五顏六色的霓虹燈,邂逅稀有氣體,迸發出美麗的光影世界!

2021-01-08 愛科學的恐龍哥哥

每天到了夜晚,我們就進入了高科技的夜晚,各種五顏六色的霓虹燈亮起來,點綴了這個夜空,讓世界看起來多了一份不一樣的美感!那你了解霓虹燈背後的科學故事麼,今天恐龍哥哥帶你走進它的世界!

霓虹燈的研究還要從1898年說起,在1898年,英國化學家雷姆賽(Sir William Ramsay)和特拉弗(Dr Morris Travers)兩人,把空氣中的氧和氮用化學方法移除後,在液態空氣中發現了一種奇怪又稀少的氣體。這種氣體無色、無味、無嗅,而且不會被燃燒。但當他們把這種氣體密封在一條半真空的玻璃管中,在玻璃管的兩端通上電流,原來沒有任何顏色的玻璃管,卻會射出鮮豔的紅光來。就是這樣,世界上第一支霓虹燈誕生了。他們面對著這種奇異的氣體和這美麗的光彩下,他們稱這種新發現的氣體為「氖」(Neon),氖(Neon)在希臘文中的意思是「新」。

氖是第二輕的稀有氣體。氖的製冷量比液氦高40倍,比液氫高三倍。氖非常不容易變成液體或固體,必須要在零下二百四十八點六度才會凝結成液態。氖是一種非常不活潑的元素,幾乎不和其他元素相化合,屬於惰性氣體的一種。在地球大氣層中氖非常稀少,只佔其65,000分之一。深呼吸一次吸入的氖大概有橘子種子那麼大小的一團。

充在燈管中能發出紅光的種氣體是氖氣。但是單是紅色的霓虹燈是不夠的。若要霓虹燈產生不同的色彩,這時需要以綠、黃色,藍色、白色的螢光粉作為輔助。例如將藍色的螢光粉塗在玻璃管的內壁上,把玻璃管彎製成所需要的文字或花紋圖案後裝上電極,並把玻璃管內的空氣抽乾淨,再充進氖氣,即成粉紅色的霓虹燈。如果塗上了藍色螢光粉的燈管中充入氬氣和水銀,就成了藍色的霓虹燈;若塗有綠色螢光粉的燈管中充入氖氣,就成了橙紅色;如果把氖氣改為氬氣和水銀,便會成為綠色霓虹燈。

當代科技裡在霓虹燈裡添加光纖可以讓光線穿透力更強。人們以前曾經發現,光能沿著從酒桶中噴出的細酒流傳輸;人們還發現,光能順著彎曲的玻璃棒前進。

這是為什麼呢?難道光線不再直進了嗎?這些現象引起了丁達爾的注意,經過他的研究,發現這是全反的作用,即光從水中射向空氣,當入射角大於某一角度時,折射光線消失,全部光線都反射回水中。表面上看,光好像在水流中彎曲前進。實際上,在彎曲的水流裡,光仍沿直線傳播,只不過在內表面上發生了多次全反射,光線經過多次全反射向前傳播。

1870年的一天,英國物理學家丁達爾到皇家學會的演講廳講光的全反射原理,他做了個簡單的實驗:在裝滿水的木桶上鑽個孔,然後用燈光穿透水流,竟然神奇的發現水流和光線似乎融合在了一起,因此全反射從此揭開了神秘的面紗。

當然對於霓虹燈的研究遠不止於此,當代的高科技已經把它融合成了高效節能的照明工具,在繁華的夜市因為有了它的點綴讓生活不在沉寂,走進色彩斑斕的夜色中,你會享受這一份美意!

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