Lampenkap en werking van de lampenkap
Wat is een Fluorescentie Lamp?
Een fluorescentie lamp is een lichte kwikdamp lamp die gebruik maakt van fluorescencie om zichtbaar licht te produceren. Een elektrische stroom in de gas energiseert de kwikdamp, wat ultraviolette straling produceert door het ontladingproces, en deze ultraviolette straling veroorzaakt dat de fosforcoating aan de binnenwand van de lamp zichtbaar licht uitstraalt.
Een fluorescentie lamp heeft elektrische energie veel efficiënter omgezet in bruikbare lichtenergie dan glowlampen. De gemiddelde lichtopbrengst van fluorescentie verlichtingssystemen is 50 tot 100 lumen per watt, wat enkele malen de efficiëntie is van glowlampen met gelijke lichtopbrengst.
Hoe werkt een Fluorescentie Lamp?
Voordat we de werking van een fluorescentie lamp bespreken, laten we eerst het schema van een fluorescentie lamp zien, ook wel het schema van een buisverlichting genoemd.
Hier verbinden we een ballast, en een schakelaar, en de voeding is in serie zoals getoond. Dan verbinden we de fluorescentie buis en een starter eroverheen.
Wanneer we de voeding aanzetten, komt de volledige spanning over de lamp en eveneens over de starter via de ballast. Maar op dat moment vindt er geen ontlading plaats, d.w.z. er is geen lichtuitvoer van de lamp.
Op dat moment wordt eerst de gloeiontlading in de starter gevestigd. Dit komt omdat de elektrodegap in de neonlamp van de starter veel kleiner is dan die van de fluorescentie lamp.
Dan raakt het gas in de starter geïoniseerd door deze volledige spanning en verwarmt de bimetallische strook. Dit zorgt ervoor dat de bimetallische strook verbogen wordt om contact te maken met de vaste contacten. Nu begint de stroom door de starter te vloeien. Hoewel het ionisatiepotentieel van neon hoger is dan dat van argon, start de gloeiontlading toch eerst in de starter vanwege de kleine elektrodegap.
Zodra de stroom begint te vloeien door de aangeraakte contacten van de neonlamp van de starter, neemt de spanning over de neonlamp af, omdat de stroom een spanningsval veroorzaakt over de inductor (ballast). Bij gereduceerde of geen spanning over de neonlamp van de starter vindt er geen gasontlading meer plaats en dus koelt de bimetallische strook af en breekt los van de vaste contacten. Op het moment dat de contacten in de neonlamp van de starter breken, wordt de stroom onderbroken, en dus verschijnt er op dat moment een grote spanningspiek over de inductor (ballast).
Deze hoge piekspanning komt over de elektroden van de fluorescentie lamp (buislamp) en activeert de penningmengsel (mengsel van argongas en kwikdamp).
Het gasontladingsproces begint en gaat door, en dus begint de stroom weer te vloeien door de fluorescentie lamp zelf. Tijdens de ontlasting van het penninggasmengsel is de weerstand die door het gas wordt geboden lager dan de weerstand van de starter.
De ontlading van kwik atomen produceert ultraviolette straling, die op haar beurt de fosforpoedercoating activeert om zichtbaar licht uit te stralen.
De starter wordt inactief tijdens het gloeien van de fluorescentie lamp (buislamp), omdat er in die toestand geen stroom door de starter loopt.
Fysica achter Fluorescentie Lamp
Wanneer een voldoende hoge spanning wordt aangebracht over de elektroden, wordt een sterke elektrisch veld opgezet. Een kleine hoeveelheid stroom door de elektrodenverwarmt de filamentspoel. Omdat het filament oxide-coated is, worden er voldoende elektronen geproduceerd, en deze snellen van de negatieve elektrode of kathode naar de positieve elektrode of anode door dit sterke elektrische veld. Tijdens de beweging van de vrije elektronen wordt het ontladingsproces gevestigd.
Het basis ontladingsproces volgt altijd drie stappen:
Vrije elektronen worden afgeleid van de elektroden, en ze worden versneld door het toegepaste elektrische veld.
De kinetische energie van de vrije elektronen wordt omgezet in de opwindingsenergie van de gasatomen.
De opwindingsenergie van de gasatomen wordt omgezet in straling.
