辉光-北京科技大学

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1、计01.4主讲魏兴0154109主编王一鹏0154107撰稿张佳伟0154117郑嘉浩0154121辉光辉光球，人们更多的称之为魔球。用手指轻触玻璃球的表面时，球内产生彩色的辉光。这其实是气体分子的激发、碰撞、电离、复合的物理过程，玻璃球内充有某种单一气体或混合气体，球内电极接高频压电源，手指轻轻触摸玻璃球表面，人体即为另一电极，气体在极间电场中电离、复合、而发生辉光。所以辉光球发光是低压气体（或叫稀疏气体）在高频强电场中的放电现象。在自然界中这种现象也是存在的，北极光就是一种辉光，它是位于海平面以上800-1000公里的高空的气体，由于受到外界空间高速粒子的轰击，而发出的冷

2、辉光所形成的极光束。在通常情况下，气体中的自由电荷极少，是良好的绝缘体。但在某些外界因素（如紫外线、X射线以及放射线的照射，或者气体加热）的作用下，气体分子可发生电离，气体中出现电子和离子，这时在外电场作用下，电子和离子作定向漂移运动，气体就导电。通常把气体放电粗分成两种类型：依靠外界作用维持气体导电，且外界作用撤除后放电即停止的，称为气体的被激导电；不依靠外界作用，在电场作用下能自己维持导电状态的，称为气体的自激导电。图1气体的导电规律气体的导电规律如图1所示在充有气体的密封玻璃管内装有两个电极，把它们与电源的正负极相连，并逐渐增加电压。当电压V较小时，电压V与电流强度I的

3、关系如图中曲线OA段所示，服从欧姆定律。当V增加到曲线中的BC段时，电流达到饱和值。如果电压继续升高，电流又随着电压的升高而升高，即曲线的CD段。在这一阶段中，因为电子与正离子在分别向阳极和阴极运动的过程中获得了较大的动能，当他们与中性分子碰撞时，足以使中性分子电离，从而产生出新的电子和离子。上述的导电过程都是必须依赖于外界的电离作用而维持的，属于气体被激导电。当两电极间的电压进一步增加到D时，电流将突然增加，同时极间电压突然下降，即曲线中的DE段。这是因为产生了雪崩式的碰撞电离。此时即使撤去外界的电力作用，导电过程仍然继续进行，这种现象称为气体的自激导电。在气体自激导电时，

4、往往伴有发声、发光等现象。当气体由被激导电过渡到自激导电时，我们说气体已被击穿或已被点燃。使气体击穿的最小电压D称为击穿电压。气体击穿后，由于气体的性质、压强、电极的形状和距离、外加电压以及电源的功率的不同，而可能采取辉光放电、弧光放电、火花放电及电晕放电等形式。辉光放电是低压气体中伴有辉光出现的自激导电。在低压（约133帕）气体放电管中，两电极间电压逐步增加，并控制电流的变化，气体击穿后将会出现如下图所示的导电规律。图2辉光放电特性曲线图2中的AD段就是辉光放电，其中AC段称为“正常辉光放电”，CD段称为“异常辉光放电”。在正常放电时，极间电压几乎不随电流而变，在异常辉光放

5、电时，极间电压将随电流的增加而增加。当电流超过D点时，电压会突然下降，这时便从辉光放电过渡到弧光放电。在日常生活中，低压气体中显示辉光的放电现象，也有广泛的应用。例如，在低压气体放电管中，在两极间加上足够高的电压时，或在其周围加上高频电场，就使管内的稀薄气体呈现出辉光放电现象，其特征是需要高电压而电流密度较小。辉光的部位和管内所充气体的压强有关，辉光的颜色随气体的种类而异。荧光灯、霓虹灯的发光都属于这种辉光放电。霓虹灯，即氖灯。是一种冷阴极放电管，把直径为12-15毫米的玻璃管弯成各种形状，管内充以数毫米汞柱压力的氖气或其他气体，每1米加约1000伏的电压时，依管内的充气种类

6、，或管壁所涂的荧光物质而发出各种颜色的光，多用此作为夜间的广告等。若把电容器接在霓虹灯两极上，则可做成时亮时灭的霓虹灯广告。电容器的电容大，亮灭循环的时间长；电容器电容小，则亮灭的时间较短。霓虹灯需要电压较高。灯管越细，越长需要的电压就越高。日光灯，亦称“荧光灯”。一种利用光质发光的照明用灯。灯管用圆柱形玻璃管制成，实际上是一种低气压放电管。两端装有电极，内壁涂有钨酸镁、硅酸锌等荧光物质。制造时抽取空气，充入少量水银和氩气。通电后，管内因水银蒸气放电而产生紫外线，激发荧光物质，使它发出可见光，不同发光物质产生不同颜色，常见的近似日光（荧光物质为卤磷酸钙）。荧光灯光线柔和，发光

7、效率比白炽灯高，其温度约在40-50摄氏度，所耗的电功率仅为同样明亮程度的白炽灯的1/3–1/5。广泛用于生活和工厂的照明光源。还有一种是氙灯，氙灯是一种高辉度的光源。它的颜色成分与日光相近故可以做天然色光源、红外线、紫外线光源、闪光灯和点光源等，应用范围很广。其构造是在石英管内封入电极，并充入高压氙气而制成的放电管。在稀有气体中，氙的原子序数大，电离电压低，容易产生高能量的连续光谱，并且因离子的能量小，电极的寿命长达数千小时。因点灯需要高电压，要使用附属的启动器、安定器、点灯装置等。在各种各样的辉光中