Lámpada fluorescente e principio de funcionamento da lámpada fluorescente

Que é unha lámpara fluorescente?

Unha lámpara fluorescente é unha lámpara de vapor de mercúrio de baixo peso que usa a fluorescencia para emitir luz visible. Unha corrente eléctrica no gas energiza o vapor de mercúrio, que emite radiación ultravioleta a través do proceso de descarga, e esta radiación ultravioleta fai que a cobertura fosforescente da parede interior da lámpara emita luz visible.

A lámpara fluorescente converte a enerxía eléctrica en enerxía luminosa de xeito significativamente máis eficiente que as lámparas incandescentes. A eficacia lumínica media dos sistemas de iluminación fluorescente é de 50 a 100 lúmens por vatio, que é varias veces a eficacia das lámparas incandescentes con igual rendemento de luz.

Como funciona unha lámpara fluorescente?

Antes de pasar polo principio de funcionamento dunha lámpara fluorescente, mostraremos primeiro o circuito dunha lámpara fluorescente, ou sexa, o circuito dunha lámpara tubular.

Aquí conectamos un balastro, un interruptor e a alimentación en serie como se mostra. Despois conectamos a lámpara fluorescente e un iniciador a través dela.

• Cando activamos a alimentación, a tensión completa aparece a través da lámpara e tamén a través do iniciador a través do balastro. Pero nese momento, non se produce ningunha descarga, é dicir, non hai saída de lúmens da lámpara.

• Nesa tensión completa, primeiro estabelecese a descarga de brillo no iniciador. Isto é porque a separación entre os electrodos na lámpara de neon do iniciador é moito menor que a da lámpara fluorescente.

• Despois, o gas dentro do iniciador ionízase debido a esta tensión completa e calenta a tira bimetálica. Iso provoca que a tira bimetálica se curve para conectar co contacto fixo. Agora, a corrente comeza a fluir a través do iniciador. Aínda que o potencial de ionización do neon sexa maior que o do argón, debido á pequena separación entre os electrodos, aparece un gradiente de alta tensión na lámpara de neon e, polo tanto, a descarga de brillo comeza primeiro no iniciador.

• Tan pronto como a corrente comeza a fluir a través dos contactos tocados da lámpara de neon do iniciador, a tensión a través da lámpara de neon diminúe, xa que a corrente causa un caida de tensión a través do indutor(balastro). Sen tensión ou cunha tensión reducida a través da lámpara de neon do iniciador, non se producirá máis descarga de gas e, polo tanto, a tira bimetálica se enfría e se separa do contacto fixo. No momento en que se rompen os contactos na lámpara de neon do iniciador, a corrente se interrompe, e polo tanto, nese momento, aparece un gran pico de tensión a través do inductor (balastro).

  

• Este alto valor de pico de tensión aparece a través dos electrodos da lámpara fluorescente (lámpara tubular) e atinge a mezcla de penning (mezcla de gas argón e vapor de mercúrio).

• O proceso de descarga de gas comeza e continua, e polo tanto, a corrente volve a ter un camiño para fluir a través da propia lámpara fluorescente (lámpara tubular). Durante a descarga da mezcla de gases de penning, a resistencia ofrecida polo gas é menor que a resistencia do iniciador.

• A descarga de átomos de mercúrio átomos produce radiación ultravioleta, que a súa vez excita a cobertura de polvo fosforescente para emitir luz visible.

• O iniciador queda inactivo durante a emisión de luz da lámpara fluorescente (lámpara tubular) porque non pasa corrente a través do iniciador nesa condición.

Física detrás da lámpara fluorescente

Cando se aplica unha tensión suficientemente alta a través dos electrodos, estabeleceuse un forte campo eléctrico. Unha pequena cantidade de corrente a través dos filamentos dos electrodos calenta o filamento. Como o filamento está recuberto de óxido, prodúcese unha cantidade suficiente de electróns, e estes se desprazan desde o electrodo negativo ou catodo ao electrodo positivo ou ánodo debido a este forte campo eléctrico. Durante o movemento dos electróns libres, estabeleceuse o proceso de descarga.

