【时讯科普】汞灯气体压力和温度

汞灯气体压力和温度

汞的熔点为-38.86°C，沸点为356.7°C。由于它作为金属的价值较低，因此在室温下呈液态，既不是固态也不是气态。在高于汞沸点的温度下工作的灯的汞气压由封闭的汞量与灯泡内部体积的比值和管壁的平均温度决定，因为所有放电管中的汞被气化。高压汞灯、超高压汞灯或金属卤化物灯与此相对应。例如，如果将1克汞放入内径为20毫米、灯管长度为120毫米的管状灯中，此时灯泡的平均温度为700℃，则灯管内的汞气压为约为 7.6 个大气压（5.78 x 103 托）。
至于计算方法，由于汞的原子量为200，0℃、1atm下的完美气体的体积为22.4升，因此汞气体的体积由封闭的汞量（波义耳定律）和除以灯泡体积来计算气体压力。，根据工作温度（查尔斯低）对其进行修正。由于很难获得整个气体的平均温度，所以采用管壁的平均温度来代替。
在填充金属沸点以下工作的灯中的气压比在沸点以上工作的灯复杂得多且难以控制。除低压汞灯外，照明用铷灯和低压钠灯也属于此类。低压汞灯放电时的管壁温度，即使在最高温度下，一般也为200℃以下。这种灯中的气压与波义耳-夏尔定律无关，与管壁温度相关的蒸气压是填充金属中的气压。然而，由于灯管壁温度各地不同，气体压力与最低管壁温度即最冷点处的蒸气压一致。然而，最冷点所占据的面积也会影响气体压力的可控性。就超高功率荧光灯而言，据说最冷点面积约为整个管壁的 1% 时才有效1)。

正如稍后将详细描述的，当管壁温度在 35°C 至 45°C 之间时，荧光灯据说具有最高的光输出。根据表 12)，40°C 时汞的蒸气压约为 6 x 10-3 托，对应于高真空的最低值3)。由于点灯时汞气压低，即使温度稍微向低温侧移动，也是缩短灯寿命的主要原因。