Lampu Fluoresen dan Prinsip Kerja Lampu Fluoresen

Electrical4u

Medan: Elektrik Asas

China

Apakah Lampu Fluoresen?

Lampu fluoresen adalah lampu uap merkuri berbobot ringan yang menggunakan fluoresen untuk menghasilkan cahaya terlihat. Arus uap merkuri dalam gas diaktifkan oleh arus elektrik, yang menghasilkan radiasi ultraviolet melalui proses pelepasan, dan radiasi ultraviolet ini menyebabkan lapisan fosfor pada dinding dalam lampu memancarkan cahaya terlihat.

Lampu fluoresen telah mengubah tenaga elektrik menjadi tenaga cahaya yang berguna dengan lebih efisien daripada lampu pijar. Efisiensi luminositas biasa sistem pencahayaan fluoresen adalah 50 hingga 100 lumen per watt, yang beberapa kali lebih efisien daripada lampu pijar dengan hasil cahaya yang sama.

Bagaimana Cara Kerja Lampu Fluoresen?

Sebelum membahas prinsip kerja lampu fluoresen, kita akan menunjukkan rangkaian lampu fluoresen atau dalam kata lain rangkaian lampu tabung.

Di sini kita menghubungkan satu ballast, dan satu saklar, dan pasokan seri seperti yang ditunjukkan. Kemudian kita menghubungkan tabung fluoresen dan starter di seberangnya.

Ketika kita nyalakan pasokan, tegangan penuh muncul di seluruh lampu dan juga di seberang starter melalui ballast. Namun, pada saat itu, tidak ada pelepasan, yaitu, tidak ada output lumen dari lampu.
Pada tegangan penuh pertama kali pelepasan bersinar terjadi di starter. Ini karena celah elektroda di dalam bola neon starter jauh lebih kecil daripada lampu fluoresen.
Kemudian gas di dalam starter terionisasi akibat tegangan penuh ini dan memanaskan strip bimetallik. Hal ini menyebabkan strip bimetallik bengkok untuk terhubung ke kontak tetap. Sekarang, arus mulai mengalir melalui starter. Meskipun potensial ionisasi neon lebih besar daripada argon, namun karena celah elektroda yang kecil, gradien tegangan tinggi muncul di bola neon dan karenanya pelepasan bersinar dimulai pertama kali di starter.
Segera setelah arus mulai mengalir melalui kontak yang tersentuh di bola neon starter, tegangan di seberang bola neon berkurang karena arus, menyebabkan penurunan tegangan di seberang induktor (ballast). Pada tegangan berkurang atau tidak ada tegangan di seberang bola neon starter, tidak akan ada lagi pelepasan gas yang terjadi dan karenanya strip bimetallik dingin dan putus dari kontak tetap. Pada saat putusnya kontak di bola neon starter, arus terputus, dan karenanya pada saat itu, lonjakan tegangan besar muncul di seberang induktor (ballast).
Lonjakan tegangan bernilai tinggi ini muncul di elektroda lampu fluoresen (lampu tabung) dan memukul campuran penning (campuran gas argon dan uap merkuri).
Proses pelepasan gas dimulai dan berlanjut, dan karenanya arus kembali mendapatkan jalur untuk mengalir melalui tabung lampu fluoresen (lampu tabung) sendiri. Selama pelepasan campuran gas penning, hambatan yang ditawarkan oleh gas lebih rendah daripada hambatan starter.
Pelepasan atom merkuri atom menghasilkan radiasi ultraviolet yang pada gilirannya memicu bubuk fosfor untuk memancarkan cahaya terlihat.
Starter menjadi tidak aktif selama lampu fluoresen (lampu tabung) menyala karena tidak ada arus yang melewati starter dalam kondisi tersebut.

Fisika di Balik Lampu Fluoresen

Ketika tegangan yang cukup tinggi diterapkan di antara elektroda, lapangan listrik yang kuat dibuat. Sejumlah kecil arus melalui filamen elektroda memanaskan gulungan filamen. Karena filamen dilapisi oksida, jumlah elektron yang cukup diproduksi, dan mereka bergegas dari elektroda negatif atau katoda ke elektroda positif atau anoda karena lapangan listrik yang kuat ini. Selama pergerakan elektron bebas, proses pelepasan terbentuk.

Proses pelepasan dasar selalu mengikuti tiga langkah:

Elektron bebas diperoleh dari elektroda, dan mereka dipercepat oleh lapangan listrik yang diterapkan.
Energi kinetik dari elektron bebas dikonversi menjadi energi eksitasi dari atom gas.
Energi eksitasi dari atom gas dikonversi menjadi radiasi.

