Fluoreszcens lámpa és a fluoreszcens lámpa működési elv
Mi a fluoreszcens lámpa?
A fluoreszcens lámpa egy alacsony súlyú rézgázzal működő lámpa, amely fluoreszcenciát használ a látható fény előállításához. A elektromos áram a gázban energiát ad a rézgáznak, ami ultrahangos sugárzást bocsát ki a folyamat során, és ez a sugárzás elindítja a lámpa belső falán lévő foszforozott bevonatot, hogy látható fényt bocsásson ki.
A fluoreszcens lámpa sokkal hatékonyabban átalakítja az elektromos energiát hasznos fényenergiává, mint a incandescens lámpák. A fluoreszcens világítási rendszerek átlagos fényhatékonysága 50-100 lumen per watt, ami többszörösére tehető a incandescens lámpák hatékonyságánál ugyanolyan fénykimenettel.
Hogyan működik a fluoreszcens lámpa?
Mielőtt bemutatnánk a fluoreszcens lámpa működési elvét, először megmutatjuk a fluoreszcens lámpa körzetét, más szóval a tubolámpa körzetét.
Itt csatlakoztatunk egy ballaszt, egy kapcsolót, és a tápegység sorba van kötve, ahogy a rajzon látható. Ezután csatlakoztatjuk a fluoreszcens tübbet és egy indítót mellé.
Amikor bekapcsoljuk a tápegységet, a teljes feszültség a lámpán és az indítón is megjelenik a ballaszt keresztül. De abban a pillanatban nincs levezetés, tehát nincs fénykimenet a lámpából.
Ebben a teljes feszültségben először a néon indítóban állítódik be a villamos levezetés. Ez azért van, mert az indító néon gombjának elektrodai közötti távolsága sokkal kevesebb, mint a fluoreszcens lámpánál.
Ekkor a gáz a néon gombban ionizálódik a teljes feszültség miatt, és melegíti a kétmetáll ötvözetes sávot. Ez okozza, hogy a kétmetáll ötvözetes sáv hajlik, és kapcsolódik a rögzített kontaktushoz. Mostantól az áram áramlik az indítón keresztül. Bár a néon ionizálódási potenciálja nagyobb, mint az argóné, de a kis elektroda távolság miatt magas feszültség-gradiens jelenik meg a néongombban, és így itt először kezdődik a villamos levezetés.
Amint az áram elkezd áramlani a néongomb érintkező kontaktusaiban, a néongombon kívüli feszültség csökken, mivel az áram, egy feszültség-lehullás okozódik a induktor (ballaszt) keresztül. Ha nincs vagy csak kevés feszültség a néongombon, akkor nincs további gázlevezetés, és a kétmetáll ötvözetes sáv hűlt lesz, és eltér a rögzített kontaktustól. Amikor a néongomb kontaktusai elkülönülnek, az áram megszakad, és ebben a pillanatban egy nagy feszültség-hullám jelenik meg az induktor (ballaszt) keresztül.
Ez a magas feszültség-hullám a fluoreszcens lámpa (tubolámpa) elektrodáin jelentkezik, és elindítja a penning keverék (argón gáz és rézgáz keveréke) levezetését.
A gázlevezetés elkezdődik és folytatódik, és így az áram újra útvonalat talál a fluoreszcens lámpa (tubolámpa) magában. A penning gáz keverék levezetése során a gáz által kínált ellenállás alacsonyabb, mint az indító által kínált ellenállás.
A rézgáz atomjainak levezetése ultravilágosságot termel, ami a lámpa belső falán lévő foszforozott bevonatot elindítja, hogy látható fényt bocsásson ki.
Az indító inaktív lesz, amikor a fluoreszcens lámpa (tubolámpa) világít, mert ebben az állapotban nincs áram az indítón keresztül.
A fluoreszcens lámpa mögött rejlő fizika
Ha elegendően magas feszültséget alkalmazunk az elektrodák között, erős elektromos mező jön létre. Egy kis áram az elektrodák spiráljain keresztül melegíti őket. Mivel a spirál oxiddal van bevonva, elegendő elektron termelődik, és ezek a negatív elektrodától (katód) a pozitív elektrodáig (anód) haladnak az erős elektromos mező miatt. Az ingyenes elektronok mozgása során a levezetési folyamat beáll.
A levezetési folyamat mindig három lépést követ:
Az ingyenes elektronok az elektrodákból származnak, és az alkalmazott elektromos mező gyorsítja őket.
Az ingyenes elektronok kinetikai energiája átalakul a gázatomok izmerő energiájává.
