נורה פלואורסצנטית ועקרון הפעולה של נורה פלואורסצנטית
מהו נורת פלואורסצנט?
נורה פלואורסצנט היא נורה קלה משקל המשתמשת בפלואורסצנציה כדי להפיק אור נראה. זרם חשמלי בנוזל הגז מפעיל את הקיטור של המרקורי, המפיק קרינה על-סגול באמצעות תהליך הפליטה, וקרינה זו גורמת למשחה הפוספורית על הקירות הפנימיים של הנורה להפיץ אור נראה.
נורת פלואורסצנט מרתיחה אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור בצורה הרבה יותר יעילה מאשר נורות פלטיניות. יעילות ההארה הממוצעת של מערכות תאורה פלואורסצנטיות היא 50 עד 100 לומן לשעה, מה שהופך אותה כמה פעמים יותר יעילה מאלו של נורות פלטיניות עם תוצאה דומה של אור.
איך עובדת נורת פלואורסצנט?
לפני שנכנס לתיאור עקרון העבודה של נורת פלואורסצנט, נציג קודם כל את המעגל של נורת פלואורסצנט במילים אחרות - מעגל של נורת צינור.
כאן מחברים בלסט, ומחזיר אחד והספק הוא סידורי כפי שמוצג. אז מחברים את נורת הפלואורסצנט ואת הסטארטר מעליה.
כאשר מסירים את הספק, מתח מלא מגיע לנורה ולסטארטר דרך הבלסט. אבל ברגע זה, אין שחרור, כלומר, אין פליטת אור מהנורה.
באותו מתח מלא, תחילה מתבצע שחרור בהילוך בסטארטר. זה כי הפער בין האלקטרודות בבלוב הניאון של הסטארטר קטן בהרבה מאשר זה של נורת הפלואורסצנט.
אז הגז בתוך הסטארטר מתיון עקב מתח זה ומתחם את השטיח הבימטאלי. זה גורם לשטיח הבימטאלי להתפתל ולהתחבר למגע הקבוע. עכשיו, מתחיל זרם להתקדם דרך הסטארטר. למרות שהפוטנציאל של היוניון של הניאון גדול יותר מזה של הארגון, עדיין בגלל הפער הקטן בין האלקטרודות, מופיע מתח גבוה בבולב הניאון ולכן מתחיל שחרור בהילוך ראשונה בסטארטר.
מיד עם תחילת זרימת הזרם דרך המגעים המגעילים של בלוב הניאון של הסטארטר, המתח על בלוב הניאון מופחת מכיוון שהזרם גורם ל-ירידה במתח על-האינדקטור (בלסט). ללא מתח או מתח מופחת על בלוב הניאון של הסטארטר, אין עוד שחרור גזי, ולכן השטיח הבימטאלי מתקרר ונפרד מהמגע הקבוע. בזמן הפרדת המגעים בבלוב הניאון של הסטארטר, הזרם מתווך, ובשל כך, מתח גבוה מאוד מגיע על האינדקטור (בלסט).
מתח גבוה זה מגיע לאלקטרודות של נורת הפלואורסצנט (נורת צינור) ומגיע לערבוב פנינג (ערבוב של גז ארגון וקיטור מרקורי).
התהליך של שחרור הגז מתחיל וממשיך, ולכן הזרם שוב מקבל דרך להתקדם דרך נורת הפלואורסצנט עצמה. במהלך שחרור גז הערבוב, התנגדות שהגז מציג היא נמוכה יותר מתנגדות הסטארטר.
שחרור המרקורי מייצר קרינה על-סגולית אשר מציצה את המשחה הפוספורית כדי להפיץ אור נראה.
הסטארטר אינו פעיל בעת ההארה של נורת הפלואורסצנט (נורת צינור) מכיוון שאין זרם עובר דרך הסטארטר במצב זה.
פיזיקה מאחורי נורת פלואורסצנט
כאשר מתח גבוה מספיק מופעל בין האלקטרודות, מתח חשמלי חזק מופעל. כמות קטנה של זרם דרך חוטי האלקטרודה מתחמם את סליל האלקטרודה. מכיוון שהאלקטרודה מוגנת בעטיפה של חמצן, כמות מספקת של אלקטרונים נוצרת, והם רצים מהאלקטרודה השלילית או הקתודה לאלקטרודה החיובית או האנודה בשל מתח החשמל החזק. במהלך תנועת האלקטרונים החופשיים, התהליך של שחרור מתחיל.
התהליך הבסיסי של שחרור תמיד כולל שלושה שלבים:
אלקטרונים חופשיים נוצרים מהאלקטרודות, והם מואצים על ידי המתח החשמלי המופעל.
אנרגיה קינטית של האלקטרונים החופשיים מתמירה לאנרגיית הפעלה של אטומי הגז.
אנרגיה הפעלת אטומי הגז מתמירה לקרינה.