O proceso básico de descarga sempre segue tres pasos:

1. Os electróns libres derivan dos electrodos e son acelerados polo campo eléctrico aplicado.

2. A enerxía cinética dos electróns libres convértese na enerxía de excitación dos átomos de gas.

3. A enerxía de excitación dos átomos de gas convértese na radiación.

No proceso de descarga, xérase unha única liña espectral ultravioleta de 253,7 nm a unha baixa presión de vapor de mercúrio. Para xerar o raio ultravioleta de 253,7 nm, a temperatura da bombilla mantiñese entre 105 e 115ºC. A relación lonxitude-diámetro da tubo debe ser tal que se produza unha perda de vatios fixa nas dúas extremidades. O lugar onde se producen estas perdas de vatios ou brilho dos electrodos chámase rexión de caída de catodo e ánodo. Esta perda de vatios é moi pequena. Novamente, os catodos deben estar recubertos de óxido. O catodo quente proporciona unha abundancia de electróns libres. Os catodos quentes, isto é, aqueles electrodos que se calentan mediante a circulación de corrente, e esta corrente de circulación é fornecida polo estrangulador ou equipo de control. Algúns tipos de lámpanas teñen catodos fríos tamén. Os catodos fríos teñen unha área efectiva maior e unha tensión máis alta, como 11 kV, que se aplica a través dellos para obter ions. O gas comeza a descargarse debido a esta aplicación de alta tensión. Pero a 100 a 200 V, o brilho do catodo separase do catodo, chamándose caída do catodo. Isto proporciona unha gran cantidade de ions que son acelerados ao ánodo para producir electróns secundarios ao impacto, que a súa vez producen máis ions. Pero a caída do catodo na descarga de catodo quente é só a 10 V.

História e invención da lámpara fluorescente

• En 1852, Sir George Stokes descubriu a transformación da radiación ultravioleta en radiación visible.

• Desde ese momento ata 1920, realizáronse varios experimentos para desenvolver descargas eléctricas de baixa e alta presión no vapor de mercúrio e sodio. Pero todos os circuitos desenvolvidos eran ineficientes para transformar o raio ultravioleta no raio visible. Isto ocorria porque os electrodos non podían emitir electróns suficientes para establecer o fenómeno de descarga de arco. Ademais, moitos dos electróns colisionaban con os átomos de gas de forma elástica, polo que a excitación non creaba liñas espectrais para ser utilizadas. Pero moi pouco traballo foi feito sobre as lámpanas fluorescentes.

• Pero nos anos 1920, ocorreu un avance importante. Descubriuse que a mezcla de vapor de mercúrio e gas inerte a baixa presión é 60% eficiente para converter a potencia eléctrica de entrada nunha única liña espectral a 253,7 nm. O raio ultravioleta convértese en raios visibles utilizando un material fluorescente adecuado dentro da lámpara. A partir deste momento, a lámpara fluorescente comezou a introducirse na vida diaria das persoas.

• Máis tarde, en 1934, Dr. W. L. Enfield recibiu un informe do Dr. A. H. Crompton sobre o uso de lámpanas recubertas de fluorescente. Inmediatamente, Enfield creou un equipo de investigación e comezou a crear a lámpara fluorescente comercial. En 1935, o seu equipo produciu un prototipo de lámpana fluorescente verde que tiña unha eficiencia de aproximadamente 60%.

• Dous anos e medio despois, as lámpanas fluorescentes foron introducidas en branco e seis outras cores no mercado. Utilízanse varias mezclas de polvo fosforescente para producir diferentes cores nas lámpanas fluorescentes. A primeira lámpana foi introducida con 15, 20 e 30 W en lonxitudes de 18 polgadas, 25 polgadas e 36 polgadas.

• Logo, a lámpana T12 de 40 W, de 4 pés, foi introducida e usada amplamente na iluminación de oficinas, escolas e industrias. As lámpanas iniciais emitían unha luz algo amarela a 3500K. Posteriormente, desenvolvéronse lámpanas de luz diurna de 6500K de xeito que producían unha luz para simular a luz media do ceo norte nun ceo nublado.

• Xeralmente, as lámpanas de 4 pés, con 1,5 polgadas de diámetro, 40 W, estaban dispoñibles no mercado en 1940. Pero gradualmente, o deseño cambiou para unha mellor utilización. Na parte de descarga de arco das lámpanas, houbo cambios. Pero aínda se utiliza argón, aínda que a presión sexa algo menor que a presión anterior. O vapor de mercúrio mantense a esa mesma presión como antes. Esta lámpana require 425 mA con 100 a 105 V caída de tensión.

Declaración: Respete o orixinal, artigos bons merecen compartirse, se hai algún incumprimento, póñase en contacto para eliminar.