Неон — это химический элемент, который обычно ассоциируется с оранжевым цветом. Это связано с тем, что неоновый газ излучает оранжево-красное свечение при электрическом заряде. Однако неон не ограничивается оранжевым цветом. Фактически, неон может светиться различными цветами в зависимости от таких факторов, как давление газа, напряжение и диаметр трубки. Таким образом, хотя оранжевый может быть самым известным цветом неона, это не единственный цвет, который может давать неон. В этой статье мы подробнее рассмотрим науку, стоящую за красочным свечением неона, и обсудим различные возможные цвета неона помимо оранжевого.
Неон — это благородный газовый элемент в периодической таблице с символом Ne и атомным номером 10. При стандартных условиях неон — это бесцветный, не имеющий запаха, инертный одноатомный газ. Как и другие благородные газы, неон имеет полную валентную оболочку, поэтому он редко образует молекулы или химические соединения.
В своей естественной форме неон не имеет видимого цвета. Однако когда неоновый газ электрически заряжен и возбужден, он испускает характерное свечение. Это происходит потому, что электрическая стимуляция заставляет электроны в атомах неона временно переходить на более высокие энергетические уровни. Когда электроны падают обратно на более низкие энергетические уровни, фотоны высвобождаются в виде видимого света.
Наиболее распространенное свечение неона — это характерный красновато-оранжевый цвет. Но при регулировке определенных переменных неон может также светиться синим, фиолетовым, зеленым и даже белым.
Существует несколько ключевых факторов, определяющих, какой цвет будет светиться неон:
Давление газа
Более высокое давление газа увеличивает плотность атомов неона. Это позволяет большему количеству атомов неона возбуждаться и высвобождать фотоны. При низком давлении неон светится красно-оранжевым цветом. По мере увеличения давления неон начинает светиться оранжевым, желтым, зеленым, синим, фиолетовым и, в конечном итоге, белым цветом.
Напряжение
Более высокое напряжение означает, что в неоновый газ поступает больше энергии. Эта энергия возбуждает электроны, чтобы они перешли на более высокие энергетические уровни, прежде чем упасть обратно и высвободить фотоны. Низкое напряжение производит красные/оранжевые фотоны с более низкой энергией. Но при большем напряжении испускаются более энергичные фотоны в синем, фиолетовом и ультрафиолетовом диапазонах, заставляя неон светиться сине-белым цветом.
Диаметр трубки
Большие диаметры трубок разбрасывают атомы неонового газа, снижая плотность. Узкие трубки концентрируют атомы вместе. Более широкие трубки уменьшают столкновения, заставляя неон светиться красным/оранжевым цветом. Узкие трубки увеличивают столкновения и возбуждают больше электронов, производя больше синего/белого света.
Примеси
Введение следовых количеств других газов может придать такие цвета, как зеленый или фиолетовый. Атомы примесей поглощают определенную энергию и изменяют высвобождаемые фотоны. Например, немного аргона заставляет неон светиться синим, а ртуть — зеленым/голубым.
Настраивая эти переменные давления газа, напряжения, размера трубки и примесей, неоновые трубки могут светиться радугой цветов за пределами оранжевого.
Вот разбивка различных цветов, которые может генерировать неон, манипулируя ключевыми факторами:
Красно-оранжевый
Знаменитое неоновое оранжевое свечение. Создается с помощью газа низкого давления и низкого напряжения. Самая низкая энергия излучения неона в красном диапазоне 600-610 нм.
Желтый
По мере увеличения напряжения/давления испускаются более энергичные желтые фотоны 580-590 нм, смещая цвет в сторону желтого.
Зеленый
Средние давления и напряжения начинают получать доступ к зеленому диапазону 520-560 нм. Добавление следов ртутного газа также смещает неон в зеленый цвет.
Синий
При более высоких давлениях и напряжениях доминирующие длины волн неона входят в синюю полосу 430-500 нм, создавая синее свечение. Добавление аргона также может дать синий цвет.
Фиолетовый/пурпурный
При достаточном количестве энергии неон излучает более энергичные фотоны в фиолетовом/ультрафиолетовом диапазоне длин волн 400-420 нм, давая фиолетовое/пурпурное свечение.
Белый
Чрезвычайно высокая плотность и энергия возбуждают электроны, чтобы испускать полный спектр видимых длин волн, давая белый свет.
Розовый
Сочетание более высоких красно-оранжевых излучений и более низких синих излучений создает розоватый тон. Различные соотношения заполнения газом позволяют точно настроить оттенок.
Таким образом, хотя оранжевый цвет является цветом по умолчанию, настройка этих параметров позволяет неону генерировать палитру красочного свечения.
Различные неоновые цвета со временем становились популярными и теряли популярность по мере развития технологии:
1910-е - 1920-е годы
Ранний неон был в основном красно-оранжевым из-за низкого вакуума и ограничений по напряжению.
1930-е–1940-е годы
Усовершенствованные технологии позволили использовать более яркие оранжевые и некоторые синие цвета.
