Lučna truba in delovanje lučne trube

Kaj je lučna truba?

Lučna truba je lahka živega para, ki uporablja fluorescenčno svetlobo za ustvarjanje vidnega svetlobe. Električni tok v plinu energizira živeg para, ki s procesom razrada izdaja ultravijolično zračenje, kar povzroči, da fosforitna preliva notranjosti trube izseva vidno svetlobo.

Lučna truba je električno energijo učinkoviteje preoblikovala v koristno svetlobno energijo kot svetilnice. Povprečna svetlobna učinkovitost sistemov lučnih trub je 50 do 100 lumenov na vat, kar je večkrat večja učinkovitost kot pri svetilnicah z enakim svetelnim izhodom.

Kako deluje lučna truba?

Preden se pogovarjamo o delovanju lučne trube, najprej pokažimo shemo lučne trube, drugače rečeno shemo trubne svetilnice.

Tukaj povežemo eno balašto, in eno vključevalko, in oskrbovalno napetost je zaporedna, kot je prikazano. Nato povežemo lučno trubo in zaganjalnik ob njej.

• Ko vključimo napetost, polna napetost pride na trubo in tudi na zaganjalnik skozi balašto. V tem trenutku pa ni razrada, torej ni svetlobe iz trube.

• V tem trenutku polne napetosti najprej nastane plinska razrada v zaganjalniku. To je zaradi tega, ker je vrzel med elektrodama v neonski svetilki zaganjalnika veliko manjša kot pri lučni trubi.

• Nato se plin znotraj zaganjalnika jonizira zaradi te polne napetosti in segreva dvometalni pas. To povzroči, da se dvometalni pas ukrivi in se dotakne fiksne kontaktno točke. Tukaj se začne tok teči skozi zaganjalnik. Čeprav je jonizacijska potenciala neona višja od argona, zaradi majhne vrzeli med elektrodami v neonki zaganjalnika, se najprej zaganja plinska razrada v zaganjalniku.

• Kot tik takoj, ko se začne tok teči skozi stikajoče kontaktno točke neonke zaganjalnika, se napetost skozi neonko zmanjša, ker tok povzroči padec napetosti skozi induktor (balašto). Brez ali z zmanjšano napetostjo skozi neonko zaganjalnika, ni več plinske razrade, zato se dvometalni pas ohladi in se loči od fiksne kontaktno točke. Ob ločevanju stikov v neonki zaganjalnika, se tok prekine, in tako v tem trenutku nastane velika napetostna valovanje skozi induktor (balašto).
  

• Ta visok padec napetosti pride na elektrode lučne trube (trubne svetilnice) in zazene penningov mešani (mešanico argona in živega para).

• Plinska razrada se začne in nadaljuje, zato se tok ponovno začne teči skozi sam trubno svetilnico. Med izpuščanjem penningovega plinskega mešanice upornost, ki jo ponuja plin, je nižja od upornosti zaganjalnika.

• Razrada živega para atomov ustvari ultravijolično zračenje, ki na svoji strani vzbuja fosforitno prelivo, da izseva vidno svetlobo.

• Zaganjalnik postane neaktiviran med svetlobnim izsevanjem lučne trube (trubne svetilnice), ker tok ne teče skozi zaganjalnik v tem stanju.

Fizični principi lučne trube

Ko je na elektrodih postavljena dovolj visoka napetost, se vzpostavi močan električno polje. Mali tok skozi elektrodne vlakne segreva vlakneni krog. Ker so vlakna pokrita oksidom, se ustvari zadostno število elektronov, ki se pospešujejo od negativne elektrode ali katode proti pozitivni elektrodi ali anodi zaradi tega močnega električnega polja. Med premikanjem prostih elektronov se vzpostavi razrada.

