将城市的夜晚打扮得流光溢彩的是霓虹灯,这是一种气体放电灯。在制作霓虹灯时,首先将封装有电极的细长玻璃管内的气体抽出,然后充入情性气体(氦气、氖气、氮气)或水银蒸气。这样,当霓虹灯的电极被加上高电压后,电极中的电子在电场的作用下逸出并撞击气体原子,大量的气体原子被激发和电离,从而“充满”能量。这些能量以光辐射射的形式被释放,霓虹灯就会发出光了。
霓红灯的颜色是由充入的气体种类决定的:充氖气的发出红光,充氦气的发淡光的量度单位.为了对光辐射进行分析,就需要一些能够正确表达光的亮度等参数的物理量。在常用参数中,光通量(单位是流明符号为lm)反映了光辐射作用于人眼所产生的明暗视觉效果。在技术上,流明的定义比较复杂:功率为1瓦(这里的1瓦不是指消耗的电功率而是指光辐射的功率)波长为555纳米的单色光源所产生的光通量为683流明。
精益求精
在上图的实验室中,灯泡被连续点亮数十小时。研究人员用这种方法来测试灯泡的寿命,同时也是为了研究改进其性能的方法。右图是对用于汽车车灯的卤素灯进行测试,行驶中灯所受的应用是用离心力来模拟的。
另一个常用参数是光的照度(单位是勒克斯符号为lx,它反映了单位面积上接收到的光辐射的大小。1平方米的表面积上的光通量为1流明时.光的照度就是1勒克斯。
按照上述定义,灿烂晚霞的照度大约为13万勒克斯:白炽灯的光通量最低为2流明,最高为6流明。为了使一间阅览室的照明达到最佳效果,电灯光的照度至少要达到200勒克斯,而对于一位牙医来说.要“干好”活则需要2200勒克斯。人眼在经过半小时对黑暗的适应后.能够看见照度只有0.007勒克斯的物体。黄色的光,充氩气或水银蒸气则发蓝光。水银蒸气还用于一种与霓虹灯完全不同的灯,这就是荧光灯,虽然两种灯常常被人们混淆在一起。
合成颜色
上图这位女研究员正在用分光仪分析一只蓝色荧光灯的发光光谱。以准确确定其颜色。建筑设计师将用这种灯为建筑物营造出特殊的照明效果。
荧光灯的灯管两端有插头,体积也较大,同时还要使用镇流器。镇流器的作用是控制通过荧光灯的电流不致过大而烧毁灯丝。荧光灯的形状多种多样,有球形、圆柱形、U形,环形等,其亮度在达到最大值前有一定的延迟时间。荧光灯最大的优点是能使电费更省一些。实际上,它的发光效率是传统白炽灯的4-6倍,而且比白炽灯耐用10倍。荧光灯的工作原理同霓虹灯有些类似,不同之处在于它里面充入的水银蒸气不仅会发出微弱的蓝光,而且会发出强度很大的紫外线辐射。这些紫外线照射到覆盖在荧光灯玻璃内壁上的荧光材料层时,荧光材料就会吸收紫外线的能量,将荧光材料中的电子激发到高能级上。当这些电子随后向低能级跃迁时,被吸收的能量就会以可见光的形式释放,荧光灯也就发出明亮的光了。尽管有节省电费的优势,荧光灯的水银蒸气的污染也是一个不容忽视的问题。
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