Στα
άτομα, τα ηλεκτρόνια κινούνται γύρω από τον πυρήνα κι έχουν διαφορετική ενέργεια
το καθένα. Γενικά, όσο μεγαλύτερη ενέργεια έχουν
τα ηλεκτρόνια τόσο πιο μακριά από τον πυρήνα κινούνται.
Το φως εκπέμπεται από τα άτομα σε μικρά πακέτα ενέργειας, τα
φωτόνια. Τα άτομα
εκπέμπουν φωτόνια όταν διεγερθούν.
Όταν ένα άτομο παίρνει ενέργεια, τότε μπορεί κάποιο ηλεκτρόνιό του να αλλάξει
τροχιά και να αρχίσει να κινείται πιο μακριά από τον πυρήνα. Όμως, σχεδόν αμέσως
επιστρέφει σε τροχιά πιο κοντά στον πυρήνα. Γυρίζοντας πίσω, απελευθερώνει,
με μορφή φωτονίου, την ενέργεια που αρχικά πήρε.
Όσο πιο μεγάλη είναι η ενέργεια των φωτονίων τόσο πιο κοντά στο μπλε-μοβ είναι
το χρώμα που έχει το φως που εκπέμπεται. Όσο πιο μικρή είναι η ενέργειά τους,
τόσο πιο κοντά στο κόκκινο-πορτοκαλί είναι το χρώμα που
εκπέμπεται.
Αν
η ενέργεια είναι ή πολύ μεγάλη ή πολύ μικρή, τότε το φως που εκπέμπεται δεν
μπορεί να το δει το μάτι του ανθρώπου, είναι ή υπεριώδες ή υπέρυθρο αντίστοιχα.
Με βάση τον παραπάνω μηχανισμό μπορούμε να εξηγήσουμε πώς φωτίζει ο ηλεκτρικός
λαμπτήρας πυράκτωσης.
Ηλεκτρικός λαμπτήρας πυράκτωσης και σχηματικό διάγραμμά του σε τομή.
Οι
λαμπτήρες (λάμπες) έχουν μια πολύ απλή σχεδίαση. Στη βάση τους έχουν δύο
μεταλλικές επαφές που συνδέονται με δύο σύρματα, στα οποία είναι στερεωμένες
οι άκρες του νήματος από το μέταλλο
βολφράμιο (W).
Αυτό βρίσκεται περίπου στο κέντρο της λάμπας και κρατιέται σταθερά με δύο
λεπτά σύρματα υποστήριξης, που στηρίζονται σε γυάλινο στήριγμα. Ολόκληρη
η κατασκευή βρίσκεται μέσα σε αεροστεγή γυάλινη αμπούλα (γλόμπο) γεμάτη
με ένα αδρανές αέριο, όπως είναι το
αργό (Ar).
Όταν βιδώσουμε τη λάμπα στο ντουί και κλείσουμε το διακόπτη, το ηλεκτρικό
ρεύμα περνά από τη μια μεταλλική επαφή στην άλλη, μέσα από τα δύο σύρματα
και από το νήμα. Καθώς τα ηλεκτρόνια περνούν μέσα από το νήμα βολφραμίου
συγκρούονται συνέχεια με τα άτομά του. Η ενέργεια κάθε κρούσης αυξάνει την
ταλάντωση των ατόμων κι έτσι αυξάνεται η θερμοκρασία του νήματος. Όσο πιο
στενό είναι το νήμα, τόσο πιο πολύ θερμαίνεται.
Τα ηλεκτρόνια, τα δεσμευμένα στα άτομα που ταλαντώνονται, παίρνουν ένα μέρος
της ενέργειας και ανεβαίνουν προσωρινά σε τροχιά υψηλότερης ενέργειας. Όταν
επιστρέφοντας αποκτήσουν πάλι την κανονική τους ενέργεια, απελευθερώνουν
την επιπλέον ενέργεια ως φωτόνια. Τα άτομα των μετάλλων εκπέμπουν συνήθως
φωτόνια χαμηλής ενέργειας, δηλαδή υπέρυθρο φως, που είναι αόρατο στο ανθρώπινο
μάτι. Αλλά, αν θερμανθούν αρκετά, ώστε να φθάσουν σε θερμοκρασία 2200 οC,
εκπέμπουν ορατό φως.
Σε ένα συνηθισμένο λαμπτήρα των 60 watts, το νήμα βολφραμίου έχει μόλις
1/4 του χιλιοστόμετρου πάχος και περίπου 2 μέτρα μήκος. Χωράει μέσα στη
λάμπα γιατί είναι τυλιγμένο σε διπλή σπείρα κι έτσι έχει μόνον 2,5 εκατοστόμετρα
μήκος.
Στον λαμπτήρα πυράκτωσης η ηλεκτρική ενέργεια μετατρέπεται σε θερμότητα
σε ποσοστό περίπου 95% .