電光源的新軍氣體放電

倪　明

自從愛(ài)迪生發(fā)明了電燈以來(lái)，黑暗就開(kāi)始在我們面前退卻，城市的夜晚變得明亮起來(lái).但是現(xiàn)在，當(dāng)夜晚走到大街上時(shí)，在琳瑯滿目的燈中，幾乎找不到愛(ài)迪生辛辛苦苦發(fā)明的白熾燈了.霓虹燈?日光燈?鈉燈?節(jié)能燈占了主角，這是一支電光照明的新軍，它們使我們城市的夜景變得五光十色?流光溢彩，而且更加省電，它們的原理都是氣體放電.

什么是氣體放電呢?

我們知道最古老的電燈是白熾燈，白熾燈的玻璃燈泡里有一根極細(xì)的卷曲起來(lái)的鎢絲，電阻很大又耐高溫.當(dāng)電流通過(guò)燈絲時(shí)產(chǎn)生高熱，燈絲發(fā)光.白熾燈燈泡在點(diǎn)亮?xí)r，溫度很高，摸起來(lái)燙手.所以它不僅發(fā)光，也發(fā)出大量的熱，發(fā)光效率低，浪費(fèi)了能源.用氣體放電原理制造的燈，例如日光燈，就沒(méi)有這個(gè)缺點(diǎn)，發(fā)光的時(shí)候不熱，所以發(fā)光效率高.

在我們的印象里，氣體是不導(dǎo)電的.220 V電壓下，電源線的兩頭很靠近也不會(huì)放電，我們也不會(huì)因?yàn)榭拷鼔ι系碾娫床遄|電.所以氣體導(dǎo)電是有一定條件的.在1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下空氣要放電是可能的，只是需要非常強(qiáng)的電場(chǎng)或借助于尖端放電產(chǎn)生強(qiáng)電場(chǎng)的方式.氣體放電通常在部分被抽成真空的氣體放電管內(nèi)進(jìn)行，日光燈管等也稱(chēng)為氣體放電管.

一般情況下，由于大氣中空氣分子的密度很高，電子在里面運(yùn)動(dòng)很困難，就像在人頭攢動(dòng)的商場(chǎng)或車(chē)站，一位百米運(yùn)動(dòng)健將跑不快一樣.電子在電場(chǎng)作用下加速， 僅跑幾個(gè)微米便會(huì)與其他原子碰撞，將能量轉(zhuǎn)移給原子，自己慢下來(lái).當(dāng)把管內(nèi)的空氣抽到一定稀薄狀態(tài)時(shí)，電子跑起來(lái)就順當(dāng)多了，在很長(zhǎng)的距離上不碰到原子，這樣才有足夠時(shí)間在電場(chǎng)里加速獲得足夠能量.有了足夠的能量，電子再碰撞到氣體的原子時(shí)，情況就大不一樣，電子的能量足以把原子外圍的電子碰出來(lái)，而被撞的原子由于缺少了電子，就從中性的變成了帶正電的離子.新的游離電子在電場(chǎng)中被加速，繼續(xù)撞擊其他原子，如此過(guò)程循環(huán)下去，1個(gè)電子撞擊后變成2個(gè)電子(1個(gè)原有的外加上被游離出來(lái)的)，2個(gè)電子繼續(xù)撞擊，變成4個(gè)?8個(gè)?16個(gè)?32個(gè)……于是很快產(chǎn)生大量可導(dǎo)電的電子，在氣體放電管中形成大量的電子流，這就是氣體放電.

現(xiàn)在有一個(gè)問(wèn)題，就是氣體放電需要較強(qiáng)電場(chǎng)，也就是在氣體放電管兩端加上高電壓，氣體原子才能被激活，在220 V電壓下是做不到的，如日光燈需要瞬時(shí)的高電壓才能被激活.所以日光燈管不能簡(jiǎn)單地接在220 V的電源上，還需要一些其他的裝置，這個(gè)裝置的作用如下:

1. 加熱燈管兩端的燈絲，電子獲得足夠的能量跑到空間里.

2. 在燈管兩端加瞬時(shí)高電壓以加速電子，碰撞原子產(chǎn)生更多的游離電子，再加速.原本不易導(dǎo)電的氣體燈管，突然變成容易導(dǎo)電的電離氣體，燈管的電阻急劇變小，電流增大.

3. 降低兩端的電壓，維持穩(wěn)定的電流.

我們經(jīng)?？吹降臍怏w放電光源，如街上的路燈，那種白亮亮的是高壓水銀燈，黃色的是高壓鈉光燈.雖然鈉燈的顏色發(fā)黃，但是發(fā)光效率幾乎比白熾燈高7倍多.還有一種俗稱(chēng)“小太陽(yáng)”的氙燈，也是氣體放電管，叫鹵素?zé)?，一個(gè)偌大的廣場(chǎng)只需要一盞就夠了，光色近似太陽(yáng)光.霓虹燈是老資格的氣體放電管，淡綠色的霓虹燈里充有氦氣，鮮紅的充有氖氣.

氣體放電的家族很大，不僅在照明上，在科學(xué)研究上也有廣泛的應(yīng)用.

責(zé)任編輯蔡華杰