STEP #04: Il principio Fisico

 

  La lampada al neon rientrano nella categoria delle lampade a scarica. Il principio di funziona  Il principio di funzionamento per questa classe di lampade si basa sul fatto che l'energia raggiante viene prodotta per emissione da parte del "plasma" generato ionizzando, tramite il passaggio della corrente elettrica, il gas contenuto all'interno dell’ampolla e non per irraggiamento dovuto al riscaldamento di un filamento metallico di tungsteno (come nel caso delle lampade ad incandescenza ). 

Brevetto sistema di illuminazione al neon di Georges Claude

luci al neon sono costituite da un tubo di vetro riempito con una piccola quantità (a bassa pressione) di gas al neon . Il neon viene utilizzato perché è un gas nobile quindi ogni atomo ha l'orbitale di valenza (il più esterno) pieno di elettroni. Questa configurazione rende tale gas inerte, perchè gli atomi non reagiscono con altri atomi e ci vuole molta energia per rimuovere un elettrone .

Rappresentazione Atomo di Neon

Alle due estremità del tubo sono posti altrettanti elettrodi. Una luce al neon funziona effettivamente utilizzando CA (corrente alternata) o CC (corrente continua). Utilizzando corrente CC, il bagliore si vede solo intorno a un elettrodo. Solitamente si utilizza un'alimentazione in CA.

lampada al neon utilizzando CC

Quando viene applicata una tensione elettrica ai terminali (circa 15.000 volt), gli elettrodi avranno due potenziali differenti, uno positivo (catodo) e uno negativo (anodo). I nuclei di neon caricati positivamente ( cationi ) sono attratti dal terminale negativo, mentre la nuvola elettronica viene attratta dal terminale positivo. Se la differenza di potenziale è sufficientemente elevata, gli elettroni di valenza possono saltare fuori dal loro orbitale e diventare elettroni liberi. Così facendo si forma il plasma.

Esempio di illuminazione al neon

 Gli atomi nel tubo si muovono, colpendosi l'un l'altro, trasferiscono energia a vicenda. Tali moti caotici molecolari  vengono percepiti macroscopicamente come un aumento di temperatura generale. 

Mentre alcuni elettroni sfuggono ai loro atomi, altri guadagnano energia sufficiente per " eccitarsi ". Questo significa che passano ad una posizione orbitale con un energia potenziale maggiore rispetto a quello di partenza. Tuttavia questa configurazione non è stabile, perchè quella iniziale minimizza l'energia potenziale e quindi rapprresenta la condizione di equilibrio stabile per l'atomo di neon. L'elettrone tornarà al suo stato fondamentale rilasciando quell'energia sotto forma di fotone (luce). Il colore della luce che viene prodotta dipende dalla differenza di energia potenziale relativa ai due orbitali coinvolti.

Colori di luci diverse a sconda del materiale utilizzato

 Quindi, ogni gas nobile eccitato rilascia un colore caratteristico di luce. Per il neon, questa è una luce rosso-arancio.

Fonti:

(INFN )Come funzionano le lampade al Neon, 0358. Come funzionano le lampade al neon? (infn.it) 

(Thought.co 2019)How Neon Light Work, How Neon Lights Work (A Simple Explanation) (thoughtco.com)

(Explain that Stuff 2021) How do neon lamps work, How do neon lamps work? - Explain that Stuff