TẠI SAO ĐÈN NEON LẠI PHÁT RA ÁNH SÁNG
CÓ MÀU SẮC SẶC SỠ?
Màn đêm buông xuống, các loại đèn với đủ màu sắc được bật lên, đèn neon sặc sỡ tạo thành các dạng chữ viết và tranh ảnh, làm cho toàn bộ thành phố nhộn nhịp được trang điểm như những bông hoa lửa, khiến con người mải mê ngắm nghìn không chớp mắt.
Khi bạn quan sát cảnh đẹp của thành phố này, bạn có nghĩ rằng tại sao đèn neon lại phát ra ánh sáng có màu sắc sặc sỡ không?
Đèn điện mà con người sử dụng sớm nhất là đèn neon ánh sáng trắng, do nhà phát minh Edison nghiên cứu chế tạo thành công ra. Loại đèn này làm cho dòng điện đi qua dây tóc rồi phát sóng sau khi đạt tới trạng thái sáng trắng, hiệu suất của nó rất thấp bởi vì phần lớn điện năng đều biến thành nhiệt rồi tiêu hao đi, chỉ có một phần nhỏ chuyển thành ánh sáng. Năm 1802, một nhà khoa học người Mỹ giả thiết rằng, nếu không gắn dây tóc vào ống thuỷ tinh trong chân không mà bơm vào đó một số khí thể để khí thể bị kích thích sẽ phát sáng, lại không bị tiêu hao nhiệt. Thế là ông bơm một chút hơi thuỷ ngân vào ống chân không rồi gắn hai điện vào hai đầu ống đèn, sau khi tăng điện áp, hơi thuỷ ngân sẽ phát ra ánh sáng loá mắt dưới sự kích thích hồ quang điện. Quang phổ của ánh sáng đèn này gần giống với ánh sáng mặt trời, nó có độ sáng rất mạnh và phù hợp với chụp ảnh phim. Sau này, mọi người gọi nó là đèn thuỷ ngân.
Việc chế tạo thành công ra đèn thuỷ ngân đã tạo nên sự hứng thú cho con người. Hơi thuỷ ngân sẽ phát sáng sau khi mở điện, vậy các chất khí khác có làm được không? Thế là mọi người đã nghĩ rằng, hơn mười năm trước, các nhà khoa học đã tìm ra một số chất khí tính kiềm không nhạy bén lắm. Tính chất của loại khí này rất ổn định, dường như chúng không phản ứng với những chất khác, dùng chúng để kích thích phát ra ánh sáng quả là sự lựa chọn rất tốt. Năm 1910, nhà hoá học người Pháp Kalade đã bơm đầy những chất khí Neon có tính kiềm, không màu vào ống đèn. Sau khi mở điện, khí Neon chịu sự kích thích của điện trường và phát ra ánh sáng có màu đỏ cam, ánh sáng màu đỏ mà đèn neon phát ra có sức xuyên thấu rất mạnh trong không khí, nó có thể xuyên qua đám sương mù dày đặc. Vì vậy đèn Neon thường được dùng làm đèn báo ở bến cảng, sân bay và các tuyến giao thông.
Argon cũng là một dạng chất khí tính kiềm, hàm lượng của nó trong không khí là 1%. Dưới tác động của điện trường, agron sẽ phát ra ánh sáng có màu xanh nhạt, vì vậy nó cũng được dùng để bơm vào ống đèn neon. Ngoài neon và agron ra, có loại đèn neon còn được bơm hêli vào, nó có thể phát ra ánh sáng màu đỏ nhạt; có loại đèn được bơm hỗn hợp bốn chất khí là neon, argon, Hêli và hơi thuỷ ngân. Do tỉ lệ các chất khí khác nhau nên đèn neon mới có màu sắc sặc sỡ như vậy.
Vậy thì tại sao ánh sáng phát ra từ những khí thể khác nhau lại có màu sắc khác nhau? Chúng ta biết rằng, nguyên tử do hạt nhân nguyên tử và rất nhiều điện tử quay quanh hạt nhân tạo thành. Điện tử cho phép vận hành trên nhiều quỹ đạo đặc định. Những hạt điện ở tầng bên trong chịu sự kích thích của từ trường sẽ hấp thu ''một phần'' năng lượng rồi dịch chuyển đến một quỹ đạo tầng ngoài nào đó và rơi vào trạng thái bị kích thích. Do trạng thái kích thích thường rất không ổn định nên chỉ một lúc sau, điện tử sẽ quay lại quỹ đạo ban đầu rồi bức xạ ''một phần'' năng lượng vừa hấp thu được dưới hình thức của ánh sáng. Phần năng lượng này vừa bằng với độ chênh lệch giữa trạng thái bí kích thích và trạng thái ban đầu của nguyên tử. Rõ ràng là những khí thể khác nhau có kết cấu và năng lượng nguyên tử khác nhau. Phần năng lượng được hấp thu và bức xạ đó có độ lớn nhỏ khác nhau, cho nên tần số của ánh sáng bức xạ do ''phần'' năng lượng này quyết định cũng khác nhau, mà màu sắc ánh sáng lại hoàn toàn do tần suất quyết định. Vì vậy, đèn neon được bơm vào các loại khí thể khác nhau sẽ phát ra màu sắc sặc sỡ.
