Giải thích nguyên tắc hoạt động của đèn trái ?

Ngày nay bạn gặp đèn huỳnh quang ở khắp mọi nơi--trong văn phòng, cửa hàng, nhà kho, góc phố...bất cứ đâu. Nhưng thậm chí khi nó xuất hiện khắp mọi nơi, thiết bị này vẫn là một bí ẩn đối với hầu hết mọi người. Chuyện gì đã xảy ra trong cái bóng đèn tube trắng?
Nguyên tử giải phóng ra photon khi các electron của chúng được kích thích. Chúng ta biết rằng electron là hạt mang điện tích âm quay quanh hạt nhân nguyên tử (mang điện tích dương). Các electron của một nguyên tử mang nhiều mức năng lượng khác nhau, tùy thuộc vào nhiều hệ số, bao gồm tốc độ và khoảng cách đến hạt nhân. Các electron ở các mức năng lượng khác nhau xuất hiện nhiều obital khác nhau. Nói chung electron ở mức năng lượng lớn nhất chuyển động trong obital xa nhất so với hạt nhân.
Khi nguyên tử nhận hay mất đi năng lượng, sự thay đổi được thể hiện qua sự chuyển động của electron. Khi một cái gì đó làm tăng năng lượng của nguyên tử--nhiệt chẳng hạn--electron tạm thời nhảy lên mức obital cao hơn (xa hạt nhân hơn). Electron chỉ giữ ở vị trí này trong một phần rất nhỏ của giây; gần như ngay lập tức, nó được kéo lại về phía hạt nhân và trở về obital gốc của nó. Khi nó trở về obital gốc của nó, electron giải phóng năng lượng dưới dạng photon, ở một vài trường hợp là ánh sáng photon.
Tần số của sóng ánh sáng phát ra phụ thuộc vào lượng năng lượng được giải phóng, lượng năng lượng này lại phụ thuộc vào vị trí của electron. Vì vậy các nguyên tử khác nhau sẽ giải phóng ra loại photon ánh sáng khác nhau. Nói cách khác, màu sắc của ánh sáng được quy định bởi loại nguyên tử được kích thích.
Đây là cơ chế làm việc của hầu hết các loại nguồn sáng. Sự khác biệt chính giữa các nguồn sáng này là cách thức kích thích các nguyên tử. Ở một nguồn sáng đốt nóng, ví dụ như bóng đèn dây tóc hoặc đèn khí, nguyên tử được kích thích bởi nhiệt. Đèn huỳnh quang là một trong những hệ thống kích thích nguyên tử phức tạp nhất. Chúng ta hãy xem ở phần kế tiếp.
3. Trong tube đèn
Nhân tố trung tâm trong đèn huỳnh quang là một cái ống thủy tinh kín, gọi là ống đèn. Ống này có chứa một lượng nhỏ thủy ngân và một loại khí trơ, thường là argon, được giữ ở áp suất thấp. Ống còn chứa bột phốt pho, phủ đầy thành thủy tinh bên trong. Ống có 2 điện cực, mỗi cực ở mỗi đầu, các cực này được nối dây thành một mạch điện. Mạch điện này được nối đến nguồn điện xoay chiều, chúng ta sẽ khảo sát kỹ hơn về mạch này trong các phần sau.
Khi bạn bật đèn lên, dòng điện chạy qua mạch điện tại các điện cực. Có một lượng điện áp đáng kể đặt lên các điện cực, vì vậy electron sẽ chạy qua chất khí từ cực này đến cực kia của ống. năng lượng này làm thay đổi thủy ngân trong ống từ trạng thái lỏng sang trạng thái khí. Vì các electron và các điện tử mang điện tích chạy xuyên qua ống, một số trong số chúng va chạm vào các nguyên tử khí thủy ngân. Các sự va chạm này kích thích các nguyên tử, đẩy các eletron lên mức năng lượng cao hơn. Khi eletron trở lại mức năng lượng nguyên thủy của nó, chúng giải phóng các photon.
Như chúng ta thấy ở phần cuối, tần số sóng của photon được xác định bởi sự sắp xếp các electron riêng biệt trong nguyên tử. Các electron trong nguyên tử thủy ngân được sắp xếp theo cách mà hầu như chúng giải phóng photon trong dải sóng vùng tia cực tím. Mắt chúng ta không nhận biết được các photon vùng cực tím, vì vậy để đèn phát sáng loại ánh sáng này cần chuyển đổi thành dạng ánh sáng nhìn thấy được.
Đây là nơi của ống mà bột photpho bao phủ. Photpho là chất phát ra ánh sáng khi chúng được phơi vào ánh sáng. Khi một photon đập vào nguyên tử photpho, một trong các electron của photpho nhảy vào mức năng lượng cao hơn và nguyên tử nóng lên. Khi electron rơi về mức năng lượng bình thường của nó, nó sẽ giải phóng năng lượng dưới dạng photon khác. Photon này có năng lượng nhỏ hơn các photon gốc, vì một lượng năng lượng bị tiêu tán dưới dạng nhiệt. Trong một đèn huỳnh quang, ánh sáng được phát ra ở phổ nhìn thấy được – photpho phát ra ánh sáng trắng như chúng ta có thể thấy. Nhiều nhà sản xuất có thể thay đổi màu sắc của ánh sáng bằng cách sử dụng các hợp chất photpho khác nhau.
Bóng đèn nung sáng truyền thống cũng phát ra một lượng nhỏ tia cực tím hữu ích, nhưng chúng không thể chuyển sang dạng ánh sáng nhìn thấy được. Vì thế một lượng lớn năng lượng để đốt đèn nung sáng bị lãng phí. Đèn huỳnh quang bắt các tia không nhìn thấy được phải làm việc, biến chúng thành dạng nhìn thấy được, và vì vậy hiệu quả chiếu sáng hơn. Nói chung, một đèn huỳnh quang thông thường có hiệu quả chiếu sáng hơn gấp 4 đến 6 lần so với đèn nung sáng. Tuy nhiên, con người vẫn sử đụng đèn nung sáng trong nhà, vì chúng phát ra ánh sáng ấm – ánh sáng có màu đỏ nhiều và kém xanh.
Như chúng ta đã thấy, toàn bộ hệ thống đèn huỳnh quang phu thuộc vào dòng điện chạy qua chất khí trong ống thủy tinh. Phần kế tiếp, chúng ta sẽ nghiên cứu về cái mà đèn huỳnh quang cần để tạo nên dòng điện này.