“辉光放电”是用来探究气体放电现象的一个实验,在科技馆,我们可以看到“辉光放电”的实验装置,装置由一个通电的辉光盘组成,用手触摸盘面并移动,会看到彩色的辉光被手吸引着变幻出如闪电般色彩鲜艳的光,这是为什么呢?
辉光放电盘由许多直径约2—3mm的小气泡构成,不同区域的小气泡中充有不同的低压惰性气体,在这里要给小伙伴们科普一下惰性气体,惰性气体又叫稀有气体,在常温常压下,它们都是无色无味的单原子气体,很难进行化学反应。天然存在的稀有气体有六种,即氦(He)、氖(Ne)、氩(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)和具放射性的氡(Rn)。
辉光盘的中央装有高压高频电极,高压电极通电后,由于电场很强,而惰性气体有比较稀薄,便被电离激发出美丽的辉光。在这里还要给小伙伴们科普一下气体电离,气体受到电场或热能的作用,就会使中性气体原子中的电子获得足够的能量,从而克服原子核对它的引力而成为自自电子,同时中性的原子或分子由于失去了带负电荷的电子而变成带正电荷的正离子。这种使中性的气体分子或原子释放电子形成正离子的过程叫做气体电离。简单来说,就是辉光盘通电以后,中心的电极电压高达数千伏,惰性气体中的正负离子开始自由移动,这些离子在运动中与其他气体分子碰撞产生新的离子,使离子数大增,离子、电子和分子相互撞击,引起原子中电子能级跃迁并激发与能级有关的美丽的辉光。
电离惰性气体中氦气发蓝色光,氩气发淡紫色光,氖气发橙红色光,当手放在辉光盘时,手与电极之间形成放电通道,此区域的辉光倍加明亮,随着手指在辉光盘上移动,放电通道随之移动,就形成了我们在实验中看到的如闪电般变幻的美丽辉光,绚丽多彩,光芒四射。
我们经常看到街边绚丽闪烁的霓虹灯,就是利用了辉光放电的原理。