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Comment fonctionnent les néons (une explication simple)

Comment fonctionnent les néons (une explication simple)

Les néons sont colorés, lumineux et fiables. Vous les voyez donc dans les enseignes, les présentoirs et même sur les pistes d’atterrissage des aéroports. Vous êtes-vous déjà demandé comment ils fonctionnent et comment différentes couleurs de lumière sont produites?

Points à retenir: néons

  • Une lampe au néon contient une petite quantité de gaz au néon sous basse pression.
  • L'électricité fournit l'énergie nécessaire pour éliminer les électrons des atomes de néon, en les ionisant. Les ions sont attirés par les bornes de la lampe, complétant ainsi le circuit électrique.
  • La lumière est produite lorsque les atomes de néon acquièrent suffisamment d'énergie pour être excités. Lorsqu'un atome revient à un état d'énergie plus faible, il libère un photon (lumière).

Comment fonctionne un néon

Vous pouvez créer vous-même une fausse enseigne au néon, mais les véritables néons consistent en un tube de verre rempli d'une petite quantité (basse pression) de gaz au néon. Le néon est utilisé parce que c'est l'un des gaz rares. Une caractéristique de ces éléments est que chaque atome a une couche d'électrons remplie, de sorte que les atomes ne réagissent pas avec d'autres atomes et qu'il faut beaucoup d'énergie pour éliminer un électron.

Il y a une électrode à chaque extrémité du tube. Un néon fonctionne en utilisant soit du courant alternatif, soit du courant continu, mais si du 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), suffisamment d'énergie est fournie pour éliminer 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 échappent à leurs atomes et rien ne se passera. Les atomes de néon chargés positivement (cations) sont attirés par la borne négative, tandis que les électrons libres sont attirés par la borne positive. Ces particules chargées, appelées plasma, complètent le circuit électrique de la lampe.

Alors d'où vient la lumière? Les atomes dans le tube se déplacent, se frappent. Ils transfèrent de l'énergie les uns aux autres et produisent beaucoup de chaleur. Tandis que certains électrons échappent à leurs atomes, d'autres gagnent assez d'énergie pour devenir "excités". Cela signifie qu'ils ont un état d'énergie plus élevé. Être excité, c'est comme grimper sur une échelle, où un électron peut se trouver sur un barreau particulier de l'échelle, pas n'importe où sur sa longueur. L'électron peut revenir à 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 qui sépare l'énergie excitée de 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 du photon. En d'autres termes, chaque gaz noble excité libère une couleur de lumière caractéristique. Pour le néon, il s’agit d’une lumière rouge orangée.

Comment d'autres couleurs de lumière sont produites

Vous voyez beaucoup de couleurs différentes des panneaux, vous pouvez donc vous demander comment cela fonctionne. Il existe deux manières principales de produire des couleurs de lumière autres que le rouge orangé du néon. Une solution consiste à utiliser un autre gaz ou un mélange de gaz pour produire des couleurs. Comme mentionné précédemment, chaque gaz noble libère une couleur de lumière caractéristique. Par exemple, l'hélium devient 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 revêtir le verre d'un phosphore ou d'un autre produit chimique qui luit d'une certaine couleur lorsqu'il est mis sous tension. En raison de la gamme de revêtements disponibles, la plupart des lampes modernes n'utilisent plus de néon, mais des lampes fluorescentes qui reposent sur une décharge de mercure / argon et un revêtement de phosphore. Si vous voyez une lumière claire briller dans une couleur, c'est une lumière à gaz noble.

Une autre façon de changer la couleur de la lumière, même si elle n’est pas utilisée dans les luminaires, consiste à contrôler l’énergie fournie à la lumière. Alors que vous voyez habituellement une couleur par élément dans une lumière, les électrons excités disposent de différents niveaux d'énergie 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 sous vide partiel. Il a expérimenté un courant d'arc traversant divers gaz pour produire de la lumière. Le tube constituait la base des néons, des lampes à vapeur de mercure, des lampes fluorescentes, des lampes au sodium et des lampes 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 et l’invention n’était donc pas rentable.

Daniel McFarlan Moore (1904)

  • Moore a installé dans le commerce le "Moore Tube", qui exécute 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 mis au point une méthode permettant d’isoler le néon de l’air, en rendant la lumière abordable. Georges Claude a présenté le néon en décembre 1910 au Mondial de l'Automobile. Claude a d'abord travaillé avec le design de Moore, mais a développé un design de lampe fiable et a acculé le marché des lampes jusque dans les années 1930.