لامپ نئون چیست؟ کاربرد و مزایای لامپ نئون
لامپ نئون نوعی لامپ تخلیه گاز به رنگ قرمز است. هنگامی که تخلیه الکتریکی از یک گاز یونیزه شده یا پلاسما عبور می کند نور تولید می کند. وقتی ولتاژ بین الکترودها از آستانه خاصی فراتر رود، گاز یونیزه می شود و شروع به هدایت الکتریسیته می کند.
فرایند اساسی تولید نور بازگشت یون ها به حالت انرژی پایه با انتشار یک فوتون از نور است. رنگ نور به طیف انتشاری اتم های گاز و همچنین فشار گاز و سایر متغیرها بستگی دارد. در علوم هشتم شما تا حدودی با این مباحث آشنا شده اید برای کسب اطلاعات بیشتر در ادامه مقاله با ما در نشریه جهان شیمی فیزیک همراه باشید.
لامپ نئون چیست؟
لامپ نئون شامل یک لوله شیشه ای است که با مقدار کمی گاز نئون کم فشار پر شده است. نئون یک عنصر گازی کمیاب است که به میزان ۱ قسمت در ۶۵۰۰۰ در هوا وجود دارد. نئون با مایع سازی هوا به دست می آید و با تقطیر جزء به جزء از گازهای دیگر جدا می شود.
نئون جزء گازهای نجیب است. یکی از مهمترین ویژگی های این عناصر این است که هر اتم دارای یک پوسته الکترون پر شده است. بنابراین اتم ها با اتم های دیگر واکنش نشان نمی دهند و انرژی زیادی برای حذف الکترون لازم است .
در لامپ نئون یک الکترود در دو انتهای لوله شیشه ای وجود دارد که با استفاده از جریان متناوب یا جریان مستقیم کار می کند. اکثر لامپ های نئونی که مشاهده می کنید از جریان AC استفاده می کنند چون اگر از جریان DC استفاده شود درخشش فقط در اطراف یک الکترود دیده می شود.
ساختار لامپ نئون
لامپ نئون دارای دو الکترود با فاصله زیاد است که درون یک محفظه شیشه ای حاوی گاز نئون، با فشار ۸ تور یا ۱ میلی متر جیوه بسته شده است. کاتدها برای انتشار الکترون گرم می شوند، بنابراین گفته می شود که لامپ ها دارای کاتد سرد هستند اما بسته به فاصله بین الکترودها به ولتاژ بسیار بالایی نیاز دارد.
برای ایجاد جریان الکتریکی و تخلیه گاز نئون به ولتاژ شروع حدود ۱.۵ تا ۲ برابر ولتاژ معمولی نیاز است. قدرت میدان الکتریکی در نزدیکی کاتد بسیار زیاد است و یون ها تحت تاثیر میدان به سرعت حرکت کرده و انرژی جنبشی زیادی به دست می آورند که باعث تجزیه کاتد می شود.
در یک سیستم الکترود با فاصله بسیار نزدیک جایی که نور ساطع می شود یک سری مقاومت، جریان لامپ را محدود می کند که مشخصه جریان منفی است.
در این لامپ ها شدت جریان بسیار کم باعث لرزش نور و جریان زیاد باعث تخلیه پایدار و نور روشن می شود اما عمر لامپ را کوتاه تر کرده و باعث سیاه شدن محفظه می شود. بنابراین جریان استاندارد برای روشنایی معمولی به ۱ تا حداکثر ۲.۵ میلی آمپر ولتاژ نیاز دارد.
اگر ولتاژ AC اعمال شود هر الکترود به طور متناوب + ve و ve – شده و درخشش مداوم حاصل می شود. بنابراین چنین لامپ های کاتدی سردی برای ولتاژ کاری بالا و جریان کم مناسب هستند.
برنامه های کاربردی لامپ نئون
- به عنوان منبع شاخص استفاده می شود زیرا هزینه آن کم است
- برای نمایش برنامه ها، حروف، اعداد و ارقام
- شبیه سازی شعله شمع در لامپ چشمک زن
- نور قرمز برای چراغ های هشدار دهنده خطرناک در سازه های بلند و جاده ها
چگونگی تولید نور در لامپ نئون
لامپ نئون حاوی مقدار کمی گاز نئون تحت فشار است که در یک کپسول شیشه ای قرار گرفته است. معمولا ضخامت شیشه های استفاده شده برای لامپ نئون از سه میلی متر شروع شده و تا پانزده میلی متر می رسد که هر کدام از این قطرها موارد استفاده خاصی دارند.
