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Un gas ionizzato sottoposto ad una d.d.p. di opportuno valore determina, per effetto della ionizzazione a valanga, il passaggio di una corrente di notevole intensità a cui si accompagnano fenomeni luminosi. Infatti nel processo di ionizzazione per urto si presentano due casi concomitanti:
a) l’urto ionico è violentissimo, sufficiente quindi a proiettare elettroni periferici fuori dalla loro orbita (ionizzazione);
b) l'urto ionico è violento, ma non sufficiente alla ionizzazione: gli atomi non perdono elettroni ma vengono « eccitati ».
Gli elettroni cioè, sotto l'azione dell’urto, non abbandonano quindi l’atomo, ma saltano su orbite più lontane (di maggiore energia) per ritornare in un tempo infinitamente piccolo nelle loro posizioni di equilibrio stabile, emettendo dei fotoni o quanti di luce e cioè restituendo l’energia acquistata sotto forma di radiazioni elettromagnetiche di una determinata frequenza (colore) a seconda del gas contenuto nel tubo.

Il neon, ad esempio, dà un colore rosso arancione, l’argon un azzurro chiaro, il vapore di mercurio un azzurro verdastro, l’azoto dà un colore giallo, ecc.
Quando il gas in cui avviene la scarica è alla pressione atmosferica, la scintilla si manifesta con una sottile striscia luminosa che va da un elettrodo all’altro seguendo diversi percorsi leggermente tortuosi ed è accompagnata da un caratteristico scoppiettio.
Riducendo la pressione, la scarica diventa silenziosa e la striscia luminosa si allarga. Per ogni gas si può realizzare il giusto grado di rarefazione che permette alla maggior parte degli ioni in movimento di trasformare l’energia d’urto in energia luminosa.
Con le radiazioni luminose i gas emettono, a seconda della loro natura, anche radiazioni infrarosse (di frequenza inferiore a quella della luce) e ultraviolette (di frequenza maggiore di quella della luce). Su questo fenomeno è basato il funzionamento dei tubi luminescenti e dei tubi fluorescenti.

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