. Возьмем сосуд, к примеру стеклянную трубку с впаянными по ее концам металлическими электродами. За ранее удалим из трубки атмосферный воздух и наполним ее любым инертным газом либо сделаем условия для образования паров металла. Если к электродам трубки приложить напряжение, то под действием этого напряжения в трубке создается электронное поле, которое, воздействуя на имеющееся всегда в газовой среде некое количество свободных электронных зарядов, при узнаваемых критериях принудит перемещаться свободные и вновь образованные электронные заряды в определенном направлении. В трубке появится электронный ток— появляется газовый разряд. Прохождение электронного тока через трубку, заполненную газом либо парами металлов, сопровождается рядом соответствующих световых явлений.

Тлеющий разряд в парах спирта, переменный ток.
Зависимо от вида разряда появляется характерное свечение газов либо паров металлов, которое и является основой для сотворения различного типа источников света. Источник света, в каком употребляется явление газового разряда, именуется газоразрядным источником света. Напряжение, при котором начинается процесс газового разряда, именуется напряжением зажигания. Это напряжение определяет то малое его значение, которое должно быть приложено к трубке, чтоб в ней появился разряд. После того как в трубке появился разряд, для его поддержания нужно иметь наименьшее по величине напряжение, чем напряжение первоначального зажигания разряда. Это напряжение будем именовать напряжением горения разряда. Зависимо от рода наполняющего трубку газа, его давления, расстояния меж электродами, материалов, из которых они сделаны, их геометрических размеров и ряда других причин будет изменяться величина напряжения зажигания. Разглядим те физические процессы, которые обусловливают свечение газов либо паров металлов при газовом разряде.
Электронный ток меж электродами разрядной трубки создается в итоге перемещения под действием электронного поля электронов и ионов, образующихся из нейтральных атомов газа либо паров, находящихся в межэлектродном пространстве. Для того чтоб процесс образования новых свободных электронных зарядов в межэлектродном пространстве длился безпрерывно, нужно обеспечить неизменное пополнение этого места электронами. Эту роль делает железный катод трубки. Понятно, что в металлах всегда имеется огромное количество свободных электронов, которые двигаются хаотически меж атомами и молекулами железного проводника. Но покинуть поверхность металлического проводника электроны в обыденных критериях не могут, потому что этому противодействуют силы, действующие у его поверхности. Чтоб вырвать электрон с поверхности металла, ему необходимо сказать дополнительную энергию, обеспечивающую преодоление удерживающих его сил. Энергию, которую нужно затратить на преодоление электроном удерживающих его на поверхности металла сил, именуют работой выхода электрона.

А вот так смотрятся разряды, если их снимать через красноватый светофильтр
Вероятны два пути сообщения электрону необходимой энергии для выхода его с поверхности металла. Термоэлектронная эмиссия, когда катод подогревается проходящим по нему электронным током от постороннего источника питания, или прохладный катод бомбардируется положительными ионами, образовавшимися в газе, что также приводит к его нагреву. С увеличением температуры катода хаотическое движение свободных электронов в теле катода усиливается и те из их, которые получили достаточную энергию для преодоления противодействующих сил, вылетают с поверхности металла. Автоэлектронная эмиссия, когда поблизости прохладного катода создается сильное электронное поле, за счет которого электроны вырываются с поверхности металла. Зависимо от припаса кинетической энергии, которой обладает электрон, оказавшийся в межэлектродном пространстве, в итоге его ускорения электронным полем, действующим меж электродами трубки, в момент столкновения с нейтральным атомом может иметь место упругое либо неупругое соударение. В первом случае электрон обладает недостающим припасом энергии, потому в итоге соударения нейтральный атом наращивает свою кинетическую энергию, но структура атома не изменяется. При достаточном припасе кинетической энергии электрона происходит неупругое соударение простых частиц. В момент столкновения электрона с нейтральным атомом он передает ему часть собственной энергии, и под воздействием этой энергии один из наружных электронов нейтрального атома может перейти на орбиту, характеризуемую завышенным энергетическим уровнем, или электрон может совершенно оторваться от атома, и атом перевоплотится в положительный ион.
Процесс перехода наружного электрона нейтрального атома на орбиту с завышенным энергетическим уровнем именуется возбуждением атома. Каждый атом имеет несколько таких энергетических уровней, называемых резонансными. Зависимо от энергии, сообщенной атому при соударении, наружный электрон может перейти на тот либо другой резонансный уровень. Атом не может длительно оставаться в возбужденном состоянии, и через очень маленький просвет времени, исчисляемый миллионными толиками секунды, электрон с резонансного уровня ворачивается в нейтральное положение. При обратном переходе электрона с резонансного уровня в нейтральное положение происходит излучение энергии в виде определенной порции света, либо, как молвят, кванта света— фотона. Излучение, приобретенное в итоге описанного процесса, именуют резонансным излучением. Каждому газу либо пару металлов присуща определенная закономерность такового перехода. Полученное излучение зависимо от рода газа либо пара металлов и его давления имеет определенную длину волны, которая в свою очередь обусловливает цвет этого излучения.