בתהליך שחרור, קו ספקטרלי יחיד של על-סגול בתדר 253.7 nm מופק בלחץ נמוך של קיטור מרקורי. כדי לייצר קרינה על-סגולית בתדר 253.7 nm, הטמפרטורה של הנורה נשמרת בין 105 ל-115°F. יחס האורך לדיאמטר של הצינור צריך להיות כזה שיביא לאיבוד קילוואטי קבוע בשני הקצוות. האזור שבו מתרחש האיבוד הקילוואטי או ההארה של האלקטרודות נקרא אזור נפילת הקתודה והאנודה. איבוד זה קטן מאוד. שוב, האלקטרודות צריכות להיות מוגנות בעטיפה. קתודה חמה מספקת כמות רבה של אלקטרונים חופשיים. קתודה חמה, כלומר אלקטרודה שמתכתת על ידי זרם מעגלי, והזרם המעגלי מופק על ידי בלסט או מערכת בקרה. ישנן נורות עם קתודה קרירה גם כן. קתודה קרירה יש לה שטח פעיל גדול יותר ומתח גבוה יותר כמו 11 kV מופעל עליהן כדי לקבל יונים. הגז מתחיל לשוחרר עקב מתח גבוה זה. אבל במתח 100 עד 200 V, נפילת הקתודה מתפצלת מהקתודה, וזה נקרא נפילת קתודה. זה מספק אספקה גדולה של יונים שנאיצים לאנודה כדי ליצור אלקטרונים משניים בהתקפה שמספקת יותר יונים. אבל נפילת קתודה בשחרור קתודה חמה היא רק במתח 10 V.
היסטוריה ומצאת נורת פלואורסצנט
בשנת 1852, סר ג'ורג' סטוקס גילה את המרה של קרינת על-סגולית לאור נראה.
מאז ועד 1920, נעשו מספר ניסויים לפיתוח פרצי חשמל נמוכים וגבוהים בגזים של מרקורי וโซדיום. אך כל המעגלים שנבנו היו לא יעילים להמיר קרינה על-סגולית לאור נראה. זאת מכיוון שהאלקטרודות לא יכלו לשחרר מספיק אלקטרונים כדי להקים תופעה של פרץ. בנוסף, חלק מהאלקטרונים התנגשו באטומי הגז באופן אלסטי ולא יצרו קווים ספקטרליים להיעשות בהם שימוש. אך מעט מאוד עבודה נעשתה בנורות פלואורסצנטיות.
אבל בשנות ה-1920, התרחש פריצת דרך משמעותית. נמצא כי ערבוב של קיטור מרקורי וגז אינרט בלחץ נמוך הוא 60% יעיל להמיר את כוח הקלט החשמלי לקו ספקטרלי יחיד בתדר 253.7 nm. קרינה על-סגולית מומרת לאור נראה באמצעות חומר פלואורסנטי מתאים בתוך הנורה. מאז, נורת הפלואורסצנט החלה להימשך לחיי היום יום של האנשים.
מאוחר יותר, בשנת 1934, ד"ר וו. ל. אנפילד קיבל דו"ח מד"ר אי. ה. קרומפטון לגבי השימוש בנורת פלואורסנט מוגנת. מיד נוצר צוות מחקר על ידי אנפילד והתחיל ליצור נורת פלואורסנט מסחרית. בשנת 1935, הצוות שלהם ייצר פרוטוטיפ של נורת פלואורסנט ירוקה שהיתה בעלת יעילות של בערך 60%.
לאחר שני וחצי שנים, נורות פלואורסנטיות הושקו בשבעה צבעים שונים, כולל לבן, בשוק. מיקס של חומרים פלואורסנטיים שונים משמשים לייצור צבעים שונים מנורות פלואורסנטיות. הנורה הראשונה הושקה עם 15, 20 ו-30 W באורכים של 18 אינץ', 25 אינץ' ו-36 אינץ'.
לאחר מכן, נורת T12, 40 W, 4 רגל, הושקה ונעשתה בשימוש רחב באclairת משרדים, בתי ספר ותעשייה. הנורות הראשונות נתנו אור קצת צהוב בטמפרטורת 3500K. מאוחר יותר, נוצרו נורות יום של 6500K כך שהן מפיקות אור המחקה את האור הממוצע של השמיים הצפוניים ביום מעונן.
בדרך כלל, נורות 4 רגל, עם קוטר של 1.5 אינץ', 40 W היו זמינות בשוק ב-1940. אך בהדרגה, לעיצוב הושתלו שינויים לשיפור השימוש בו. החלק של הפרץ בהן השתנה. אך ארגון עדיין נעשה שימוש בו, אם כי הלחץ שלו קצת נמוך יותר מהלחץ הקודם. קיטור המרקורי נשמר באותו לחץ כמו קודם. הנורה דורשת 425 mA עם 100 עד 105 V ירידה במתח.
הצהרה: כבוד לערכים המקוריים, מאמרים טובים ראוים לחלוקה, במקרה של הפרת זכויות יוצרים אנא צור קשר למחיקה.