به عنوان مثال شیشه های سه میل که به شیشه بک معروف هستند برای حروف بسیار ریز و شیشه های ضخیم تر برای ابعاد بزرگ تر حروف و نور پردازی استفاده می شوند.
جریان ورودی، انرژی لازم برای جدا کردن الکترون از اتم های نئون را فراهم می کند و آنها را یونیزه می کند. یونها به پایانه های لامپ جذب می شوند و مدار الکتریکی را تکمیل می کنند.
نور زمانی تولید می شود که اتم های نئون انرژی کافی برای برانگیخته شدن به دست بیاورند. هنگامی که اتم به سطح انرژی اولیه بر می گردد یک فوتون (نور) آزاد می کند.
لامپ های تخلیه گاز
لامپ های تخلیه گاز را می توان بر اساس فشار گاز طبقه بندی کرد:
فشار کم: شامل لامپ نئون، لامپ های فلورسنت و لامپ های سدیم کم فشار است.
فشار بالا: مانند متال هالید، لامپ های سدیم با فشار بالا و بخار جیوه.
طبقه بندی دیگر از روش گرمایش کاتد ناشی می شود:
لامپ های کاتدی داغ: قوس الکتریکی بین الکترودها از طریق انتشار حرارتی ایجاد می شود، جایی که الکترون ها به دلیل درجه حرارت بالا از الکترودها خارج می شوند.
لامپ های کاتدی سرد: این قوس الکتریکی از ولتاژ بالای اعمال شده بین الکترون ها ناشی می شود که گاز را یونیزه می کند و نور تولید می کند.
لامپ های با شدت بالا : نوع دیگری از لامپ های تخلیه گاز هستند که در آن یک قوس الکتریکی بالا بین الکترودهای تنگستن ایجاد می شود.
استفاده از گازهای نجیب برای تولید لامپ رنگی
شما علائم زیادی را در رنگ های مختلف در سطح شهر یا جاده ها مشاهده می کنید، به غیر از نارنجی- قرمز نئونی دو روش دیگر برای تولید سایر رنگ ها وجود دارد. یک راه این است که از گاز دیگر یا مخلوطی از گازها برای تولید رنگ استفاده کنیم. همانطور که قبلا ذکر شد هر گاز نجیب رنگی مشخص از نور را ساطع می کند بنابراین به راحتی می توان از آنها استفاده کرد.
نئون
نئون بیشتر از سایر گازهای نجیب استفاده می شود زیرا بخشی از هوا است و تصفیه آن ساده و ارزان است. نئون باعث تولید قرمز درخشان می شود و فقط مقادیر کمی گاز برای تولید لامپ نئون مورد نیاز است.
آرگون
گاز آرگون نیز در هوا موجود است و به راحتی قابل تصفیه است. نور آرگون از نئون ضعیف تر است به همین دلیل مقدار کمی جیوه به آن اضافه می شود. رنگ لامپ آرگون آبی روشن است ولی با پوشاندن قسمت داخلی لوله شیشه ای با فسفرهای حساس به اشعه ماورا بنفش می توانید رنگ های دیگری نیز تولید کنید. در آب و هوای سرد باید به گاز آرگون کمی هلیوم اضافه کنید تا لامپ را سریع تر گرم کند و بازدهی آن را بهبود ببخشد.
هلیوم
گاز هلیوم به تنهایی برای ایجاد نور قرمز مایل به صورتی استفاده می شود و بیش از نئون یا آرگون در لامپ های رنگی استفاده می شود. هلیوم یک گاز نادر است و به طور طبیعی با زوال رادیواکتیو تولید می شود و در ذخایر گاز طبیعی یافت می شود.
زنون
گاز زنون برای تولید نور درخشان بنفش استفاده می شود و اغلب به تنهایی مورد استفاده قرار نمی گیرد. زنون را می توانید به نسبت های مختلف با سایر گازهای نجیب برای تولید رنگ های مختلف استفاده کنید.
کریپتون
کریپتون گاز نجیبی است که نور زرد و سفید ساطع می کند. اگر شیشه لامپ رنگی باشد می توانید از آن برای کاربردهای روشنایی استفاده کنید.
یک راه دیگر برای تولید نور رنگی پوشاندن شیشه با فسفر یا مواد شیمیایی دیگر است که هنگام فعال شدن رنگ خاصی تولید می کنند. کنترل ولتاژ منبع تامین انرژی یکی دیگر از روش های تغییر رنگ نور است که باعث برانگیختگی الکترون ها در سطوح مختلف شده و باعث ساطع شدن نور با رنگ های مختلف می شود.
