可能只有几分之一秒的时间来捕捉至关重要的 照片，但如果是 太黑了看不清?闪光灯，充满一种叫做 氙，是 答。按下相机上的按钮，稍等片刻 闪光灯充电，点击快门按钮拍照 而且——噼里啪啦!——你突然拥有了你需要的所有光线。您还会发现氙气灯 为电影放映机、灯塔和超亮汽车前照灯供电。 氙气灯到底是什么，它们是如何工作的?它们是我们所说的例子 弧光灯，它们的工作方式与普通灯非常不同。 让我们仔细看看!

　　照片：灯塔灯：即使借助强大的光束，也需要非常明亮的光线才能将光束投射到海中 菲涅尔透镜 (您可以在背景中看到的同心圆)。这就是为什么许多灯塔由超亮氙气灯供电的原因。照片由加里·尼科尔斯提供，由美国海军提供 和 维基共享资源.

　　弧光灯是如何工作的?

　　所有的灯都会发光，但它们的工作方式并不相同。

　　白炽灯 (我们的传统家用灯)通过传递发光 电力 通过细金属丝(金属丝)，所以它变得非常热并明亮地燃烧。 荧光灯 非常不同：它们通过气体消耗电力以使隐形 紫外线，当它穿过灯管的白色内涂层时，它会转化为我们可以看到的光(可见光)，使其发出明亮的光(或 荧光).

　　喜欢 霓虹灯，氙气灯是例子 弧光灯.弧光灯有点像在非常受控的情况下发生的小闪电 内部条件 玻璃管 在非常低或非常高的压力下充满气体 (取决于灯的类型)。在管子的两端有 称为电极的金属触点，连接到高压电源。

　　照片：将氙气闪光灯连接到浮子标记上。摄影：Jermaine M. Ralliford 提供 美国海军。

　　光从何而来?当电源打开时，气体 原子 突然发现自己处于难以置信的电力之下 并分成更小的部分。这称为 电离 (或电离气体)。 破碎的原子位(带正电) 离子 和带负电的电子)，然后冲进去 沿管子的方向相反，电子冲向正极，离子向另一个方向流动， 形成电流。带电离子撞击中性原子，并进入电极， 送出 能源 作为一闪而过的 光 称为弧 这有效地跨越了电极之间的间隙——就像闪电一样。 这是放电的一个例子，这就是为什么灯点亮这个也被称为 放电灯.电极本身产生更多的光，在此过程中，电极会变得非常热并燃烧得很亮。温度通常超过3000°C或5400°F，这就是为什么电极通常由钨制成，钨是熔点最高的金属(约3400°C或6200°F)。

　　光的颜色取决于所用气体的原子结构(我们在关于 霓虹灯).在霓虹灯中，产生的光是红色的;在水银灯中，它是更冷更蓝的光;在氙气灯中，它是一种更白的光，与自然光(阳光)没有太大区别。在汞氙灯中，氙气和汞协同工作以产生更均匀的 更宽波长范围内的光谱。

　　艺术品：三种不同类型的弧光灯如何产生三种不同颜色的光(波长图案)。水星产生更蓝的光(较短的波长)和一些不可见的紫外线，而氙气产生更自然甚至可见光(以及相当多的不可见红外线)。如您所料，汞氙灯产生折衷方案，在更宽的波长范围内保持平衡。

　　谁发明了弧光灯?

　　照片：弧光灯的基本概念。放电通过两个碳电极， 发光。

　　严格来说，我们使用术语 弧光灯 表示一种特定类型的 弧光灯，碳电极和空气介于两者之间。在爱迪生、斯旺和他们的同时代人完善 电灯泡，像这样的弧光灯真的是唯一的类型 的电灯可用。它们是在1807年(大约在爱迪生完善他的灯之前70年)由英国化学家发明的。 汉弗莱·戴维爵士 (1778–1829).

