لمبة الفلورسنت ومبدأ عمل لمبة الفلورسنت
ما هي مصباح الفلوريسنت؟
مصباح الفلوريسنت هو مصباح بخار الزئبق خفيف الوزن يستخدم الانبعاث الضوئي لإنتاج ضوء مرئي. يُنشِّط التيار الكهربائي في الغاز بخار الزئبق الذي ينتج إشعاعًا فوق بنفسجيًا عبر عملية الإشعاع، ويؤدي هذا الإشعاع فوق البنفسجي إلى إشعاع طلاء الفوسفور على جدار المصباح الضوء المرئي.
قد تمكن مصباح الفلوريسنت من تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ضوئية فعالة بشكل أكبر بكثير من المصابيح المتوهجة. والكفاءة الضوئية النموذجية لأنظمة الإضاءة الفلوريسنت تتراوح بين 50 إلى 100 لومين لكل واط، وهي عدة مرات أكثر كفاءة من المصابيح المتوهجة ذات الإنتاج الضوئي المماثل.
كيف يعمل مصباح الفلوريسنت؟
قبل الخوض في مبدأ عمل مصباح الفلوريسنت، سنقوم أولاً بعرض دارة مصباح الفلوريسنت أو ما يعرف بدارة أنبوب الضوء.
نقوم بتوصيل ممانع (بالست) واحد ومفتاح واحد وتكون التغذية متسلسلة كما هو موضح. ثم نقوم بتوصيل أنبوب الفلوريسنت والمفتاح العاكس عبره.
عند تشغيل التغذية، يأتي الجهد الكامل عبر المصباح وكذلك عبر المفتاح العاكس عبر الممانع. ولكن في تلك اللحظة، لا يحدث أي تفريغ، أي لا يوجد إنتاج ضوئي من المصباح.
في تلك اللحظة، يتم إنشاء التفريغ الضوئي أولاً في المفتاح العاكس. وذلك لأن المسافة بين الأقطاب في مصباح النيون داخل المفتاح العاكس أقل بكثير من تلك الموجودة في مصباح الفلوريسنت.
ثم يتم تأيين الغاز داخل المفتاح العاكس بسبب هذا الجهد الكامل ويتم تسخين الشريط ثنائي المعدن. مما يتسبب في انحناء الشريط ثنائي المعدن للاتصال بالاتصال الثابت. الآن، يبدأ التيار في التدفق عبر المفتاح العاكس. رغم أن إمكانية التأيين للنيون أعلى من الأرغون، إلا أن الفجوة الصغيرة بين الأقطاب تجعل ظهور الجهد العالي في مصباح النيون وبالتالي بدء التفريغ الضوئي أولاً في المفتاح العاكس.
بمجرد بدء تدفق التيار عبر الاتصالات الملامسة لمصباح النيون في المفتاح العاكس، ينخفض الجهد عبر مصباح النيون لأن التيار يسبب انخفاض الجهد عبر المانع (بالست). عند انخفاض الجهد أو عدم وجود جهد عبر مصباح النيون في المفتاح العاكس، لن يحدث المزيد من التفريغ الغازي وبالتالي يبرد الشريط ثنائي المعدن ويقطع الاتصال الثابت. عند قطع الاتصالات في مصباح النيون للمفتاح العاكس، يتم تعطيل التيار، ومن ثم يحدث ارتفاع كبير في الجهد عبر المانع (بالست).
يأتي هذا الجهد العالي عبر أقطاب مصباح الفلوريسنت (أنبوب الضوء) ويضرب مزيج البينينج (مزيج غاز الأرغون وبخار الزئبق).
تبدأ عملية التفريغ الغازي وتستمر وبالتالي يعود التيار ليتدفق عبر أنبوب مصباح الفلوريسنت (أنبوب الضوء) نفسه. أثناء تفريغ مزيج الغاز البينينج، فإن المقاومة التي يقدمها الغاز أقل من المقاومة للمفتاح العاكس.
تفريغ الزئبق الذرات ينتج إشعاعًا فوق بنفسجيًا والذي بدوره يثير مسحوق الفوسفور لتشع ضوءًا مرئيًا.
يصبح المفتاح العاكس غير نشط أثناء إضاءة مصباح الفلوريسنت (أنبوب الضوء) لأنه لا يمر به تيار في تلك الحالة.
الفيزياء خلف مصباح الفلوريسنت
عند تطبيق جهد كهربائي عالٍ بما فيه الكفاية عبر الأقطاب، يتم إنشاء حقل كهربائي قوي. يسخن تيار صغير عبر أسلاك الأقطاب السلكية. بما أن الأسلاك مطلية بالأكسيد، يتم إنتاج كمية كافية من الإلكترونات، والتي تندفع من القطب السالب أو الكاثود إلى القطب الموجب أو الأنود بسبب هذا الحقل الكهربائي القوي. أثناء حركة الإلكترونات الحرة، يتم إنشاء عملية التفريغ.
تتبع عملية التفريغ الأساسية دائمًا ثلاث خطوات:
يتم استخراج الإلكترونات الحرة من الأقطاب، ويتم تسريعها بواسطة الحقل الكهربائي المطبق.
يتم تحويل طاقة حركة الإلكترونات الحرة إلى طاقة تثبيت ذرات الغاز.
يتم تحويل طاقة تثبيت ذرات الغاز إلى الإشعاع.
في عملية التفريغ، يتم إنتاج خط طيفي واحد فوق بنفسجي بطول موجي 253.7 نانومتر تحت ضغط منخفض من بخار الزئبق. لتكوين شعاع فوق بنفسجي بطول موجي 253.7 نانومتر، يتم الحفاظ على درجة حرارة المصباح بين 105 إلى 115°س.
