Comment fonctionnent les néons (une explication simple)

Les néons sont colorés, brillants et fiables, vous les voyez donc utilisés dans les enseignes, les écrans et même les pistes d'atterrissage d'aéroport. Vous êtes-vous déjà demandé comment ils fonctionnent et comment différentes couleurs de lumière sont produites?

Points clés à retenir: néons

• Un néon contient une petite quantité de gaz néon sous basse pression.
• L'électricité fournit de l'énergie pour retirer les électrons des atomes de néon, les ionisant. Les ions sont attirés par les bornes de la lampe, complétant le circuit électrique.
• La lumière est produite lorsque les atomes de néon gagnent suffisamment d'énergie pour devenir excités. Lorsqu'un atome revient à un état d'énergie inférieur, il libère un photon (lumière).

Comment fonctionne un néon

Vous pouvez faire vous-même une fausse enseigne au néon, mais les vrais néons sont constitués d'un tube en verre rempli d'une petite quantité (basse pression) de gaz néon. Le néon est utilisé car il est l'un des gaz nobles. Une caractéristique de ces éléments est que chaque atome a une coquille d'électrons remplie, de sorte que les atomes ne réagissent pas avec les autres atomes et qu'il faut beaucoup d'énergie pour retirer un électron.

Il y a une électrode à chaque extrémité du tube. Un néon fonctionne en fait en utilisant du courant alternatif (courant alternatif) ou du courant continu (CC), mais si un courant continu est utilisé, la lueur n'est visible que autour d'une électrode. Le courant alternatif est utilisé pour la plupart des néons que vous voyez.

Lorsqu'une tension électrique est appliquée aux bornes (environ 15 000 volts), une énergie suffisante est fournie pour retirer un électron externe des atomes de néon. S'il n'y a pas assez de tension, il n'y aura pas assez d'énergie cinétique pour que les électrons s'échappent de leurs atomes et rien ne se passera. Les atomes de néon chargés positivement (cations) sont attirés vers la borne négative, tandis que les électrons libres sont attirés vers la borne positive. Ces particules chargées, appelées plasma, complètent le circuit électrique de la lampe.

D'où vient donc la lumière? Les atomes dans le tube se déplacent et se heurtent. Ils se transfèrent de l'énergie entre eux, et beaucoup de chaleur est produite. Alors que certains électrons s'échappent de leurs atomes, d'autres gagnent suffisamment d'énergie pour devenir "excités". Cela signifie qu'ils ont un état d'énergie supérieur. Être excité, c'est comme grimper sur une échelle, où un électron peut être sur un barreau particulier de l'échelle, et pas n'importe où sur sa longueur. L'électron peut retrouver son énergie d'origine (état fondamental) en libérant cette énergie sous forme de photon (lumière). La couleur de la lumière produite dépend de la distance entre l'énergie excitée et l'énergie d'origine. Comme la distance entre les barreaux d'une échelle, il s'agit d'un intervalle défini. Ainsi, chaque électron excité d'un atome libère une longueur d'onde caractéristique de photon. En d'autres termes, chaque gaz noble excité dégage une couleur de lumière caractéristique. Pour le néon, il s'agit d'une lumière orange rougeâtre.

Comment sont produites les autres couleurs de lumière

Vous voyez beaucoup de couleurs différentes de signes, vous pouvez donc vous demander comment cela fonctionne. Il existe deux façons principales de produire d'autres couleurs de lumière en plus du rouge orangé du néon. Une façon consiste à utiliser un autre gaz ou un mélange de gaz pour produire des couleurs. Comme mentionné précédemment, chaque gaz noble dégage une couleur de lumière caractéristique. Par exemple, l'hélium est rose, le krypton est vert et l'argon est bleu. Si les gaz sont mélangés, des couleurs intermédiaires peuvent être produites.

L'autre façon de produire des couleurs est de recouvrir le verre d'un phosphore ou d'un autre produit chimique qui brillera d'une certaine couleur lorsqu'il est sous tension. En raison de la gamme de revêtements disponibles, la plupart des lampes modernes n'utilisent plus de néon, mais sont des lampes fluorescentes qui reposent sur une décharge de mercure / argon et un revêtement de phosphore. Si vous voyez une lumière claire qui brille dans une couleur, c'est une lumière de gaz noble.

Une autre façon de changer la couleur de la lumière, bien qu'elle ne soit pas utilisée dans les luminaires, est de contrôler l'énergie fournie à la lumière. Alors que vous voyez généralement une couleur par élément dans une lumière, il existe en fait différents niveaux d'énergie disponibles pour les électrons excités, qui correspondent à un spectre de lumière que cet élément peut produire.

Brève histoire de la lumière au néon

Heinrich Geissler (1857)

• Geissler est considéré comme le père des lampes fluorescentes. Son "tube de Geissler" était un tube de verre avec des électrodes à chaque extrémité contenant un gaz à pression de vide partielle. Il a expérimenté un courant d'arc à travers divers gaz pour produire de la lumière. Le tube était la base de la lumière au néon, de la lumière à vapeur de mercure, de la lumière fluorescente, de la lampe au sodium et de la lampe aux halogénures métalliques.

William Ramsay et Morris W. Travers (1898)

• Ramsay et Travers ont fabriqué une lampe au néon, mais le néon était extrêmement rare, donc l'invention n'était pas rentable.

Daniel McFarlan Moore (1904)

• Moore a installé commercialement le "Moore Tube", qui faisait passer un arc électrique à travers l'azote et le dioxyde de carbone pour produire de la lumière.

Georges Claude (1902)

• Bien que Claude n'ait pas inventé la lampe au néon, il a conçu une méthode pour isoler le néon de l'air, rendant la lumière abordable. La lumière au néon a été démontrée par Georges Claude en décembre 1910 au Mondial de l'Automobile de Paris. Claude a d'abord travaillé avec la conception de Moore, mais a développé une conception de lampe fiable et a acculé le marché des lumières jusqu'aux années 1930..