Лампа накаливания и принцип работы лампы накаливания

Что такое люминесцентная лампа?

Люминесцентная лампа - это легкая люминесцентная лампа, которая использует люминесценцию для создания видимого света. Электрический ток в газе активирует пары ртути, которые через процесс разряда излучают ультрафиолетовое излучение, которое, в свою очередь, вызывает фосфорное покрытие внутренней стенки лампы излучать видимый свет.

Люминесцентная лампа преобразует электрическую энергию в полезную световую энергию гораздо более эффективно, чем лампы накаливания. Средняя световая эффективность систем освещения с люминесцентными лампами составляет 50-100 люмен на ватт, что в несколько раз выше эффективности ламп накаливания с аналогичным световым потоком.

Как работает люминесцентная лампа?

Прежде чем рассмотреть принцип работы люминесцентной лампы, мы сначала покажем схему люминесцентной лампы, то есть схему трубчатой лампы.

Здесь мы подключаем дроссель, выключатель и питание последовательно, как показано. Затем мы подключаем люминесцентную трубку и стартер к ней.

• Когда мы включаем питание, полное напряжение появляется на лампе, а также на стартере через дроссель. Но в этот момент разряд не происходит, то есть нет светового выхода от лампы.

• В этот момент полное напряжение сначала создает свечение в стартере. Это происходит потому, что зазор между электродами в неоновой лампочке стартера намного меньше, чем в люминесцентной лампе.

• Затем газ внутри стартера ионизируется под воздействием этого полного напряжения и нагревает биметаллическую пластину, которая изгибается и соединяет контакт. Теперь ток начинает проходить через стартер. Хотя ионизационный потенциал неона выше, чем у аргона, но из-за малого зазора между электродами в неоновой лампочке стартера, высокий градиент напряжения появляется в неоновой лампочке, и поэтому свечение начинается сначала в стартере.

• Как только ток начинает проходить через контакты неоновой лампочки стартера, напряжение на неоновой лампочке снижается, так как ток вызывает падение напряжения на дросселе(балласт). При отсутствии или низком напряжении на неоновой лампочке стартера больше не будет происходить газовый разряд, и биметаллическая пластина остынет и отсоединится от контакта. В момент разрыва контактов в неоновой лампочке стартера, ток прерывается, и в этот момент большое напряжение появляется на дросселе(балласт).
  

• Это высокое напряжение появляется на электродах люминесцентной лампы (трубчатой лампы) и ударяет по смеси Пеннинга (смесь аргонового газа и паров ртути).

• Процесс газового разряда начинается и продолжается, и ток снова получает путь для прохождения через саму трубку люминесцентной лампы (трубчатой лампы). Во время разряда смеси Пеннинга сопротивление, которое оказывает газ, ниже, чем сопротивление стартера.

• Разряд паров ртути атомов производит ультрафиолетовое излучение, которое, в свою очередь, возбуждает фосфорное покрытие, чтобы излучать видимый свет.

• Стартер становится неактивным во время свечения люминесцентной лампы (трубчатой лампы), так как ток не проходит через стартер в этом состоянии.

Физика за люминесцентной лампой

Когда прикладывается достаточно высокое напряжение к электродам, создается сильное электрическое поле. Небольшой ток через нити электродов нагревает их. Поскольку нить покрыта оксидом, она производит достаточное количество электронов, которые устремляются от отрицательного электрода (катода) к положительному электроду (аноду) под воздействием этого сильного электрического поля. В процессе движения свободных электронов устанавливается процесс разряда.

Основной процесс разряда всегда включает три этапа:

1. Свободные электроны поступают из электродов и ускоряются под воздействием приложенного электрического поля.

2. Кинетическая энергия свободных электронов преобразуется в энергию возбуждения атомов газа.

3. Энергия возбуждения атомов газа преобразуется в излучение.

