真空的「深度」能改變顏色！？高電壓下閃耀的真空管神秘世界
我是科學訓練師桑子研。每天都是實驗。
在一間漆黑的房間裡，玻璃管微微地發出光芒。藍色、粉紅色、橘色……光的變化就像極光一般絢麗。這既不是特殊照明，也不是電腦合成影像。這是一種會隨著「真空程度」而改變顏色的物理實驗。這次，我們將介紹在真空管中施加高電壓時所產生的奇妙發光現象，並一起了解它背後的原理。
真空管是做什麼用的？
你有聽過「真空管」這個詞嗎？它曾經是收音機、電視、電腦中不可或缺的電子元件，可以說是現代電晶體與IC晶片的「前身」。真空管的基本原理其實很簡單：把玻璃管內的空氣抽出，形成接近真空的狀態，並在其中放入電極讓電流通過。在真空中，電子不會與空氣分子頻繁碰撞，因此可以更精確地控制電流。
為什麼會因真空程度不同而改變顏色？
這次實驗中可以觀察到一個現象：在四支真空程度不同的管子中施加高電壓時，各自會發出不同顏色的光。請先觀看這段影片。
先來看看最左邊的放電管顏色。
第二支
第三支
第四支，看起來是白色的。
為什麼顏色會改變呢？關鍵在於管內殘留的氣體種類與數量。當加上電壓時，電極會釋放出高速電子。這些電子撞擊管內殘留的氣體分子，使分子能量上升（激發態）。之後當分子回到原來狀態時會釋放光，而不同氣體所放出的光波長（也就是顏色）各不相同。
在真空度較低（仍殘留較多空氣）的管子中，因為以氮氣與氧氣分子的發光為主，所以會呈現粉紅或橘色。隨著真空度提高，殘留氣體減少，光色會逐漸變為藍白色或接近紫外線的發光。當真空程度達到極高時，電子會撞擊玻璃管內壁並產生螢光（綠色光）。這就是所謂的「陰極射線」現象，也是陰極射線管（CRT）電視的基本原理。
換句話說，顏色的變化其實是在告訴我們：電子正在與什麼東西發生碰撞。
這是整個裝置的示意圖。
有一天親身體會到感應線圈的危險
在進行這個實驗時，發生了一件讓人難以忘記的事。當我一邊講解真空管一邊示範時，不小心碰到了感應線圈的電極。就在那一瞬間，幾乎失去意識。強烈的衝擊讓我整個人往後彈開，甚至蹲了下來。雖然過去在實驗中一直提醒「高電壓很危險」，但那一天是用自己的身體真正體會到觸電的可怕。
感應線圈看起來只是小小的裝置，但卻能產生數萬伏特以上的高電壓。在美麗發光的背後，其實隱藏著一旦操作不慎就非常危險的能量。觀察實驗時，務必要保持安全距離。
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