Источник света Luminofor GLOW Light (туба поперечник 15 мм, длина 150мм) для охотников, рыболовов, для праздничков
С повышением тока в газоразрядном промежутке возможны соударения уже возбужденных атомов со свободными электронами и ионами. При всем этом таким возбужденным атомам сообщается еще дополнительная энергия, что приводит к переходам электронов с одних резонансных уровней на другие — завышенные. Этот процесс называют ступенчатым возбуждением. Оборотный переход электронов с завышенных энергетических уровней в нейтральное положение происходит не одномоментно, а методом поочередного перехода с уровней с повышенной энергией на ближний уровень с наименьшей энергией, а потом в нейтральное положение. Приобретенная энергия фотона при ступенчатом переходе электронов миниатюризируется, а длина волны излучения возрастает. При низких давлениях газа и малых плотностях тока в разработке излучения приемущественно играют роль процессы возбуждения атомов. Свет разряда будет состоять из отдельных резонансных излучений с различными длинами волн, потому диапазон излучения разряда имеет линейчатый нрав. По мере роста давления газа и увеличения плотности тока самую большую роль получают ступенчатые процессы возбуждения атомов. Диапазон излучения такового разряда представляет сплошные широкие полосы. Общая интенсивность излучения растет, а в связи с тем, что при поочередном переходе электронов с 1-го резонансного уровня на другой энергия фотонов миниатюризируется, соответственно возрастает длина волны излучаемого света. Подбирая род газа либо пара металла, их давление и плотность тока, можно получить излучение разряда с необходимыми световыми чертами. Если к трубке приложить переменное напряжение, которое временами изменяется по величине и направлению, то газовый разряд имеет некие особенности, на которых нужно тормознуть. Когда в положительный полупериод напряжение питающей сети, возрастая, достигнет величины напряжения зажигания, в трубке зажжется разряд. После зажигания разряда напряжение на трубке снизится до величины напряжения горения и в течение всего времени горения разряда остается приблизительно на этом же уровне. Дальше напряжение в питающей сети уменьшится настолько, что станет меньше, чем требуется для поддержания разряда в трубке, и разряд закончится. Разряд зажжется вновь в последующий отрицательный полупериод, после заслуги напряжением сети величины напряжения зажигания и закончится при его понижении ниже напряжения горения. Но мы фактически не замечаем процесса перезажигания разряда в трубке, потому что этот процесс протекает очень стремительно! Как следует, за время 1-го полного цикла изменения приложенного к трубке напряжения в ней два раза повторяется процесс зажигания и прекращения разряда, и через трубку при всем этом проходит переменный ток. Разглядим сейчас особенности, которые нужно учесть при включении разрядной трубки в питающую сеть. Если изменять величину тока, проходящего через разрядную трубку, и сразу изменять напряжение на ее электродах, то можно установить зависимость меж этим напряжением и током. Эта зависимость носит заглавие Вольтамперная характеристики газового разряда.

Подсветка деревьев цветными металлогалогенными лампами
Чем больший ток проходит через разрядную трубку, к примеру, при дуговом разряде, тем интенсивней протекает процесс ионизации нейтрального газа в межэлектродном пространстве и напряжение на электродах трубки миниатюризируется. Вольтамперная черта дугового разряда имеет падающий нрав. При таковой характеристике дугового разряда нельзя без внедрения искусственных мер достигнуть стойкости либо стабилизации разряда. Вправду, если, к примеру, напряжение на разрядной трубке по любым причинам миниатюризируется на некоторую величину, то ток в цепи растет. Повышение тока в свою очередь вызовет понижение напряжения на разрядной трубке и предстоящее повышение тока в цепи. Если ничем не ограничивать величину тока, то он будет возрастать до того времени, пока не разрушится какой-нибудь из частей цепи. Из этого положения следует сделать два вывода. Во-1-х, газовый разряд не имеет определенного электронного сопротивления: оно изменяется совместно с конфигурацией тока в цепи. Во-2-х, для ограничения величины тока поочередно с разрядной трубкой нужно включить токоограничивающее сопротивление, которое и будет обусловливать величину тока, устанавливающегося в цепи. Это токоограничивающее сопротивление именуют балластным сопротивлением либо балластом. Его включение в цепь разрядной трубки выравнивает разряд. Потому практически все газоразрядные источники света для собственного включения в электронную сеть требуют поочередного включения с ними токоограничи вающего сопротивления. Выбор типа балласта определяется родом тока, проходящего через разрядную трубку, и рядом других причин. При работе разрядной трубки на неизменном токе в качестве балласта обычно используют омическое сопротивление (реостат). На переменном токе можно использовать омическое сопротивление, индуктивность либо емкость. Нередко балластное сопротивление при работе трубки на переменном токе представляет собой комбинацию этих 3-х либо 2-ух каких-то частей.
Комментарии
Газоразрядные источники света — Комментариев нет