Fluorescent Lamp og arbejdsmåde af fluorescent lamp

Hvad er en fluorescerende pære?

En fluorescerende pære er en let kviksølv damp lampe, der bruger fluorescence til at frembringe synligt lys. En elektrisk strøm i gassen aktiverer kviksølv damp, som producerer ultraviolet stråling gennem udløsningsprocessen, og denne ultraviolette stråling får fosforbelægningen på lampens indre væg til at stråle synligt lys.

En fluorescerende pære har konverteret elektrisk energi til nyttig lysenergi langt mere effektivt end glødende pærer. Den normale lysvirksomhed for fluorescerende belysningsanlæg er 50 til 100 lumen per watt, hvilket er flere gange effektiviteten af glødende pærer med samme lysudbytte.

Hvordan fungerer en fluorescerende pære?

Inden vi går igang med arbejdsmetoden for en fluorescerende pære, vil vi først vise kredsløbet for en fluorescerende pære, altså kredsløbet for rørlyset.

Her forbinder vi en ballast, og et kryds, og strømforsyningen er serieled som vist. Derefter forbinder vi det fluorescerende rør og en starter tværs over det.

• Når vi tænder strømmen, kommer fuld spænding over lampen og også over starteren gennem ballasten. Men i det øjeblik sker der ingen udløsning, dvs. ingen lysoutput fra lampen.

• I det øjeblik opbygges først glødudløsningen i starteren. Dette skyldes, at elektrodernes afstand i neonlampen i starteren er meget mindre end den i fluorescerende lampe.

• Så ioniseres gassen i starteren på grund af denne fulde spænding, og varmer den tometalliske stripe. Dette får tometalliske stripen til at bøje sig og tilslutte den faste kontakt. Nu begynder strømmen at flyde gennem starteren. Selvom ioniseringens potentiale for neon er højere end for argon, men på grund af den lille elektrodeafstand, optræder en høj spændingsgradient i neonlampen, og derfor begynder glødudløsningen først i starteren.

• Så snart strømmen begynder at flyde gennem de berørte kontakter i neonlampen i starteren, bliver spændingen over neonlampen reduceret, da strømmen forårsager en spændningsfald over induktor (ballast). Ved reduceret eller ingen spænding over neonlampen i starteren, sker der ikke mere gasudløsning, og derfor køles tometalliske stripen ned og bryder sig fra den faste kontakt. I det øjeblik, hvor kontakterne i neonlampen i starteren brydes, bliver strømmen afbrudt, og derfor optræder i det øjeblik en stor spændningsstigning over induktoren (ballast).
  

• Denne høje stigning i spændingen kommer over elektroderne i fluorescerende lampe (rørlys) og rammer penningsblandingen (blanding af argongas og kviksølv damp).

• Gasudløsningens proces begynder og fortsætter, og derfor får strømmen igen en vej til at flyde gennem selve fluorescerende lamperøret (rørlys). Under udstrømning af penningsgasblandingen er modstanden, som gassen tilbyder, lavere end modstanden af starteren.

• Udløsningen af kviksølv atomer producerer ultraviolett stråling, som i sin tur stimulerer fosfor pulverbelægningen til at stråle synligt lys.

• Starteren bliver inaktiv under lyserheden af fluorescerende lampe (rørlys), da ingen strøm passerer gennem starteren i den situation.

Fysik bag fluorescerende pære

Når en tilstrækkeligt høj spænding anvendes over elektroderne, oprettes et stærkt elektrisk felt. En lille mængde strøm gennem elektrodernes filamenter varmer op filamentspiralen. Da filamentet er oksidbelagt, produceres en tilstrækkelig mængde elektroner, og de skynder sig fra den negative elektrode eller katode til den positive elektrode eller anode på grund af dette stærke elektriske felt. Under bevægelsen af frie elektroner, bliver udløsningens proces oprettet.