　　戴维发现他可以通过将两个碳电极(有点像铅笔)连接到高压电源来制造电灯。 最初，他保持电极相互接触。渐渐地，当他将它们分开时，他发现一束拱形的光束横跨它们之间的缝隙——这就是“弧光”灯的名字。弧光灯不是很实用：他们需要 巨大的电流使它们工作，电弧的高温迅速烧毁了碳电极 空气。“巨大”的电流毫不夸张：戴维不得不使用带有2000个独立电池的电池来形成10厘米(4英寸)的弧线。

　　现代白炽灯是在弧光灯以两种方式改进时发展起来的。气隙被替换为 灯丝，因此可以使用较低的电压和电流。整盏灯也被密封在一个装满贵族的玻璃灯泡里。 气体，以防止灯丝在空气中的氧气中燃烧。这使得灯的使用寿命更长。

　　氙气灯有哪些不同种类?

　　氙气灯有两种截然不同的类型：一种是持续发光的，另一种是闪烁的。

　　氙闪光灯

　　照片：这是一个非常小的氙气闪光灯，来自内部 数字 照相机.黑线和红线将灯两端的两个电极连接到大型电解 电容器(这是您可以在照片左上角看到的黑色圆柱体)。相机镜头是闪光灯下方的黑色圆圈。

　　在氙气摄影闪光灯中，光实际上是闪光灯：它可以持续任何光线。 微秒(百万分之一秒)到大约二十分之一秒 (它真的不需要再持续下去了，因为拍摄一张照片只需要这么长时间) 它比普通白炽灯的光亮约10-100倍。 产生如此明亮闪光的一种方法是使用非常高的电压电源， 但这通常不适用于像相机这样小巧便携的东西。 相反，相机使用大的 电容器 (一个设备 用于临时储存电力)。它的工作是建立一个足够大的高压电荷，仅使用相机的微不足道的低压在闪光灯管中放电。 电池.这需要时间 - 这就是为什么您经常需要等待几秒钟才能拍摄闪光灯照片的原因。一旦闪光发生，管中的氙气就会返回 到其原始的非导电状态。如果要拍摄另一张闪光灯照片，则必须等待电容器再次充电，以便可以重复整个过程。

　　这种方式工作的闪光灯是由美国电气工程师和摄影师哈罗德·E·埃杰顿(Harold E. Egerton，1903-1990)于1931年发明的，他被授予 美国专利 2，358，796 对于 1944 年的想法。在该专利中，他解释了高压如何：

　　"...导致闪光灯中的气体电离， 通过闪光灯产生导电路径 灯，允许 [电容器] 放电 通过此。由此产生的高压触发火花 通过闪光灯将产生 非常明亮的曝光闪光灯，极短 期间。关闭 按钮开关和闪光灯 从闪光灯非常简短。因此，可以 在任何想要的瞬间产生这种非常灿烂的闪光 拍照。当[电容器]完全放电时， 闪光灯熄灭，循环准备重复。

　　哈罗德·埃哲顿的闪光灯是如何工作的

　　为了简单起见，我刚刚从埃哲顿的一项专利中挑选了埃哲顿发明中的一些关键组件，使用了这个原始插图。

　　作品：来自 美国专利2，358，796：闪光灯摄影 由Harold Egerton提供，由美国专利商标局提供。

　　玻璃灯(红色，左，92)被抛光反射器包围，将其光线集中在您拍摄的物体上(灰色，左，25)。 它包含一个氙气闪光管(黄色，18)，由电极(绿色，94)激活，被真空管(紫色，1)跳闸，并由电容器(蓝色，中间，11)供电，埃杰顿建议充电约28μF，电压约为2000伏。 闪光灯可以由传统插座(turqouise，右，71)或便携式电池(深绿色，底部，69)供电。它们馈入变压器(橙色，45)，变压器产生为电容器充电所需的高电压。灯可以通过相机快门(灰色，左，66)自动触发，也可以通过右侧的按钮(51)手动触发。

　　其他氙气灯

　　其他种类的氙气灯更像霓虹灯 并连续产生较少量的光。而不是通过 大量的电力通过气体非常短暂地产生 突然的“弧形”光，它们使用更小、更稳定的电压来 产生持续发射的强光。电影放映灯和灯塔灯 以这种方式工作。