В процессе разряда при низком давлении паров ртути создается одна спектральная линия ультрафиолетового излучения с длиной волны 253,7 нм. Для генерации ультрафиолетового излучения с длиной волны 253,7 нм температура колбы должна быть в пределах от 105 до 115°C. Соотношение длина к диаметру трубки должно быть таким, чтобы фиксированная мощность терялась на обоих концах. Место, где происходит эта потеря мощности или свечение электродов, называется областью падения катода и анода. Эта потеря мощности очень мала. Электроды должны быть покрыты оксидом. Горячие катоды обеспечивают обилие свободных электронов. Горячие катоды - это те, которые нагреваются циркулирующим током, который предоставляется дросселем или регулирующей аппаратурой. Некоторые лампы имеют холодные катоды. Холодные катоды имеют большую эффективную площадь и более высокое напряжение, например, 11 кВ, которое прикладывается к ним для получения ионов. Газ начинает разряжаться под воздействием этого высокого напряжения. Но при 100-200 В свечение катода отделяется от катода, это называется падением катода. Это обеспечивает большое количество ионов, которые ускоряются к аноду, чтобы произвести вторичные электроны при ударе, которые, в свою очередь, производят еще больше ионов. Однако падение катода в горячем катодном разряде составляет всего 10 В.

История и изобретение люминесцентной лампы

• В 1852 году сэр Джордж Стокс обнаружил преобразование ультрафиолетового излучения в видимое излучение.

• С этого времени до 1920 года было проведено множество экспериментов для развития низкого и высокого давления электрических разрядов в парах ртути и натрия. Однако все эти схемы были неэффективны для преобразования ультрафиолетового излучения в видимое. Это происходило потому, что электроды не могли излучать достаточное количество электронов для установления дугового разряда. Кроме того, многие электроны сталкивались с атомами газа, и это было упругим. Поэтому возбуждение не создавало спектральных линий, которые можно было бы использовать. Однако мало работы было сделано над люминесцентными лампами.

• Но в 1920-х годах произошел значительный прорыв. Было обнаружено, что смесь паров ртути и инертного газа при низком давлении на 60% эффективна для преобразования электрической входной мощности в одну спектральную линию с длиной волны 253,7 нм. Ультрафиолетовое излучение преобразуется в видимый свет с помощью подходящего люминесцентного материала внутри лампы. С этого времени люминесцентные лампы стали использоваться в повседневной жизни людей.

• Позже, в 1934 году, доктор У. Л. Энфилд получил отчет от доктора А. Х. Кромптона о применении люминесцентного покрытия лампы. Немедленно Энфилд создал исследовательскую группу и начал разработку коммерческой люминесцентной лампы. В 1935 году их группа выпустила прототип зеленой люминесцентной лампы, которая имела эффективность около 60%.

• Через два с половиной года люминесцентные лампы были представлены на рынке в белом цвете и шести других цветах. Различные смеси фосфорного порошка используются для создания различных цветов от люминесцентных ламп. Первая лампа была представлена с мощностью 15, 20 и 30 Вт и длиной 18, 25 и 36 дюймов соответственно.

• Спустя некоторое время была представлена лампа T12 мощностью 40 Вт длиной 4 фута, которая широко использовалась для освещения офисов, школ и промышленных помещений. Ранние лампы давали слегка желтоватый свет при 3500K. Позже были разработаны лампы с цветовой температурой 6500K, которые создавали свет, имитирующий средний свет северного неба в пасмурный день.

• Обычно 4-футовые лампы, с диаметром 1,5 дюйма и мощностью 40 Вт, были доступны на рынке в 1940 году. Однако постепенно дизайн был изменен для лучшего использования. В части разряда лампы были изменены. Однако аргон все еще используется, хотя давление немного ниже, чем раньше. Пары ртути поддерживаются при том же давлении, что и раньше. Эта лампа требует 425 мА с падением напряжения 100-105 В падения напряжения.

Заявление: Уважайте оригинальные статьи, стоящие того, чтобы их делиться, если есть нарушение авторских прав, пожалуйста, свяжитесь для удаления.