Den grundlæggende udløsningsproces følger altid tre trin:

1. Fri elektroner hentes fra elektroderne, og de bliver accelereret af det anvendte elektriske felt.

2. Kinetisk energi af de frie elektroner omdannes til gasatomernes exciteringsenergi.

3. Exciteringsenergien af gasatomerne omdannes til stråling.

I udløsningsprocessen produceres en enkelt ultraviolett spektrallinje på 253,7 nm ved lav kviksølv damptryk. For at generere 253,7 nm ultraviolett stråling holdes lampens temperatur mellem 105 til 115oC.
Længden til diameterforholdet af røret skal være sådan, at en fast wattage tab forekommer i begge ender. Hvor dette wattage tab eller glød af elektroder forekommer, kaldes det katode- og anodefaldsområde. Dette wattage tab er meget småt.
Igen skal katoderne være oksidbelagt. Varm katode giver en overflod af frie elektroner. Varme katoder betyder de elektroder, der opvarmes ved cirkulerende strøm, og denne cirkulerende strøm leveres af kilding eller styring. Nogle lamper har også kolde katoder. Kolde katoder har en større effektiv areal og højere spænding som 11 kv anvendes på dem for at få ioner. Gas begynder at udløses på grund af denne høje spændingsanvendelse. Men ved 100 til 200 V adskilles katodegløden fra katoden, det kaldes katodefald. Dette giver en stor forsyning af ioner, der accelereres til anoden for at producere sekundære elektroner på påvirkning, hvilket i sin tur producerer flere ioner. Men katodefald i varm katodeudløsning er kun ved 10 V.

Historie & Opfindelse af fluorescerende pære

• I 1852 havde Sir George Stokes opdaget transformationen af ultraviolett stråling til synlig stråling.

• Fra denne tid til 1920 blev forskellige typer eksperimenter udført for at udvikle lav- og højtryks elektriske udløsninger i kviksølv- og natriumdamp. Men alle de udviklede kredsløb var ineffektive til at transformere ultraviolett stråling til synlig stråling. Det var fordi, at elektroderne ikke kunne udsende tilstrækkeligt mange elektroner til at etablere buede udløsningsfænomener. Igen kolliderede mange af elektronene med gasatomerne, og det var elastisk. Så excitationsprocessen skabte ikke spektrallinjer, der kunne udnyttes. Men meget lidt arbejde blev gjort på fluorescerende lamper.

• Men i 1920'erne skete en stor gennembrud. Det blev opdaget, at blandingen af kviksølv damp og inert gas ved lavt tryk er 60% effektiv til at konvertere den elektriske inputkraft til en enkelt spektrallinje på 253,7 nm.
  Ultraviolett stråling konverteres til synlige lysstråler ved hjælp af passende fluorescerende materiale inde i lampen. Fra denne tid blev fluorescerende lamper indført i folks daglige liv.

• Senere modtog Dr. W. L. Enfield i 1934 en rapport fra Dr. A. H. Crompton om brugen af fluorescerende belagt lampe. Straks oprettede Enfield en forskergruppe og begyndte at skabe kommercialiseret fluorescerende lampe. I 1935 havde deres gruppe produceret en prototyp grøn fluorescerende lampe, der havde en effektivitet på ca. 60%.

• To og en halv år senere blev fluorescerende lamper introduceret i hvid og seks andre farver på markedet. Forskellige blandinger af fosfor pulver bruges til at producere forskellige farver fra fluorescerende lamper. Den første lampe blev introduceret med 15, 20 og 30 W i længder på 18 tomme, 25 tomme og 36 tomme.

• Snart efter blev 40 W T12, 4-fods lampe introduceret og bredt anvendt i kontor, skole, industri belysning. De tidlige lamper gav noget gulnet lys på 3500K. Senere blev 6500K dagslyslamper udviklet på en måde, så de producerer et lys, der simulerer et gennemsnitligt nordligt himmellys på en overskyet himmel.

• Generelt var 4-fods lamper, med 1,5 tomme i diameter, 40 W tilgængelige på markedet i 1940. Men gradvist ændrede designet sig for bedre udnyttelse. I bueudløsningsdelen af lamperne blev der ændret. Men argon anvendes stadig, selvom trykket er noget lavere end det tidligere tryk. Kviksølv dampen beholdes ved samme tryk som tidligere. Denne lampe kræver 425 mA med 100 til 105 V spænd