　　氙气气体放电大灯

　　氙气HID(高强度放电)前照灯使用相对较小的灯泡 电极之间有微小的电弧间隙(小至 2 毫米或 0.1 英寸)。 由飞利浦在 1990 年代初发明，他们声称“在道路上增加了 50% 的光线”。 产生比标准前照灯更白、更亮的光。 HID灯也更有效，从较低瓦数的灯泡产生更多的光。 由于它们更小，因此它们使设计师可以更灵活地进行样式设计 汽车的前端更符合空气动力学，这可以带来更好的燃油经济性。 至于缺点，它们确实会产生一些紫外线，并且它们需要内置过滤器来阻止这种情况 损坏灯的组件。与荧光灯一样，HID灯也需要一个设备 称为 压载，提供高启动的紧凑型电子电路 电压以在灯中产生初始电弧，然后将电流调节至 之后将电弧保持在稳定的亮度。

　　不幸的是，如果明亮的前照灯引起眩目和眩光，那么对您来说效果很好，它们可能对其他驾驶员效果不佳。这就是为什么HID灯在所有国家/州都不合法的原因。在某些国家/地区，它们是合法的 仅当它们以正确的方式安装时(例如，作为汽车制造商的“原始设备”)，而不是 改装(作为附加套件)，以及它们是否“自调平”(这意味着它们会自动调整以补偿颠簸，以便它们一直指向道路)。

　　艺术品：通用电气 1990 年代初设计的典型氙气 HID 前照灯。1)由石英或熔融石英制成的管子;2、3)管子的缩颈部分通过加热和表面张力制成;4，5)针状钨电极;6，7)钼引线。管中含有汞、金属卤化物和氙气的混合物，电极间隙约为 2-3 毫米。艺术品，由美国专利商标局提供，来自 美国专利5，121，034：氙金属卤化物灯的声学共振操作.

　　氙气到底是什么?

　　你听说过霓虹灯吗?氙气是类似的。氦气、氖气、氩气、氪气、氙气和 氡是来自 我们称之为元素周期表 惰性气体 (曾经被称为“惰性气体”，因为它们并没有真正反应得那么好 与其他元素)。如果你回想一下你的学校化学，惰性气体是元素 在最右边的列下。

　　图稿：显示氙气位置的化学元素周期表。注意它是如何在右边的惰性气体和向第18组的底部结束的。这告诉你氙原子相对较重，这就是为什么 氙气比空气重。

　　氙气是什么样的?它没有颜色、味道或气味，但它存在于我们周围的空气中，很小。 数量——大约每 2000 万个其他气体分子对应一个氙气分子。氙 原子的原子序数为54(比氧原子或氮原子重得多)，因此氙气是 大约比空气重41/2倍：如果你正在寻找氙气，请靠近地面! 氙是地球上的一种气体，因为它在大约-111°C(-168°F)时熔化，在-107°C(-161°F)沸腾。

　　照片：“嗯，也许氙气毕竟不是那么被动? 这就是化学家约翰·马尔姆、亨利·塞利格和霍华德·克拉森 阿贡国家实验室于1962年10月成功生产出这些闪闪发光的方形四氟化氙晶体，这是有史以来第一种简单的人造氙化合物。马尔姆最喜欢的笑话之一是，当有人发现惰性气体的固体化合物时，化学家们会挂上他们的实验室外套——这正是他和他的同事所取得的成就。图片由 阿贡国家实验室 发表于 维基共享资源.

　　谁发现了氙气?

　　大多数惰性气体，包括氙气，都是由苏格兰化学家发现的。 威廉·拉姆齐爵士 (1852-1916)，1904年因工作获得诺贝尔化学奖。根据 瑞典皇家科学院颁发该奖项：

　　“发现一组全新的元素，其中没有一个代表是确切的，这在化学史上是完全独特的，本质上是具有特殊意义的科学进步。更值得注意的是，当我们回想起所有这些元素都是地球大气的组成部分时，尽管它们显然可以进行科学研究，但它们长期以来一直困扰着杰出科学家的敏锐度。"

　　引自 J.E. Cederblom教授的演讲，瑞典皇家科学院院长，1904年12月10日。

　　照片：威廉·拉姆齐爵士使用的实验性氙气放电管。 照片由 美国国家标准与技术研究院数字馆藏，盖瑟斯堡，马里兰州 20899。