Neon Standart

Физика газов

У каждого газа есть точка конденсации (при определенном давлении), когда происходит переход из газообразного состояния в жидкое или твердое состояние. Например, водяные пары конденсируются при атмосферном давлении 1013 мбар, при температуре 100 °С в водяные капли. Физики считают газ идеальным, когда он находится гораздо выше точки конденсации (более высокая температура или более низкое давление), где он ведет себя в соответствии с пропорциональной взаимозависимостью давления, объема и температуры. Для удобства сравнения различных газов, физики используют так называемую критическую температуру, выше которой газ не может ни конденсироваться, ни превращаться в жидкость.

Учитывая, что условия внутри трубки (давление несколько мбар и температура стенок от -40 °С до +65 °С), мы можем сказать, что аргон и неон могут быть легко названы идеальными газами. Критическая температура Ar минус 122 °C при давлении 49 бар, критическая температура Ne минус 379C при давлении 27 бар.

Ртуть имеет критическую температуру 1450 °С при давлении 1076 бар. У ртути достаточно широкий диапазон температур, при которых она будет оставаться в газообразном состоянии; давление паров ртути зависит от температуры.

В неоновых трубках, значения давления газа не изменяются в рамках рабочих температур, но значения давления паров ртути меняются в температурных пределах в относительном соотношении от 1 до 10 000.

Теория указывает на то, что самая низкая температура в трубке будет определять давление ртути в трубке - это является истиной только в состоянии равновесия. Но внутри неоновой трубки равновесия никогда не возникнет. Таким образом, температура окружающей среды будет значительно влиять на концентрацию паров ртути в неоновой трубке.

В трубке, заполненной аргоном, где используется ртуть, электрический ток, проходя через газ, ионизирует атомы аргона, которые передают энергию, полученную во время процесса ионизации, на атомы ртути, сталкиваясь с ними, и таким образом ионизируют пары ртути. Ионизированные пары ртути начинают излучать свет, в основном в ультрафиолетовом спектре. Следовательно, чем выше концентрация паров ртути, тем выше ультрафиолетовое излучение и соответственно яркость свечения трубки. Помимо давления газа, большую роль в процессе ионизации ртути играет взаимосвязь атомной массы аргона и ртути. Поэтому чистый неон или криптон не используются для заполнения трубок со ртутью, а идеально подходит смесь газов K4.

Электрическая энергия трансформируется не только в световое излучение, но и в тепловое. Если трубка подвержена воздействию ветра (открытый неон), то теплоотдача трубки зависит от соотношения внутреннего объема и площади поверхности трубки.

Проанализировав графики 2 и 3, вы поймете, что зависимость яркости свечения трубки от диаметра наиболее актуальна для открыто расположенных трубок, процесс остывания которых усилен конвекцией. Поэтому для открытого неона необходимо использовать трубки диаметром не менее 15 мм. Эксперименты показали, что когда трубка установлена вертикально в закрытом коробе, ее верхняя часть будет гореть более ярко вследствие того, что верхняя часть трубки имеет более высокую температуру благодаря подъему теплого воздуха. Следовательно, в холодном климате лучше всего использовать закрытый неон с вертикальной установкой трубок.

Увеличение тока, протекающего по трубкам, способствует лучшему их прогреву. Использование трансформатора на 60 мА вместо 30 мА (при правильном подборе электрода) увеличивает в два раза количество производимой световой энергии и в холодном климате.

Яркость свечения неоновых трубок прямо пропорционально зависит от электрической мощности, потребляемой трубкой.

Существует несколько способов увеличения этой мощности. Первый, и наиболее распространенный, - увеличение тока, протекающего по трубкам посредством использования трансформатора с большим номиналом. Второй - увеличение внутреннего электрического сопротивления трубки. Правильный способ увеличить сопротивление - это использовать другой заполняющий газ, в частности К4. Исследования показали, что для зарядки неоновых трубок оптимальным является смесь К4 (75% неона, 25% аргона). По сравнению с другими газовыми смесями K4 на 20,2% ярче.