A gázatomok izmerő energiája átalakul sugarodássá.
A levezetési folyamat során egyetlen ultravilágossági spektrumvonal jön létre 253,7 nm-en, alacsony rézgázfeszültségnél. A 253,7 nm-es ultravilágossági sugarodás előállításához a lámpa hőmérséklete 105-115°C között tartódnia kell. A tübb hosszúság és átmérő arányának olyan kell lennie, hogy fix wattteljesítményveszteség történjen mindkét végén. Ahol ez a wattteljesítményveszteség, vagy a elektrodák fénykibocsátása történik, azt a katód és anód esési régióknak nevezzük. Ez a teljesítményveszteség nagyon kicsi. Ismét, a katódoknak oxiddal kellene bevonva lenniük. A forró katódok számos ingyenes elektronot biztosítanak. A forró katódok olyan elektrodákat jelentenek, amelyeket árammal melegítünk, és ezt az áramot a ballaszt vagy vezérlő berendezés biztosítja. Néhány lámpának hideg katódja is van. A hideg katódok nagyobb ható felülettel és magasabb feszültséggel, például 11 kv-val rendelkeznek, hogy ionokat kapjanak. A gázlevezetés a magas feszültség miatt kezdődik. De 100-200 V-nál a katód fénykibocsátása elválaszódik a katódtól, ezt katód esésnek nevezzük. Ez nagy mennyiségű ionokat biztosít, amelyek a nagy sebességgel a anódot érik, és ott másodlagos elektronokat termelnek, amelyek további ionokat hoznak létre. De a forró katód levezetés esetén a katód esés csak 10 V-nál történik.
A fluoreszcens lámpa története és feltalálása
1852-ben Sir George Stokes felfedezte, hogyan lehet az ultravilágosságot látható fényre átalakítani.
Ezután 1920-ig számos kísérletet végeztek, hogy fejlesszék a rézgáz és sógáz alacsony és magas nyomású elektromos levezetését. De ezek a körzetek nem voltak hatékonyak az ultravilágosságot látható fényre való átalakításához. Ez azért volt, mert az elektrodák nem tudtak elegendő elektronokat kibocsátani a levezetési jelenség beállításához. Sőt, sok elektron ütközött a gázatomokkal, ami rugalmas volt, és így nincs spektrumvonal lett létrehozva. De nagyon kevés munka történt a fluoreszcens lámpák fejlesztésére.
De 1920-as években egy nagy áttörés történt. Felfedezték, hogy a rézgáz és szabadon álló gáz keveréke alacsony nyomásban 60%-os hatékonysággal átalakítja az elektromos beviteli energiát egyetlen spektrumvonallá 253,7 nm-en. Az ultravilágosságot a lámpa belső, megfelelő foszforozott anyag segítségével átalakítják látható fényre. Ettől a ponttól kezdve a fluoreszcens lámpák bevezetésének útja megnyílt az emberek mindennapi életébe.
Később, 1934-ben Dr. W. L. Enfield egy jelentést kapott Dr. A. H. Cromptontól a foszforozott lámpák használatáról. Azonnal Enfield egy kutatócsoportot hozott létre, és elkezdte a kereskedelmi fluoreszcens lámpák fejlesztését. 1935-ben csoportjuk egy prototípus zöld fluoreszcens lámpát készített, amelynek hatékonysága kb. 60% volt.
Két és fél évvel később a fluoreszcens lámpák piacra kerültek fehéren és hat másik színnel. Különböző foszforpor keverékekkel különböző színeket termeltek a fluoreszcens lámpákból. Az első lámpák 15, 20 és 30 W-osak voltak 18, 25 és 36 hüvelykes hosszan.
Nemsokára a 40 W T12, 4 láb hosszú lámpák széles körben elterjedtek irodákban, iskolákban és ipari világításban. A korai lámpák kissé sárgás fényt adtak 3500K-on. Később fejlesztették ki a 6500K napfényt, amely a széles égbolt látható fényét szimulálja.
Általánosságban a 4 láb hosszú, 1,5 hüvelykes átmérőjű, 40 W-os lámpák 1940-ben elérhetőek voltak a piacra. De fokozatosan a tervezést változtatták a jobb használat érdekében. A lámpák levezetési részén változások történtek. De az argón még mindig használatban van, bár a nyomása kicsit kevesebb, mint korábban. A rézgáz nyomása ugyanúgy maradt, mint korábban. Ez a lámpa 425 mA-val és 100-105 V <