کاربرد لامپ نئون
لامپ نئون برای اولین بار توسط مهندس فرانسوی جورج کلود اختراع و در فرانسه به ثبت رسید این لامپ ها در تابلوهای الکتریکی، دکمه های مایکروویو، تجهیزات الکترونیکی و مدارها، بنرهای تبلیغاتی در LED ها، LCD ها و صفحه های فلورسنت استفاده می شوند.
لامپ های نئون به جریان کمی نیاز دارند اما بسیار کارآمد نیستند. توان لامپ NE-2H حدود ۲.۲ لیتر بر وات است که بسیار کمتر از یک لوله فلورسنت مدرن یا LED است.
لامپ های نئون درخشان در اندازه ها و اشکال مختلف تولید می شوند. کوچک ترین آنها حدود ۴ میلی متر با دو سر نازک برای لحیم کاری است. بزرگترین آنها به شکل یک لامپ گلابی شکل با ابعاد تقریبی ۶۰ میلی متر و پایه پیچ E27 ادیسون است. اما تنوع و اشکال عجیب زیادی در بین آنها وجود دارد.
مزایای لامپ نئون
از مزایای لامپ های نئون می توان به نور یکدست آن اشاره کرد که لایت و چشم نواز است. معمولا کسانی که سبک تبلیغات خاص و کلاسیک را دوست دارند با یک طراحی زیبا از آن استفاده می کنند و باید گفت که بسیار شیک است.
از مزایای دیگر آن جنبه نور پردازی و دیزاین تبلیغاتی است که با استفاده از آن می توانید شغل و یا محصول خود را به طور منحصر به فردی به مخاطب معرفی کنید. سایر مزایای عبارتند از:
- درخشش فوری
- قابل کاربرد در پیکربندی مینیاتوری
- محدوده عملیاتی وسیع
- مصرف برق کم
- از نظر هزینه ارزان
معایب لامپ نئون
از معایب این لامپ می توان به جنس بدنه شیشه ای آن اشاره کرد که ممکن است با کوچک ترین ضربه و فشاری بشکند پس دقت کنید که این لامپ ها نیاز به مراقبت دارد. ضعف دیگری که متاسفانه در قدیم داشت ایجاد آتش سوزی بود که با رعایت نکردن نکات فنی توسط افراد ناشی این اتفاق می افتاد.
مثلا افتادن سیم ترانس بر روی شیشه نئون ممکن است به سیم شوک وارد کند و با ایجاد جرقه موجب سوختن روکش سیم شود و آتش به نقاط دیگر سرایت کند. خوشبختانه به تازگی ترانس هایی وارد بازار شده است که الکترونیکی هستند و با ایجاد کوچک ترین اتصالی برق را از مدار خارج می کند و از خطر آتش سوزی جلوگیری می کنند.
تفاوت لامپ های فلورسنت و لامپ های نئون
لامپ نئون نوعی از نور است که در علائم تبلیغاتی استفاده می شود. این علائم از لوله های شیشه ای باریک و بلند ساخته شده اند و این لوله ها اغلب به انواع مختلف خم می شوند. به عنوان مثال لوله نئون می تواند یک کلمه را بیان کند. این لوله ها در رنگ های مختلف نور ساطع می کنند.
از طرف دیگر لامپ فلورسنت اغلب یک لوله بلند و مستقیم است که نور سفید تولید می کند. چراغ های فلورسنت را در ادارات، فروشگاه ها و برخی وسایل منزل مشاهده می کنید.
عملکرد پشت چراغ نئون ساده است. داخل لوله شیشه ای گازی مانند نئون، آرگون یا کریپتون در فشار پایین وجود دارد و در دو انتهای لوله الکترودهای فلزی تعبیه شده اند. هنگامی که ولتاژ بالایی به الکترودها وارد می کنید، گاز نئون یونیزه می شود و الکترون ها از گاز عبور می کنند.
این الکترون ها اتم های نئون را تحریک می کنند و باعث می شوند که نوری را که ما می بینیم را ساطع کنند. نئون هنگامی که از این طریق انرژی می گیرد نور قرمز منتشر می کند. گازهای دیگر رنگ های دیگری از خود ساطع می کنند.
یک چراغ فلورسنت به روشی مشابه کار می کند اما یک مرحله اضافی دارد. درون یک لامپ فلورسنت بخار جیوه با فشار کم وجود دارد. وقتی یونیزه می شود، بخار جیوه نور ماوراء بنفش ساطع می کند. چشم انسان به نور ماوراء بنفش حساس نیست (اگرچه پوست انسان حساس است). داخل یک لوله فلورسنت با فسفر پوشانده شده است که می تواند انرژی را دریافت کرده و به شکل نور مرئی منتشر می کند.
