Neon lambalar nasıl çalışır ve nasıl ışık verirler? Neon lambaların özellikleri ve çalışma prensibi nedir, kim icat etti ve renkler nasıl belirlenir?
Neon Lambalar
Geceleri şehirleri renkli ve hareketli yapmakta parlak renkli neon lambalar büyük bir rol oynar. Tokyo, New York veya Londra’da dans eden ışıkları gördüyseniz, tam olarak ne demek istediğimi anlayacaksınız. Neon devreye girdiği anda tüm sokaklar canlanıyor gibi görünüyor. Açıkça söylemek gerekirse, neon gazla doldurulmuş lambalar yalnızca kırmızı ışık verebilir ve diğer renkleri yapmak için başka gazlara ihtiyacınız vardır. Aslında, farklı gazları karıştırarak 150’den fazla farklı renkte “neon” ışık yapmak ve gece gökyüzünü neredeyse istediğiniz her renge boyamak mümkündür! Bu şeylerin nasıl çalıştığına daha yakından bakalım.
Atomlar ışığı nasıl canlandırır?
Atomlar enerjiyi emdiklerinde ve “uyarıldıklarında” ışık üretirler. Uyarılmış durumlarında, aynı zamanda kararsızdırlar – bu yüzden kendilerini normale döndürmek için emdikleri enerjiyi hızla verirler. Bunu, foton adı verilen minik ışık enerjisi paketleri vererek yaparlar.
Bu fikri bir elektrik ışığı yapmak için kullanabilirsiniz. Atomlarla dolu bir tüpü doldurduğunuzu ve her iki ucunu da kapattığınızı varsayalım. Şimdi tüpün içine atomlara enerji beslemeye devam edebilecek bir tür elektrikli cihaz koyun. Gücü açtığınızda, atomlar sürekli olarak uyarılır ve ışık verir. Bir flüoresan lambanın çalışma şekli budur ve neon lamba da böyle çalışır. (Bir lazerde giden ışığın süper konsantre bir ışın haline getirilmesine rağmen, bir lazerin de böyle çalıştığını not edelim.)
Neon lambalar nasıl çalışır?
- Neon lamba, Periyodik Tablonun en sağındaki “asal” (inert veya reaktif olmayan) gazlardan biri olan neon gazı ile doldurulmuş kapalı bir cam tüptür.
- Bir neon tüpün her iki ucunda da elektrik terminalleri vardır. Bir uçta, negatif bir terminal vardır (“-ve”, mavi olarak gösterilmiştir); diğer uçta pozitif bir terminal vardır (“+ ve”, yeşil gösterilmiştir).
- Tüp kapatıldığında, sıradan neon gaz atomları (kahverengi daireler) içerir.
- Terminalleri yüksek voltajlı bir güç kaynağına (yaklaşık 15.000 volt – çünkü bir şeylerin olması için çok fazla “elektrik gücüne” ihtiyaç duyduğunuz için) donatın ve açın, böylece neon atomlarını ayırmaya başlayacaksınız. Bazı atomlar, pozitif yüklü iyonlar (büyük yeşil noktalar) haline gelmek için elektron kaybedecek. Pozitif yüklü olan bu neon iyonları, negatif elektrik terminaline doğru hareket etme eğiliminde olacaktır.
- Neon atomlarının kaybettiği elektronlar (küçük mavi noktalar) negatif yüklüdür, bu nedenle tüpün diğer ucundaki pozitif terminale doğru ters yönde fırlarlar.
- Tüm bu koşuşturmada atomlar, iyonlar ve elektronlar sürekli olarak birbirleriyle çarpışıyorlar. Bu çarpışmalar atomları ve iyonları harekete geçiren ve kırmızı ışık fotonları yaymalarına neden olan ani bir enerji patlaması yaratır.
- O kadar hızlı çarpışma meydana gelir ki, tüpten sürekli kırmızı ışık vızıltısı alırsınız. Ayrıca, ısı olarak verilen oldukça fazla enerji alırsınız. Bir neon ışığın yanında durduysanız, çok ısınabileceğini bilirsiniz. Bunun nedeni, atomların oldukça görünmez kızılötesi radyasyon (başka bir deyişle ısı) ve görünür radyasyon (daha çok kırmızı ışık olarak bilinir) yaymasıdır.
Neon ışığı neden kırmızıdır?