Osnovni proces razrade vedno sledi trem korakom:

1. Prosti elektroni so izvedeni iz elektrod in se pospešijo z uporabo električnega polja.

2. Kinetična energija prostih elektronov se pretvori v vzbujačo energijo plinskih atomov.

3. Vzbujača energija plinskih atomov se pretvori v zračenje.

V procesu razrade se pri nizkem tlaku živega para ustvari ena ultravijolična spektralna črta na 253,7 nm. Za ustvarjanje ultravijolične žarkelne črte na 253,7 nm je temperatura svetilnice med 105 in 115°C. Razmerje dolžine do premera cevi mora biti tako, da se na obeh koncih zgodi fiksna izguba moči. Kjer ta izguba moči ali svetloba elektrod nastane, se imenuje regija padca katode in anode. Ta izguba moči je zelo majhna. Katode morajo biti pokrite oksidom. Topla katoda zagotavlja obilje prostih elektronov. Tople katode, to pomeni katode, ki so segrejene z cirkulirajočim tokom, ki ga zagotavlja dušilo ali nadzorno opremo. Nekatere svetilnice imajo tudi hladne katode. Hladne katode imajo večjo efektivno površino in višjo napetost, kot je 11 kv, ki se nanje uporablja, da se dobijo joni. Plin se začne razrađevati zaradi uporabe te visoke napetosti. Vendar pa se pri 100 do 200 V svetloba katode loči od katode, to se imenuje padec katode. To zagotavlja veliko množico ionov, ki se pospešijo proti anodi, da bi izvirali sekundarni elektroni na udarcu, ki na svoji strani ustvarijo več jionov. Vendar pa je padec katode pri topli razradi le 10 V.

Zgodovina in izum lučne trube

• Leto 1852 je Sir George Stokes odkril preoblikovanje ultravijoličnega zračenja v vidno zračenje.

• Od tega časa do leta 1920 je bilo opravljeno mnogo različnih poskusov, da bi se razvili nizki in visoki električni razrabi v živega in natrijevega para. Vsi ti razviti sistemi so bili neučinkoviti pri preoblikovanju ultravijoličnega zračenja v vidno zračenje. To je zato, ker elektrode niso bile sposobne emitirati dovolj elektronov, da bi se vzpostavil pojav luknastega razraba. Poleg tega je veliko elektronov zadržalo plinski atome in to je bilo elastično. Torej vzbujača energija ni ustvarila spektralne črte, ki bi se lahko uporabila. Vendar pa je bilo na lučnih trubah zelo malo dela.

• Vendar pa je v 20. letih došlo do pomembnega napredka. Odkrili so, da je mešanica živega para in inertnega plina pri nizkem tlaku 60% učinkovita pri preoblikovanju vhodne električne moči v eno spektralno črto na 253,7 nm. Ultravijolično zračenje se preoblikuje v vidno svetlobo z uporabo ustrezne fluorescenčne snovi znotraj svetilnice. Od tega časa so lučne trube postale dostopne za vsakdanje uporabo ljudi.

• Kasneje je dr. W. L. Enfield leta 1934 prejel poročilo od dr. A. H. Crompton o uporabi svetilnice s fluorescenčno prelivo. Takoj je Enfield ustanovil raziskovalno skupino in začel ustvarjati komercialne lučne trube. Leto 1935 je njihova skupina izdelala prototip zelene lučne trube z učinkovitostjo okoli 60%.

• Dva in pol leta kasneje so lučne trube bile predstavljene na trgu v beli barvi in šestih drugih barvah. Za ustvarjanje različnih barv iz lučnih trub se uporablja različna mešanica fosforitne prahu. Prva svetilnica je bila predstavljena z 15, 20 in 30 W v dolžinah 18 palcev, 25 palcev in 36 palcev.

• Kmalu po tem so bile predstavljene 40 W T12, 4-ft svetilnice, ki so se široko uporabljale za razsvetljevanje pisarn, šol in industrije. Ranljive svetilnice so dajale nekoliko rumeno svetlobo na 3500K. Kasneje so bile razvijene svetilnice dnevne svetlobe na 6500K, ki so ustvarjale svetlobo, ki simulira povprečno svetlobo severnega nebesa na zamgljenem dnu.

• Splošno so bile 4-ft svetilnice, s premerom 1,5 palca, 40 W na voljo na trgu leta 1940. Vendar pa je bil postopoma spremenjen dizajn za boljšo up