1950-е годы
Более высокая интенсивность позволила неону загореться яркими синими, зелеными и белыми цветами.
1960-е–1970-е годы
В психоделическую эпоху неон принял нетрадиционные оттенки, такие как ярко-розовый и пурпурный.
1980-е - 1990-е
Неон стал ассоциироваться с яркими цветами поп-арта, такими как шокирующий розовый и кислотно-зеленый.
2000-е - настоящее время
Современный неон представляет собой многоцветные дисплеи, светящиеся вместе в искусных композициях.
Так что, хотя оранжевый исторически был репрезентативным цветом, улучшенная неоновая технология продолжает раздвигать границы возможных цветов сегодня.
Помимо освещения и вывесок, цветной неон находит множество применений благодаря своему поразительному визуальному воздействию:
Универсальность неона в свечении привлекающих внимание цветов делает его полезным во многих ситуациях.
Вот несколько интересных примеров использования неона разных цветов:
Лас-Вегас-Стрип — Знаменитый своими экстравагантными разноцветными неоновыми вывесками и шатрами, светящимися на фоне ночного неба.
Музей неона — Коллекция сохранившихся неоновых вывесок из старых казино и предприятий Лас-Вегаса.
Таймс-сквер — Знаменитый перекресток, известный своим плотным скоплением ярких неоновых рекламных щитов и вывесок.
Неоновое освещение в K-Pop — Корейские поп-музыкальные выступления отличаются сложными многоцветными неоновыми световыми дисплеями.
Скульптуры Брюса Наумана — Американский художник, известный креативными неоновыми скульптурами, которые светятся радужными оттенками.
Водяные лилии Клода Моне — Моне запечатлел магию цветного неонового освещения в своих импрессионистских картинах с изображением водяных лилий.
Неоновые вывески в Токио, Япония — Японские улицы украшены искусными неоновыми вывесками, светящимися розовым, синим, зеленым и другими цветами.
Эти примеры подчеркивают способность неона как формы искусства создавать красочные световые эффекты за пределами стандартного оранжевого.
Для производства цветного неонового освещения требуются стеклянная трубка, неон/другие газы, электроды и источник высоковольтного электропитания:
Стеклянная трубка — тонированное стекло может фильтровать цвета, а форма/диаметр влияют на плотность.
Газовая среда — типичный состав неона составляет 99,9%, для изменения цвета добавляются следы «легирующих» газов.
Электроды — металлические электроды на каждом конце трубки подают напряжение для ионизации и возбуждения газа.
Источник питания — источник переменного тока высокого напряжения (5–15 кВ) питает газ.
Ионизация газа — Напряжение отрывает электроны от атомов неона, создавая заряженную плазму.
Электронные переходы — Электроны перемещаются между квантованными уровнями энергии, испуская фотоны.
Видимое излучение света — Фотоны в видимом диапазоне длин волн выходят из трубки в виде цветного света.
При наличии подходящей трубки, газов, источника питания и других факторов можно получить множество ярких неоновых цветов.
Наука свечения неона лежит в основе атомной физики и электромагнетизма:
– Атомы неона имеют 10 электронов, 2 из которых находятся на внешней оболочке.
– При подаче напряжения электроны поглощают энергию и переходят на более высокие квантованные энергетические уровни.
– Когда электроны падают обратно вниз, энергия испускается в виде фотонов.
– Видимые фотоны производят светлые цвета, в то время как УФ-фотоны невидимы.
– Красно-оранжевый цвет указывает на переходы с более низкой энергией во внешней оболочке.
– Переходы с более высокой энергией дают синий/фиолетовый цвет, даже в УФ-диапазоне.
– Плотность газа влияет на то, сколько атомов поглощают и испускают фотоны.
– Примесные атомы вносят альтернативные электронные энергии, которые изменяют испускаемые фотоны.
Таким образом, цвет сводится к квантованным энергиям электронов в атомах неона, а также к взаимодействиям между частицами газа. Регулировка параметров настраивает энергию излучаемых фотонов и сочетание длин волн.
Неон, как правило, безопасен при ответственном обращении:
При соблюдении мер предосторожности, основанных на здравом смысле, в отношении газа высокого давления и электричества высокого напряжения, неоновые лампы, как правило, безопасны в обращении и установке. Также следует всегда учитывать надлежащую вентиляцию и факторы безопасности от ультрафиолетового излучения.
Подводя итог, можно сказать, что цвета свечения неона не ограничиваются только распространенным оранжево-красным оттенком. Регулируя давление газа, напряжение, размер трубки и состав газа, неон может воспроизводить спектр ярких цветов, включая красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий, фиолетовый, пурпурный, розовый и белый. Ранний неон ограничивался красно-оранжевыми цветами, но современная неоновая технология позволяет использовать гораздо больше красочных вариантов для вывесок, произведений искусства, дисплеев, освещения и многого другого. Так что в следующий раз, когда вы увидите знакомый неоновый оранжевый цвет, помните, что при правильных условиях свечение неона может охватывать всю радугу.