Как электрические лампочки излучают свет?
Тысячи лет назад люди уже использовали огонь для освещения в темное время суток — первые бивачные костры и факелы, затем свечи, масляные и газовые лампы. С наступлением темноты всегда что-нибудь зажигали.
Все изменили электрические лампочки. В 1879 году американский изобретатель Томас Алва Эдисон сконструировал лампочку с углеродной нитью накаливания, заключенной в стеклянную колбу (Эдисон откачал воздух из лампочки с помощью вакуумного насоса).
Лампочку подключили к электрической цепи. Эдисон включил электрический ток и стал его постепенно повышать, пока углеродная нить не нагрелась и не засветилась. Такие нити светились до 40 часов, питаемые током постоянного напряжения, пока не разрушались.
Вид лампочки, изобретенной Эдисоном, называется лампой накаливания. Когда предмет нагревается до такой степени, что начинает светиться, —это и есть накаливание. Идея, лежащая в основе лампы накаливания, проста — нагревать нить, пока она не засветится. Остается заключить светящуюся нить в стеклянную колбу и вставить лампочки во все светильники в доме. Вот вы и имеете искусственный свет именно там, где он вам нужен.
В современных лампах накаливания используются металлические нити из вольфрама. Их можно разогревать до более высоких температур, к тому же они более долговечны (обычная лампочка на 60 Вт светит около 1000 часов.) Но вольфрам не нагревается до таких температур, как, например, поверхность Солнца (более 7000 °С), он плавится уже при 3380 °С, поэтому по сравнению с солнечным светом такой свет кажется более темным — он скорее оранжево-белый, чем белый. (Для наглядности представим кочергу, которую вы оставили в костре. Когда она нагревается, то светится темно-красным цветом, потом оранжевым, затем желтым и наконец белым — отсюда и пошло выражение «раскаленный добела» для обозначения очень горячих вещей.)
Современные лампы накаливания, включая сверх яркие галогенные лампы, наполнены инертными газами. Инертными мы называем газы, которые не проявляют химической активности. В современных лампах это обычно смесь азота и аргона. Газ предотвращает преждевременное разрушение нити накаливания, возвращая на место атомы вольфрама, отрывающиеся от нити. Но есть еще лампы, которые используют искусственные вспышки крошечной молнии вместо свечения раскаленной проволоки. Первые флуоресцентные лампы ученые стали разрабатывать с конца XIX века, а в 1938 году компания «Дженерал электрик» довела конструкцию лампы до возможности коммерческого использования. Зачем? Более 95% всей энергии, поступающей в лампу накаливания, растрачивается в виде тепла, исходящего от нее, и лишь 5% излучается в виде света. Таким образом, большая часть энергии растрачивается впустую. В флуоресцентной же лампе большая часть энергии затрачивается на свечение, а не на тепло — такие лампочки холодные на ощупь. Поэтому флуоресцентная лампа на 40 Вт излучает, намного больше света, чем лампа накаливания на 40 Вт. Небольшой, по сравнению с лампами накаливания, расход электрической энергии делает эту лампочку самой выгодной для применения в больших зданиях, например в больницах, школах и офисах.
Трубки флуоресцентных ламп остаются холодными, поскольку в качестве источника света используют не раскаленную проволоку, а «возбужденные» газы. Флуоресцентные лампы относятся к группе ламп, называемых газоразрядными, в которых используются стеклянные трубки с газами: аргоном, неоном или криптоном. К газам, примешивают несколько капель жидкой ртути, которая превращается в ртутные пары. Когда через трубку проходит электрический ток, атомы ртути «возбуждаются». Возвращаясь в свое нормальное энергетическое состояние, атомы испускают фотоны света.
Но, как и в случае с высокочастотными звуками, которых человеческое ухо не различает, большая часть света, испускаемого ртутью (ультрафиолетового), также невидима для наших глаз: длина волны такого света слишком короткая. Кроме того, стекло не пропускает большую часть ультрафиолета, поэтому внутренняя сторона трубки флуоресцентной лампы покрыта порошком фосфора. Когда фотоны света ударяются о порошок, он начинает люминесцировать, испуская фотоны видимого света. (Люминесцировать означает испускать свет при низких температурах, в отличие от горячего источника света — лампы накаливания.)
Этот процесс использования невидимого излучения для производства видимого света называется флуоресценцией. Теперь вы знаете, откуда флуоресцентные лампы и получили свое название.