In het ontladingsproces wordt een enkele ultraviolette spectraallijn van 253,7 nm geproduceerd bij lage druk van kwikdamp. Om 253,7 nm ultraviolette straling te genereren, wordt de boltemperatuur gehouden tussen 105 en 115°C. Het lengte-diameterverhouding van de buis moet zo zijn dat een vaste wattageverlies optreedt aan beide uiteinden. Waar dit wattageverlies of gloed van de elektroden optreedt, wordt het kathode- en anodevalgebied genoemd. Dit wattageverlies is erg klein. Opnieuw moeten de kathodes oxide-coated zijn. Warme kathodes leveren een overvloed aan vrije elektronen. Warme kathodes, betekent dat de elektroden worden verwarmd door circulerende stroom, en deze circulerende stroom wordt geleverd door de demper of regelapparaat. Sommige lampen hebben ook koude kathodes. Koude kathodes hebben een grotere effectieve oppervlakte en hogere spanning, zoals 11 kV, wordt aangebracht over hen om ionen te krijgen. Gas begint te ontladen door deze hoge spanningstoepassing. Maar bij 100 tot 200 V scheidt de kathodegloed zich van de kathode, dit wordt kathodeval genoemd. Dit levert een grote hoeveelheid ionen, die worden versneld naar de anode om secundaire elektronen te produceren bij impact, wat op zijn beurt meer ionen produceert. Maar kathodeval in warme kathodeontlading is slechts 10 V.
Geschiedenis & Uitvinding van Fluorescentie Lamp
In 1852 had Sir George Stokes de transformatie van ultraviolette straling naar zichtbare straling ontdekt.
Vanaf die tijd tot 1920 werden verschillende soorten experimenten uitgevoerd om laag- en hoogdruk elektrische ontladingen in kwik- en natriumdamp te ontwikkelen. Maar al die ontwikkelde schakelingen waren inefficiënt om ultraviolette straling om te zetten in zichtbare straling. Dit was omdat de elektroden niet voldoende elektronen konden uitstoten om het boogontladingsverschijnsel te vestigen. Bovendien botsten veel van de elektronen elastisch met de gasatomen, zodat de opwinding geen spectraallijn creëerde die kon worden gebruikt. Maar er werd weinig werk gedaan aan fluorescentielampen.
Maar in de jaren 1920 gebeurde een belangrijke doorbraak. Het feit werd ontdekt dat een mengsel van kwikdamp en inertgas bij lagedruk 60% efficiënt is om de elektrische ingangsenergie om te zetten in één spectraallijn op 253,7 nm. Ultraviolette straling wordt omgezet in zichtbaar licht door middel van een geschikt fluorescerend materiaal binnen de lamp. Vanaf dat moment werd de weg geplaveid voor fluorescentielampen om in het dagelijkse leven van mensen te worden geïntroduceerd.
Later ontving Dr. W. L. Enfield in 1934 een rapport van Dr. A. H. Crompton over het gebruik van een fluorescerend gecoate lamp. Onmiddellijk werd er een onderzoeksteam opgericht door Enfield en begonnen ze aan de ontwikkeling van commerciële fluorescentielampen. In 1935 produceerde hun team een prototype groene fluorescentielamp met een efficiëntie van ongeveer 60%.
Na tweeënhalf jaar werden fluorescentielampen in wit en zes andere kleuren op de markt geïntroduceerd. Verschillende mengsels van fosforpoeder worden gebruikt om verschillende kleuren te produceren van de fluorescentielampen. De eerste lampen werden geïntroduceerd met 15, 20 en 30 W in lengtes van 18 inch, 25 inch en 36 inch.
Spoedig daarna werden 40 W T12, 4-ft lampen geïntroduceerd en wijdverspreid gebruikt voor verlichting in kantoren, scholen en industrieën. De vroege lampen gaven een licht dat enigszins geel was, tot 3500K. Later werden 6500K daglichtlampen ontwikkeld op zo'n manier dat ze licht produceren dat een gemiddeld noordelijke hemel licht op een bewolkte lucht simuleert.
Over het algemeen waren 4 ft lampen, met 1,5 inch in diameter, 40 W beschikbaar op de markt in 1940. Maar geleidelijk aan is het ontwerp gewijzigd voor betere benutting. In het boogontladeel van de lampen is verandering aangebracht. Maar argon wordt nog steeds gebruikt, hoewel de druk enigszins lager is dan de vorige druk. De kwikdamp wordt gehandhaafd op dezelfde druk als hiervoor. Deze lamp vereist 425 mA met 100 tot 105 V spanningsval.