Dalam proses pelepasan, garis spektral ultra violet tunggal 253,7 nm dihasilkan pada tekanan rendah uap merkuri. Untuk menghasilkan sinar ultra violet 253,7 nm, suhu bohlam dipertahankan antara 105 hingga 115oF.
Rasio panjang ke diameter tabung harus sedemikian rupa sehingga hilangnya daya watt tertentu terjadi di kedua ujung. Di mana hilangnya daya watt atau bersinar elektroda terjadi disebut daerah jatuh katoda dan anoda. Hilangnya daya ini sangat kecil.
Katoda harus dilapisi oksida. Katoda panas menyediakan banyak elektron bebas. Katoda panas, artinya elektroda yang dipanaskan oleh arus sirkulasi, dan arus sirkulasi ini disediakan oleh choke atau peralatan kontrol. Beberapa lampu memiliki katoda dingin juga. Katoda dingin memiliki area efektif yang lebih besar dan tegangan lebih tinggi seperti 11 kv diterapkan di seberang mereka untuk mendapatkan ion. Gas mulai dilepaskan karena aplikasi tegangan tinggi ini. Tapi pada 100 hingga 200 V, bersinar katoda terpisah dari katoda, ini disebut jatuh katoda. Ini menyediakan pasokan ion yang besar yang dipercepat ke anoda untuk menghasilkan elektron sekunder pada dampak yang pada gilirannya menghasilkan lebih banyak ion. Tapi jatuh katoda dalam pelepasan katoda panas hanya 10 V.

Sejarah & Penemuan Lampu Fluoresen

Pada tahun 1852, Sir George Stokes menemukan transformasi radiasi sinar ultra violet menjadi radiasi terlihat.
Dari waktu itu hingga 1920, berbagai jenis percobaan telah dilakukan untuk mengembangkan pelepasan listrik rendah dan tinggi dalam uap merkuri dan natrium. Namun, semua rangkaian yang dikembangkan tidak efisien untuk mentransformasikan sinar ultra violet menjadi sinar terlihat. Hal ini karena, elektroda tidak dapat memancarkan elektron yang cukup untuk membentuk fenomena pelepasan busur. Lagi pula, banyak elektron bertabrakan dengan atom gas dan itu elastis. Jadi, eksitasi tidak menciptakan garis spektral yang dapat digunakan. Namun, sangat sedikit pekerjaan yang dilakukan pada lampu fluoresen.
Namun, pada tahun 1920-an, terjadi kemajuan besar. Faktanya telah ditemukan bahwa campuran uap merkuri dan gas inert pada tekanan rendah 60% efisien untuk mengubah daya input listrik menjadi garis spektral tunggal pada 253,7 nm.
Sinar ultra violet diubah menjadi sinar terlihat dengan menggunakan bahan fluoresen yang tepat di dalam lampu. Dari waktu itu, lampu fluoresen mulai diperkenalkan dalam kehidupan sehari-hari orang.
Kemudian, Dr. W. L. Enfield pada tahun 1934 menerima laporan dari Dr. A. H. Crompton tentang penggunaan lampu berlapis fluoresen. Segera, tim penelitian dibentuk oleh Enfield dan mulai menciptakan lampu fluoresen komersial. Pada tahun 1935, tim mereka telah memproduksi prototipe lampu fluoresen hijau yang memiliki efisiensi sekitar 60%.
Setelah dua setengah tahun, lampu fluoresen diperkenalkan dalam warna putih dan enam warna lainnya di pasar. Berbagai campuran bubuk fosfor digunakan untuk menghasilkan berbagai warna dari lampu fluoresen. Lampu pertama diperkenalkan dengan 15, 20, dan 30 W dalam panjang 18 inci, 25 inci, dan 36 inci.
Lebih cepat setelahnya, lampu T12 40 W, 4-ft diperkenalkan dan digunakan secara luas dalam pencahayaan kantor, sekolah, industri. Lampu awal memberikan cahaya agak kuning hingga 3500K. Kemudian, lampu siang hari 6500K dikembangkan sedemikian rupa sehingga menghasilkan cahaya untuk mensimulasikan cahaya langit utara rata-rata pada langit mendung.
Secara umum, lampu 4 ft, dengan diameter 1,5 inci, 40 W tersedia di pasar pada tahun 1940. Namun, secara bertahap desainnya berubah untuk pemanfaatannya yang lebih baik. Bagian pelepasan busur dari lampu telah berubah. Namun, argon masih digunakan meskipun tekanannya sedikit kurang dari tekanan sebelumnya. Uap merkuri dipertahankan pada tekanan yang sama seperti sebelumnya. Lampu ini memerlukan 425 mA dengan penurunan tegangan 100 hingga 105 V.