Лампа с флуоресцентно осветление и принцип на действие на флуоресцентната лампа
Какво е флуоресцентна лампа?
Флуоресцентната лампа е лека лампа с пари на ртуть, която използва флуоресценция за да произведе видима светлина. Електрическият ток в газа активира парите на ртуть, които чрез процес на разрядяване произвеждат ултравиолетово облъчене, а то предизвиква фосфорното покритие на вътрешната стена на лампата да излъчва видима светлина.
Флуоресцентната лампа преобразува електрическата енергия в полезна светлинна енергия значително по-ефективно от жарови лампи. Средната светлинна ефективност на системите за флуоресцентно осветление е 50 до 100 люмени на ват, което е няколко пъти по-ефективно от жарови лампи с еквивалентен светлинен изход.
Как работи флуоресцентната лампа?
Преди да разгледаме принципа на действие на флуоресцентната лампа, ще представим схемата на флуоресцентната лампа, или с други думи, схемата на тубичната лампа.
Тук свързваме един баласт, един ключ и напрежението е серийно, както е показано. После свързваме флуоресцентната тръба и стартера през нея.
Когато включим напрежението, цялото напрежение се прилага към лампата, както и към стартера чрез баласта. Но в този момент не се случва никакъв разряд, т.е. лампата не излъчва светлина.
В този момент, при цялото напрежение, първо се установява разряд в стартера. Това се дължи на факта, че разстоянието между електродите в неоновата колба на стартера е много по-малко от това в флуоресцентната лампа.
След това газът в стартера се ионизира поради цялото напрежение и затопля двойния метален лентичен елемент. Това причинява лентичния елемент да се изкриви и да се свърже с фиксирания контакт. Сега, токът започва да протича през стартера. Въпреки че ионизационният потенциал на неона е по-висок от този на аргон, все пак, поради малкото разстояние между електродите, високо напрежение се появява в неоновата колба и следователно първо се започва разряд в стартера.
Щом токът започне да протича през контактираните части на неоновата колба на стартера, напрежението в неоновата колба намалява, тъй като токът причинява падане на напрежението в индуктора (баласт). При намалено или нулево напрежение в неоновата колба на стартера, няма повече газов разряд и двойният метален лентичен елемент се охлажда и се отдалечава от фиксирания контакт. Когато контактираните части в неоновата колба на стартера се разединят, токът се прекъсва и в този момент, силно напрежение се появява в индуктора (баласт).
Това високо напрежение се прилага към електродите на флуоресцентната лампа (тубична лампа) и ударява смес от газове (смес от аргон и пари на ртуть).
Процесът на газов разряд започва и продължава, и токът отново получава път за протичане през самата флуоресцентна лампа (тубична лампа). По време на разряда на смеса от газове, съпротивлението, предлагано от газа, е по-ниско от съпротивлението на стартера.
Разряда на парите на ртуть атоми произвежда ултравиолетово облъчене, което възбужда фосфорното покритие, за да излъчва видима светлина.
Стартерът се деактивира по време на светене на флуоресцентната лампа (тубична лампа), тъй като ток не преминава през стартера в това състояние.
Физика зад флуоресцентната лампа
Когато достатъчно високо напрежение се приложи към електродите, се установява силно електрическо поле. Малко количество ток, преминаващ през електродите, ги затопля. Тъй като електродите са покрити с оксид, се произвежда достатъчно количество електрони, които се движат от отрицателния електрод (катод) към положителния електрод (анод) под влияние на това силно електрическо поле. По време на движението на свободните електрони, процесът на разрядяване се установява.
Основният процес на разрядяване винаги следва три стъпки:
Свободните електрони се извличат от електродите и се ускоряват от приложено електрическо поле.
Кинетичната енергия на свободните електрони се преобразува в енергия на възбудените газови атоми.
Енергията на възбудените газови атоми се преобразува в облъчене.
В процеса на разрядяване, при ниско налягане на парите на ртуть, се произвежда един спектрален линейен ултравиолетов лъч с дължина 253,7 нм. За да се генерира ултравиолетов лъч с 253,7 нм, температурата на колбата се поддържа между 105 и 115°C. Соотношението между дължината и диаметъра на тръбата трябва да е такова, че фиксираната загуба на мощност да се случва на двете края. Местата, където тази загуба на мощност или светене на електродите се случва, се наричат области на падане на катода и анода. Тази загуба на мощност е много малка. Електродите трябва да са покрити с оксид. Горещият катод предоставя обилно количество свободни електрони. Горещите катоди, т.е. електродите, които се затоплят от циркулиращ ток, а този циркулиращ ток се предоставя от дросел или контролна апаратура. Някои лампи имат и студен катод. Студените катоди имат по-голяма ефективна площ и по-високо напрежение, като например 11 кV, се прилага към тях, за да се получи ионизация. Газът започва да се разряда при това високо напрежение. Но при 100 до 200 V, светенето на катода се отделя от катода, това се нарича падане на катода. Това предоставя обилно количество иони, които се ускоряват към анода, за да произведат вторични електрони при удара, които в своя ред произвеждат още иони. Но падането на катода при горещ катоден разряд е само при 10 V.
История и изобретяване на флуоресцентната лампа
През 1852 година сър Джордж Стокс откри трансформацията на ултравиолетовото облъчене в видима светлина.
От този момент до 1920 година се провеждаха различни експерименти, за да се разработят ниско- и високонапреженски електрически разряди в парите на ртуть и натрий. Но всички разработени схеми бяха неефективни за трансформацията на ултравиолетовото облъчене в видима светлина. Това се дължеше на факта, че електродите не можеха да излъчат достатъчно електрони, за да се установи дъга. Освен това, много от електроните се сблъскваха с атомите на газа и това беше еластично. Така че възбуждането не създаваше спектрална линия, която да бъде използвана. Но малко работа беше направена върху флуоресцентните лампи.
Но през 1920-те години, стана голям прорив. Беше открито, че смес от пари на ртуть и инертен газ при ниско налягане е 60% ефективна за преобразуване на електрическата входна мощност в един спектрален линейен ултравиолетов лъч с 253,7 нм. Ултравиолетовото облъчене се преобразува в видима светлина чрез използване на подходящ материал за флуоресценция във вътрешността на лампата. От този момент флуоресцентната лампа започна да се въвежда в ежедневния живот на хората.
