Llum fluorescent i principi de funcionament de la llum fluorescent
Què és una Llum Fluorescent?
Una llum fluorescent és una llum de baix pes de vapor de mercuri que utilitza la fluorescència per produir llum visible. Un corrent elèctric en el gas energitza el vapor de mercuri, que produeix radiació ultraviolada a través del procés de descàrrega, i aquesta radiació ultraviolada provoca que la cobertura de fòsfor de la paret interna de la llum radiï llum visible.
Una llum fluorescent ha convertit l'energia elèctrica en energia útil de llum de manera molt més eficient que les llums incandescentes. La viabilitat luminosa mitjana dels sistemes de llum fluorescent és de 50 a 100 lumens per watt, que és diverses vegades la eficiència de les llums incandescentes amb rendiment de llum equivalent.
Com funciona una Llum Fluorescent?
Abans d'explicar el principi de funcionament d'una llum fluorescent, primer mostrarem el circuit d'una llum fluorescent, en altres paraules, el circuit d'una llum tubular.
Aquí connectem un ballast, un interruptor i la alimentació en sèrie com es mostra. Després connectem la llum fluorescent i un iniciador a través d'aquesta.
Quan encenem l'alimentació, la tensió total arriba a la llum i també a l'iniciador a través del ballast. Però en aquest moment, no hi ha cap descàrrega, és a dir, no hi ha cap sortida de llum de la llum.
En aquesta tensió total, primer es estableix la descàrrega de brillantor a l'iniciador. Això és degut a que la distància entre els electrodos en la bombolla de neon de l'iniciador és molt menor que la de la llum fluorescent.
Després, el gas dins de l'iniciador es ionitza a causa d'aquesta tensió total i calenta la cinta bimetàlica. Això fa que la cinta bimetàlica es corbi i connecti al contacte fix. Ara, el corrent comença a fluir a través de l'iniciador. Tot i que el potencial d'ionització del neon és més gran que el de l'argon, encara, a causa de la petita distància entre els electrodos, apareix un gradient de tensió elevat en la bombolla de neon i, per tant, la descàrrega de brillantor s'inicia primer a l'iniciador.
Tan aviat com el corrent comença a fluir a través dels contactes tocats de la bombolla de neon de l'iniciador, la tensió a través de la bombolla de neon disminueix ja que el corrent provoca un descens de tensió a través de l'inductor (ballast). Amb una tensió reduïda o nul·la a través de la bombolla de neon de l'iniciador, no hi haurà més descàrrega de gas i, per tant, la cinta bimetàlica es refreda i es separa del contacte fix. En el moment de la separació dels contactes en la bombolla de neon de l'iniciador, el corrent s'interrumpeix, i, per tant, en aquest moment, apareix un gran pic de tensió a través de l'inductor (ballast).
Aquesta alçada de tensió de gran valor arriba als electrodos de la llum fluorescent (llum tubular) i impacta la barreja de penning (barreja de gas d'argon i vapor de mercuri).
El procés de descàrrega de gas s'inicia i continua, i, per tant, el corrent torna a tenir un camí per fluir a través de la tub de la llum fluorescent (llum tubular) mateixa. Durant la descàrrega de la barreja de penning, la resistència oferida pel gas és menor que la resistència de l'iniciador.
La descàrrega del mercuri àtoms produeix radiació ultraviolada, que, a la seva vegada, excita la cobertura de pols de fòsfor per radiar llum visible.
L'iniciador queda inactiu durant el brillantor de la llum fluorescent (llum tubular) perquè no passa cap corrent a través de l'iniciador en aquesta condició.
Física detràs de la Llum Fluorescent
Quan es aplica una tensió suficientment alta a través dels electrodos, es crea un fort camp elèctric. Una petita quantitat de corrent a través dels filaments dels electrodos escalfa la bobina del filament. Com que el filament està revestit d'òxid, es produeix una quantitat suficient d'electrons, i aquests s'acceleren des de l'electrodo negatiu o catòd cap a l'electrodo positiu o ànodi a causa d'aquest fort camp elèctric. Durante el moviment dels electrons lliures, es estableix el procés de descàrrega.
