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霓虹灯之所以能发出五彩缤纷的光，与灯泡中的惰性气体有关，这些气体是氦、氖、氩、氪、氙，它们的分子在高电压的作用下会发生游离，从而发出各种颜色的光。
霓虹灯是一种低气压冷阴极辉光放电发光的光源。通过气体放电使电能转换为五光十色的光谱线，气体放电是霓虹灯工作的基本过程。
日常生活中我们经常会看到一些气体放电发光的现象：下雨时的闪电、电焊时的弧光、无轨电车双导线脱轨的瞬间打火等，这些都是气体放电现象。
通常情况下，气体是良好的绝缘体，不能传导电流。但是，在强电场、光辐射、粒子轰击和高温加热等条件下，气体分子会发生电离，产生出可以自由移动的带电粒子，并在电场作用下形成电流，使绝缘的气体成为良好的导体。这种电流通过气体的现象就被称为气体放电过程。
为了研究气体放电发光的现象，我们可将一根两端装有电极的玻璃管抽成真空，并充入不同的惰性气体，当两电极间施加一定电压时，玻璃管就会发出五颜六色的光。
现代的商品霓虹灯已基本定型生产，共分三种类型：纯氖型，发红色的光；氖汞型，发蓝色光；充氩汞并在管壁内涂荧光粉，这种灯管可用不同荧光粉做成多种颜色。在通电的情况下，霓虹灯管就会发出五颜六色的光来。
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