趣味科学实验:N118.双金属片—日光灯启辉原理

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一 实验现象 

二 实验材料

          气体打火机(或酒精喷灯)。日光灯启辉器(俗称跳泡),钳子、面巾纸

三 实验步骤

 【第1步】用钳子将塑料外壳去掉如下图。

【第2步】用面巾纸将玻璃外壳包裹然后用钳子敲碎玻璃如下图。

【第3步】双金属动片距离固定金属片有一定距离,用打火机加热后双金属片向外靠拢与固定金属片连接,温度降低后二者又分开。

【第4步】将固定片折弯,加热双金属片测试最大的弯曲程度。

【第5步】实验视频。 

【实验视频由江苏南京 盛宝骥 老师录制 特此表示感谢】
四 实验原理

        日光灯 启辉器主要是一个充有氖气的小氖泡,里面装有两个电极,一个是静触片,一个是由两个膨胀系数不同的金属制成的U型动触片(双层金属片——当温度升高时,因两层金属片的膨胀系数不同,且内层膨胀系数比外层膨胀系数高,所以动触片在受热后会向外伸展)。

日光灯正常发光时灯管两端只允许通过较低的电流,所以加在灯管上的电压略低于电源电压,但是日光灯开始工作时需要一个较高电压击穿,所以在电路中加入了镇流器,不仅可以在启动时产生较高电压,同时可以在日光灯工作时稳定电流。

      在图示的电路中,当开关接通的时候,电源电压立即通过镇流器和灯管灯丝加到启辉器的两极。220伏的电压立即使启辉器的惰性气体电离,产生辉光放电。辉光放电的热量使双金属片受热膨胀,辉光产生的热量使U型动触片膨胀伸长,跟静触片接通,于是镇流器线圈和灯管中的灯丝就有电流通过。电流通过镇流器、启辉器触极和两端灯丝构成通路。灯丝很快被电流加热,发射出大量电子。这时,由于启辉器两极闭合,两极间电压为零,辉光放电消失,管内温度降低;双金属片自动复位,两极断开。在两极断开的瞬间,电路电流突然切断,镇流器产生很大的自感电动势,与电源电压叠加后作用于管两端。灯丝受热时发射出来的大量电子,在灯管两端高电压作用下,以极大的速度由低电势端向高电势端运动。在加速运动的过程中,碰撞管内氩气分子,使之迅速电离。氩气电离生热,热量使水银产生蒸气,随之水银蒸气也被电离,并发出强烈的紫外线。在紫外线的激发下,管壁内的荧光粉发出近乎白色的可见光。


姓         名:盛宝骥

单       位:南京师范大学附属中学  
职称荣誉:中学高级教师  南京市青年优秀教师  教育硕士
研究方向:物理实验、微视频制作



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