Atomların içindeki enerji seviyeleri, bir merdivendeki basamaklar gibidir. Elektronlar aradaki boşluklarda değil, yalnızca basamaklar veya basamaklar üzerinde olabilir. Bu, atomların enerjiyi yalnızca sabit boyutlu paketlerde (kuantumun çoğulu olan quanta olarak adlandırılır) emebileceği veya serbest bırakabileceği anlamına gelir ve farklı kimyasal elementlerin atomları, kesin iç yapılarına bağlı olarak daha büyük veya daha küçük kuantlar verir. Daha büyük miktarda enerji veren atomlar, daha küçük kuantum veren atomlardan daha yüksek frekanslı (daha mavi) ışık üretir. Neon’da, verilen enerji miktarı, kırmızı olarak gördüğümüz ışığa tam olarak karşılık gelir. Diğer asal gazlar farklı renklerde ışık yapar. Örneğin, Argon mavi ışık yapar – yani mavi parlayan “neon” lambalar gördüğünüzde, aslında neonla değil argonla dolu tüplere bakarsınız. Diğer renkleri yapmanın iki yolu vardır. Aynı “neon” tüpe birden fazla gaz koyabilirsiniz. Yeşil tüpler yapmak için neon ve argona birlikte ihtiyacınız var. Mor için argon ve ksenon kullanırsınız. Ayrıca, bir tüpün duvarlarını farklı renkteki fosforlarla boyayarak yaptığı rengi de değiştirebilirsiniz. Yani pembe ışık yapmak için kırmızı neon tüp üzerine boyanmış mavi bir fosfor veya turuncu ışık yapmak için kırmızı neon ile yeşil bir fosfor kullanabilirsiniz.
Neden “soğuk katot”?
Bazen soğuk katotlu ışıklandırma örneği olarak adlandırılan neon işaretler göreceksiniz. Diğer çeşitli elektrikli cihazların sıcak bir katot kullandığını anlamadıkça bu mantıklı değil. Ama yine de katot nedir …?
İki elektrik terimli bir lambada, pozitif terminale anot (yukarıdaki resimde görülen yeşil terminal) ve negatif olana katot (soldaki mavi terminal) denir. Sıcak katotlu bir cihazda, katodun bir filament (küçük bir ısıtma elemanı) ile ısıtılması gerekir, böylece elektronlar yüzeyini “kaynatır” – ve sonra yararlı bir şey yapar. Transistörler icat edilmeden önce bilgisayar anahtarı olarak kullanılan vakum tüplerinde sıcak katotlar kullanıldı. Aynı zamanda eski moda bir TV’de görüntüyü oluşturan katot ışın tüplerinde ve osiloskoplardaki grafik izlerinde de kullanılırlar. Bu tür bir TV ekranında gördüğünüz ışık, katot ısıtıldığında açığa çıkan enerjiden gelir ve böylece elektron verir. Elektronlar (tarihsel olarak “katot ışınları” olarak bilinirdi), tüpten aşağı uçarken ve ön taraftaki fosfor kaplı ekrana çarptığında TV görüntüsünü oluşturur. Bir neon lambada ışık, iki elektrot arasındaki boşlukta uyarılmış gaz atomları tarafından yapılır ve sıcak bir katoda gerek yoktur. Ancak katot ısıtılmadığı için neon lambanın soğuk olduğu sonucu çıkmaz; Gerçekten de, neon lambaların yanlarında bir yerde durursanız şaşırtıcı derecede sıcak bulacaksınız!
Neon lambaları kim icat etti?
William Ramsay
İngiliz bilim adamı William Ramsay (1852–1916) tarafından Haziran 1898’de keşfedilen gaz, neon lambaları neon olmadan var olamazdı. Ramsay’ın neon (ve onun “atmosferin nadir gazları” olarak adlandırdığı diğer soy gazlar) üzerine çalışması ona 1904’te Nobel Kimya Ödülü’nü kazandırdı.
Yaklaşık on yıl sonra, Fransız kimya mühendisi Georges Claude (1870–1960) neon lambayı icat etti ve 7 Mart 1910’da orijinal Fransız patentini aldı. Aynı yıl, neon aydınlatmanın ilk, halka açık gösterisini yaptı. İki devasa 12 m (39 ft) lamba kullanan Paris Otomobil Fuarı. 1913’te, neon aydınlatma Fransız reklam tabelalarında kullanılıyordu, ancak 1920’lerde Amerika Birleşik Devletleri’ne ulaştı.
