人体辉光

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浅析辉光现象

院系：材料科学与工程学院专业：高分子材料与工程年级：大二

班级：B130601学号：B13060116姓名：王银川

摘要：本文将介绍瑰丽的辉光现象背后的原理。辉光是低压气体中的气体放电

现象。在置有板状电极的玻璃管内抽取气体形成低压（约几毫米汞柱）气体或

蒸气，当两极间电压较高（约1000伏）时，稀薄气体中的残余正离子在电场中

加速（气体本身有少量自发电离），有足够的动能轰击阴极，产生二次电子，经

簇射过程产生更多的带电粒子，使气体导电。辉光放电的特征是电流强度较小

（约几毫安），温度不高，故电管内有特殊的亮区和暗区，呈现瑰丽的发光现

象。

关键词：辉光球、辉光现象、气体、正离子

正文：

一、辉光球的介绍

在物理实验室中能够最直观和形象的观察到辉光现象的物理实验装置便是

辉光球，因此首先先介

绍一下辉光球。

辉光球又称为电离

子魔幻球。它的外观为

直径约15cm的高强度

玻璃球壳，球内充有稀

薄的惰性气体（如氩气

等），玻璃球中央有一

个黑色球状电极。球的

底部有一块震荡电路

板，通过电源变换器，

将12V低压直流电转

变为高压高频电压加在

电极上。

通电后，震荡电路

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产生高频电压电场，由于球内稀薄气体受到高频电场的电离作用而光芒四射，

产生神秘色彩。由于电极上电压很高，故所发生的光是一些辐射状的辉光，绚

丽多彩，光芒四射，在黑暗中非常好看。

1、辉光球的工作性能

辉光球工作时，在球中央的电极周围形成一个类似于点电荷的场。当用手

（人与大地相连）触及球时，球周围的电场、电势分布不再均匀对称，故辉光

在手指的周围处变得更为明亮，产生的弧线顺着手的触摸移动而游动扭曲，随

手指移动起舞。

2、辉光球的简介

辉光球，人们更多的喜欢称之为魔球。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

的冷辉光所形成的极光束。

二、辉光现象的物理原理

低压气体中显示辉光的气体放电(空气中的电子大概在1000对/cm,由于高

压放电现象在低气压状态下会产生辉光现象）现象，即是稀薄气体中的自持放

电（自激导电）现象。自持放电所属现代词，指的是不依赖外界电离条件，仅

由外施电压作用即可维持的一种气体放电。在置有板状电极的玻璃管内充入低

压（约几毫米汞柱）气体或蒸气，当两极间电压较高（约1000伏）时，稀薄气

体中的残余正离子在电场中加速，有足够的动能轰击阴极，产生二次电子，经

簇射过程产生更多的带电粒子，使气体导电。辉光放电的特征是电流强度较小

（约几毫安），温度不高，故电管内有特殊的亮区和暗区，呈现瑰丽的发光现

象。

三、辉光现象的产生

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

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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。

在气体自激导电时，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。

气体的导电规律，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

关系服从欧姆定律。

I=V/R

当V增加到关系曲线中的中间段时，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。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

增加时，电流将突然增加，同时极间电压突然下降。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。

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。

四、辉光现象的应用

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

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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。

1、霓虹灯

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，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。

2、日光灯

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

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。

3、氙灯

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。

4、人体辉光

在各种各样的辉光中，最神奇的还要算人体辉光了。1911年伦敦有一位叫

华尔德·基尔纳的医生运用双花青染料刷过的玻璃屏透视人体，发现在人体表

面有一个厚达15毫米的彩色光层。医学家们对此研究表明，人体在疾病发生

前，体表的辉光会发生变化，出现一种干扰的“日冕”现象；癌症患者体内会

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产生一种云状辉光；当人喝酒时辉光开始有清晰、发亮的光斑，酒醉后便转为

苍白色，最后光圈内收。吸烟的人其辉光则有不谐和的现象。那么人体到底有

哪些辉光现象呢？

5、疾病辉光

疾病辉光，在医学领域，根据人体发出的冷光信息，不仅可以判断一个人

的健康状况，还可以用来诊断疾病。在疾病发生前，体表的辉光会发生类似太

阳的“日晕”现象。一般认为呈红亮色的光说明健康状况良好，呈灰暗色的辉

光则说明病重。

总结：

了解自身身边的物理现象，并且能够更好地利用它能够令我们的生活变得更

加的美好，同时了解到辉光现象瑰丽的背后的真实。