Luminiscenčna svetla i princip rada luminiscenčnih svetala
Šta je fluorescentna svetla?
Fluorescentna svetla su laka vaporska sijalice merkurija koje koriste fluorescenciju da stvore vidljivu svetlost. Električni tok u plinu energizuje vapore merkurija koji putem procesa iscrpljenja proizvode ultraljubičastu radijaciju, a ta ultraljubičasta radiacija uzrokuje da fosforne prekladne unutrašnjih zidova sijalice emituju vidljivu svetlost.
Fluorescentna sijalica mnogo efikasnije pretvara električnu energiju u korisnu svetlosnu energiju nego žarulje. Prosečna luminosa efikasnost fluorescentnih sistema osvetljenja iznosi 50 do 100 lumena po vat, što je nekoliko puta veće od efikasnosti žarulja sa istim izlazom svetlosti.
Kako radi fluorescentna sijalica?
Pre nego što objasnimo princip rada fluorescentne sijalice, najpre ćemo prikazati šemu fluorescentne sijalice, drugim rečima, šemu tubularne sijalice.
Ovdje povezujemo jedan balast i jedan prekidnik, a snabdevanje je serijalno kako je prikazano. Zatim povezujemo fluorescentnu ceviću i zapaljač preko nje.
Kada uključimo snabdevanje, puna napona dolazi na sijalicu i takođe na zapaljač preko balasta. Ali u tom trenutku, ne dolazi do iscrpljenja, tj. sijalica ne emituje svetlost.
U tom trenutku punog napona prvo se uspostavlja iskrna razrada u zapaljaču. To je zato što je međuelektrodni razmak u neonskoj lampici zapaljača mnogo manji nego u fluorescentnoj sijalici.
Zatim se gas unutar zapaljača ionizuje zbog ovog punog napona i zagrijava dvostruku metalnu traku. To dovodi do savijanja dvostruke metalne trake i spoja sa fiksiranim kontaktom. Sada, struja počinje da teče kroz zapaljač. Iako je potencijal ionizacije neona veći od argonovog, ipak, zbog malog međuelektrodskog razmaka, visok napon gradijent pojavljuje se u neonskoj lampici i stoga iskrna razrada prvo počinje u zapaljaču.
Čim struja počne da teče kroz dodirnuti kontakti neonke zapaljača, napon preko neonke zapaljača se smanjuje jer struja uzrokuje pad napona preko indukatora (balasta). Bez napona ili sa smanjenim naponom preko neonke zapaljača, ne bih više bilo gasne razrade, pa se dvostruka metalna traka ohladi i odvoji od fiksiranog kontakta. U trenutku prekida kontakata u neonki zapaljača, struja se prekida, i time se u tom trenutku veliki naponski talas javlja preko induktora (balasta).
Ovaj visoko vrednovani talasni napon javlja se na elektrodama fluorescentne sijalice (tubularne sijalice) i udara pening mesavine (mesavine argona i vapore merkurija).
Proces gasne razrade počinje i nastavlja, i stoga struja opet dobija put da teče kroz samu fluorescentnu sijalicu (tubularnu sijalicu). Tijekom iscrpljenja pening mesavine otpor koji pruža gas je manji od otpornosti zapaljača.
Ispraznjava merkurijevih atoma proizvodi ultraljubičastu radijaciju koja na svoj red ekscitira fosforski prah nanet na unutrašnjost sijalice da emituje vidljivu svetlost.
Zapaljač postaje neaktivnim tijekom svjetljenja fluorescentne sijalice (tubularne sijalice) jer se kroz njega ne prolazi struja u tom stanju.
Fizički principi za fluorescentnom sijalicom
Kada se dovoljno visok napon primeni na elektrode, postavlja se jak električno polje. Mali tok kroz elektrodne žice zagrijava žičane spire. Budući da su žice pokrivene oksidom, proizveden je dovoljan broj elektrona, i oni se brzo kreću od negativne elektrode ili katode ka pozitivnoj elektrodi ili anodu zbog ovog jakega električnog polja. Tijekom kretanja slobodnih elektrona, proces iscrpljenja se uspostavlja.
Osnovni proces iscrpljenja uvek slijedi tri koraka:
Slobodni elektroni se dobijaju iz elektroda, i ubrzavaju se pod uticajem primenjenog električnog polja.