يجب أن يكون نسبة الطول إلى القطر لأنبوب المصباح بحيث يحدث فقدان قدر ثابت بوحدات الواط في كلا الطرفين. حيث يحدث هذا فقدان القدرة أو إضاءة الأقطاب يُعرف بمنطقة سقوط الكاثود والأناود. هذا فقدان القدرة صغير جدًا.
مرة أخرى، يجب أن تكون الأقطاب مطلية بالأكسيد. يوفر الكاثود الساخن وفرة من الإلكترونات الحرة. الكاثود الساخن يعني الأقطاب التي يتم تسخينها بواسطة التيار الدائري، وهذا التيار الدائري يتم توفيره بواسطة الممانع أو معدات التحكم. بعض المصابيح لديها كاثود بارد أيضًا. الكاثود البارد له مساحة فعالة أكبر وجهد أعلى مثل 11 كيلوفولت يتم تطبيقه عليها للحصول على أيونات. يبدأ الغاز في التفريغ بسبب تطبيق هذا الجهد العالي. ولكن عند 100 إلى 200 فولت، يفصل توهج الكاثود عن الكاثود، وهذا يُسمى سقوط الكاثود. هذا يوفر كمية كبيرة من الأيونات التي يتم تسريعها إلى الأنود لإنتاج إلكترونات ثانوية عند الاصطدام والتي بدورها تنتج المزيد من الأيونات. ولكن سقوط الكاثود في التفريغ الساخن يكون فقط عند 10 فولت.
تاريخ وإختراع مصباح الفلوريسنت
في عام 1852، اكتشف السير جورج ستوكس تحويل الإشعاع فوق البنفسجي إلى إشعاع مرئي.
منذ ذلك الوقت وحتى عام 1920، تم إجراء العديد من التجارب لتطوير التفريغات الكهربائية المنخفضة والعالية الضغط في بخار الزئبق والصوديوم. لكن جميع الدارات التي تم تطويرها كانت غير فعالة في تحويل الإشعاع فوق البنفسجي إلى الإشعاع المرئي. وكان السبب في ذلك أن الأقطاب لم تستطع إصدار إلكترونات كافية لتأسيس ظاهرة القوس الكهربائي. مرة أخرى، اصطدمت العديد من الإلكترونات الذرات الغازية بطريقة مرنة. لذلك، لم تحدث التثبيت لإنشاء خطوط طيفية يمكن استخدامها. ولكن تم القيام بعمل قليل جدًا على مصابيح الفلوريسنت.
ولكن في العشرينات من القرن العشرين، حدث اختراق رئيسي. تم اكتشاف أن مزيج بخار الزئبق والغاز غير النشط تحت ضغط منخفض هو فعال بنسبة 60% لتحويل الطاقة الكهربائية المدخلة إلى خط طيفي واحد بطول موجي 253.7 نانومتر.
يتم تحويل الإشعاع فوق البنفسجي إلى أشعة ضوء مرئية باستخدام المادة الفلورية المناسبة داخل المصباح. منذ ذلك الوقت، تم تنفيذ مصباح الفلوريسنت ليتم تقديمه في الحياة اليومية للناس.لاحقًا، في عام 1934، تلقى الدكتور و. إل. إنفيلد تقريرًا من الدكتور أ. إتش. كرومبتون حول استخدام مصباح مطلي بمواد فلورية. فورًا، تم تشكيل فريق بحثي بإدارة إنفيلد وبدأ في إنشاء مصباح فلوري تجاري. في عام 1935، أنتج فريقهم نموذجًا أوليًا لمصباح فلوري أخضر كان فعاليته حوالي 60%.
بعد عامين ونصف تقريبًا، تم تقديم مصابيح الفلوريسنت بلون أبيض وستة ألوان أخرى في السوق. يتم استخدام مزيج مختلف من مسحوق الفوسفور لإنتاج ألوان مختلفة من مصابيح الفلوريسنت. تم تقديم المصباح الأول بقوة 15 و 20 و 30 واط وبأطوال 18 و 25 و 36 بوصة.
بعد فترة قصيرة، تم تقديم مصباح T12 بقوة 40 واط وأربع أقدام واستخدم على نطاق واسع في الإضاءة المكتبية والمدرسية والصناعية. كانت المصابيح الأولى تنتج ضوءًا مائلًا للأصفر بدرجة حرارة 3500K. لاحقًا، تم تطوير مصابيح ضوء النهار بدرجة حرارة 6500K بطريقة تنتج ضوءًا يحاكي ضوء السماء الشمالية المتوسطة في يوم غائم.
عادةً، كانت المصابيح بطول أربع أقدام وبقطر 1.5 بوصة وبقوة 40 واط متاحة في السوق في عام 1940. ولكن تدريجيًا، تم تغيير التصميم لتحسين استخدامه. تم تغيير الجزء المسؤول عن التفريغ في المصابيح. ولكن لا يزال الأرغون مستخدمًا رغم أن الضغط أقل قليلاً من الضغط السابق. يتم الحفاظ على بخار الزئبق عند نفس الضغط السابق. يحتاج هذا المصباح إلى 425 ميلي أمبير مع انخفاض جهد بين 100 إلى 105 فولت.
بيان: احترم الأصلي، المقالات الجيدة تستحق المشاركة، إذا كان هناك انتهاك لحقوق الملكية الفكرية يرجى التواصل للحذف.