El procés bàsic de descàrrega segueix sempre tres passos:
Els electrons lliures provenen dels electrodos, i s'acceleren pel camp elèctric aplicat.
L'energia cinètica dels electrons lliures es converteix en l'energia d'excitació dels àtoms de gas.
L'energia d'excitació dels àtoms de gas es converteix en radiació.
En el procés de descàrrega, es produeix una única línia espectral ultraviolada de 253,7 nm a una pressió baixa de vapor de mercuri. Per generar raigs ultraviolats de 253,7 nm, la temperatura de la bombolla es manté entre 105 i 115oC.
La relació longitud/diametre de la tub ha de ser tal que es produeixi una pèrdua de vatge fixa als dos extrems. On aquesta pèrdua de vatge o brillantor dels electrodos es produeix es diu regió de caiguda del catòd i de l'ànodi. Aquesta pèrdua de vatge és molt petita.
Els catòds han de estar revestits d'òxid. Els catòds calents proporcionen una abundància d'electrons lliures. Els catòds calents, és a dir, aquells electrodos que s'escalfen per la circulació de corrent, i aquesta corrent de circulació es proporciona per un estrangulador o dispositiu de control. Algunes llums tenen catòds fredos també. Els catòds fredos tenen una àrea efectiva més gran i una tensió més elevada, com ara 11 kV, s'aplica a través d'ells per obtenir ions. El gas comença a descarregar-se a causa d'aquesta aplicació de tensió elevada. Però a 100 a 200 V, el brillantor del catòd es separa del catòd, això es diu caiguda del catòd. Això proporciona una gran oferta d'ions que s'acceleren cap a l'ànodi per produir electrons secundaris a l'impacte, que a la seva vegada produeixen més ions. Però la caiguda del catòd en la descàrrega del catòd calent és només de 10 V.
Història i Invenció de la Llum Fluorescent
El 1852, Sir George Stokes havia descobert la transformació de la radiació ultraviolada en radiació visible.
D'aquesta època fins a 1920, es van realitzar diversos tipus d'experiments per desenvolupar descàrregues elèctriques de baixa i alta pressió en vapor de mercuri i sodi. Però tots aquests circuits desenvolupats eren ineficients per transformar la radiació ultraviolada en radiació visible. Això era perquè; els electrodos no podien emitir suficients electrons per establir el fenomen de descàrrega d'arc. A més, molts dels electrons col·lidian amb els àtoms de gas d'una manera elàstica. Per tant, l'excitació no creava una línia espectral per ser utilitzada. Però es va fer molt poc treball en les llums fluorescentes.
Però a la dècada del 1920, es va produir un gran avanç. Es va descobrir que la barreja de vapor de mercuri i gas inert a baixa pressió és el 60% eficient per convertir la potència d'entrada elèctrica en una sola línia espectral a 253,7 nm.
La radiació ultraviolada es converteix en raigs de llum visibles utilitzant material fluorescent adequat dins de la llum. A partir d'aquesta època, la llum fluorescent va començar a ser introduïda en la vida quotidiana de la gent.Més tard, el Dr. W. L. Enfield, el 1934, va rebre un informe del Dr. A. H. Crompton sobre l'ús de llums revestides de fluorescent. Immmediatament, Enfield va crear un equip de recerca i va començar a crear llums fluorescentes comercials. El 1935, el seu equip va produir un prototip de llum fluorescent verda que tenia una eficiència d'aproximadament el 60%.
Després de dos anys i mig, les llums fluorescentes van ser introduïdes en blanc i sis altres colors al mercat. Es fan servir diverses barrejes de pols de fòsfor per produir diversos colors de les llums fluorescentes. La primera llum va ser introduïda amb 15, 20 i 30 W en longituds de 18 polzades, 25 polzades i 36 polzades.
Poc després, la llum T12 de 40 W i 4 peus va ser introduïda i utilitzada ampliament en l'enllumenat d'oficines, escola i indústria. Les primeres llums donaven una llum lleugerament grogassa a 3500K. Més endavant, es van desenvolupar llums de dia de 6500K d'una manera que produeixen una llum que simula la llum mitjana del cel del nord en un cel encapotat.
Generalment, les llums de 4 peus, amb 1,5 polzades de diàmetre, 40 W, estaven disponibles al mercat el