Kinetička energija slobodnih elektrona se pretvara u ekscitacionu energiju atomske materije.
Ekscitaciona energija atomske materije se pretvara u radijaciju.
U procesu iscrpljenja, produkuje se jedinstvena ultraljubičasta spektralna linija od 253.7 nm na niskom pritisku vaporeta merkurija. Da bi se generisala 253.7 nm ultraljubičasta zraka, temperatura boce se održava između 105 do 115°C.
Omjer dužine i prečnika cevi treba da bude takav da se fiksna gubitna moć dešava na oba kraja. Gdje se ova gubitna moć ili svjetlost elektroda dešava, to se naziva regija padanja katode i anoda. Ovaj gubitak moći je vrlo mali.
Ponovo, katode treba da budu pokrivene oksidom. Vruća katoda pruža obilje slobodnih elektrona. Vruće katode, to jest one elektrode koje se zagrijavaju cirkuliranjem struje, a tu cirkulirajuću struju pruža balast ili kontrolni uređaj. Neki lampi imaju i hladne katode. Hladne katode imaju veću efektivnu površinu i viši napon, poput 11 kV, primenjuje se na njih da bi se dobili jonovi. Gas počinje da se iscrpljuje zbog primene ovog visokog napona. Ali na 100 do 200 V, svjetlost katode se odvoji od katode, to se naziva padanje katode. Ovo pruža veliku ponudu jonova koji se ubrzavaju ka anodu da proizvedu sekundarne elektrone na uticaju, što na svoj red proizvodi još više jonova. Ali padanje katode u iscrpljenju vruće katode je samo 10 V.
Istorija i izuma fluorescentne sijalice
Godine 1852, Sir Džordž Stoksov je otkrio transformaciju ultraljubičaste zračne radijacije u vidljivu radijaciju.
Od tog vremena do 1920. godine, obavljeni su razni eksperimenti da bi se razvile niske i visoke električne razrade u vaporetu merkurija i natrija. Međutim, sve tajna shema koja je razvijena bila su neefikasne za transformaciju ultraljubičaste zračne radijacije u vidljivu. To je bilo zato što elektrode nisu mogla da emituju dovoljan broj elektrona da se uspostavi fenomen lukove razrade. Ponovo, mnogi elektroni su sudari sa atomske materije i to je bilo elastično. Dakle, ekscitacija nije stvorila spektralne linije da bi se iskoristile. Ali veoma malo radova je urađeno na fluorescentnim sijalicama.
Ali u 1920-ima, dogodio se veliki skok napred. Otkriveno je da je mješavina vaporeta merkurija i inerte plinove na niskom pritisku 60% efikasna za pretvaranje ulazne električne snage u jednu spektralnu liniju na 253.7 nm.
Ultraljubičasta zraka se pretvara u vidljive zracne zrake korištenjem odgovarajućeg fluorescentnog materijala unutar sijalice. Od tog vremena, fluorescentne sijalice su bile predstavljene u svakodnevnom životu ljudi.Kasnije, dr W. L. Enfield 1934. godine je dobio izveštaj od dr A. H. Cromptona o upotrebi fluorescentno preklopljenih sijalica. Odmah je Enfield formirao istraživački tim i počeo je da stvara komercijalne fluorescentne sijalice. 1935. godine njihov tim je proizveo prototip zelene fluorescentne sijalice čija je efikasnost bila oko 60%.
Dva i po godina kasnije, fluorescentne sijalice su bile predstavljene u bijeloj i šest drugih boja na tržištu. Različite mješavine fosfora praha koriste se za proizvodnju različitih boja iz fluorescentnih sijalica. Prva sijalica je bila predstavljena sa 15, 20 i 30 W u dužini od 18 inča, 25 inča i 36 inča.
Uskoro poslije toga, 40 W T12, 4-ft sijalica je bila predstavljena i široko korištena za osvetljenje ureda, škola, industrija. Ranije sijalice davale su nešto žutišavu svetlost do 3500K. Kasnije, razvijene su 6500K dnevne sijalice na način da proizvode svetlost koja simulira prosečnu sjajnu svjetlost sjevernog neba na zamračeno nebo.
