Лампа дневного світла та принцип роботи лампи дневного світла
Що таке ртутна лампа?
Ртутна лампа — це легка ртутна парова лампа, яка використовує флуоресценцію для створення видимого світла. Електричний струм в газі активує пари ртути, які випромінюють ультрафіолетове випромінення через процес розряду, і це ультрафіолетове випромінення спричиняє те, що фосфорне покриття внутрішньої стінки лампи випромінює видиме світло.
Ртутна лампа ефективніше перетворює електричну енергію на корисну світлову енергію, ніж лампи накалу. Середня світлова ефективність систем освітлення ртутними лампами становить 50-100 люменів на ватт, що кілька разів перевищує ефективність ламп накалу з однаковою світловою продуктивністю.
Як працює ртутна лампа?
Перед тим, як розглянути принцип роботи ртутної лампи, спочатку подивимось на схему ртутної лампи, або, іншими словами, схему лінійної лампи.
Тут ми підключаємо один баласт, один вимикач, і живлення під'єднується послідовно, як показано. Потім ми підключаємо ртутну трубку і стартер поперек неї.
Коли ми вмикаємо живлення, повне напруга прикладається до лампи, а також до стартера через баласт. Але в цей момент, немає розряду, тобто, немає світлового виходу з лампи.
В цей момент, коли прикладається повна напруга, спочатку встановлюється розряд в стартері. Це тому, що відстань між електродами в неоновій кульці стартера значно менша, ніж у ртутній лампі.
Потім газ всередині стартера іонізується через цю повну напругу і нагріває біметалевий стрижень. Це призводить до того, що біметалевий стрижень згортається і з'єднується з фіксованим контактом. Тепер, струм починає протікати через стартер. Хоча потенціал іонізації неону більший, ніж аргону, але через малу відстань між електродами, високий градієнт напруги з'являється в неоновій кульці, і тому розряд починається спочатку в стартері.
Як тільки струм починає протікати через з'єднані контакти неонової кульки стартера, напруга по неоновій кульці знижується, оскільки струм призводить до спаду напруги по индуктору (баласту). При зниженій або відсутній напругі по неоновій кульці стартера, газовий розряд більше не відбувається, і тому біметалевий стрижень охолоджується і відокремлюється від фіксованого контакту. В момент роз'єднання контактів в неоновій кульці стартера, струм переривається, і тому в цей момент, великий напружений стрибок приходить на індуктор (баласт).
Цей високої величини стрибок напруги приходить на електроди ртутної лампи (лінійної лампи) і вражає суміш Пеннінга (суміш аргону та пар ртути).
Процес газового розряду починається і триває, і тому струм знову отримує шлях для протікання через саму ртутну лампу (лінійну лампу). Під час розряду суміші Пеннінга опір, який надає газ, нижчий, ніж опір стартера.
Розряд ртутних атомів створює ультрафіолетове випромінення, яке, в свою чергу, стимулює фосфорне порошкове покриття, щоб випромінювати видиме світло.
Стартер стає неактивним під час світання ртутної лампи (лінійної лампи), оскільки струм не проходить через стартер у цьому стані.
Фізика за ртутною лампою
Коли достатньо висока напруга прикладається до електродів, створюється сильне електричне поле. Мала кількість струму, що проходить через електроди, нагріває спіраль електрода. Оскільки спіраль покрита оксидом, виробляється достатня кількість електронів, і вони рушать від від'ємного електрода (катоду) до додатного електрода (аноду) завдяки цьому сильному електричному полю. Під час руху вільних електронів встановлюється процес розряду.
Основний процес розряду завжди включає три кроки:
Вільні електрони отримуються з електродів, і вони прискорюються застосованим електричним полем.
Кінетична енергія вільних електронів перетворюється на енергію збудження атомів газу.
Енергія збудження атомів газу перетворюється на випромінення.
У процесі розряду при низькому тиску пар ртути створюється одна ультрафіолетова спектральна лінія 253,7 нм. Для генерації ультрафіолетового променя 253,7 нм температура колби підтримується між 105 до 115oF.
Співвідношення довжини до діаметра трубки має бути таким, щоб відбувалася фіксована втрати потужності на обох кінцях. Там, де відбувається ця втрата потужності або засвітлення електродів, називається областю падіння катоду і аноду. Ця втрата потужності дуже мала.
Знову ж таки, катоди повинні бути покриті оксидом. Горячий катод забезпечує багато вільних електронів. Горячі катоди, це ті електроди, які нагріваються циркулюючим струмом, і цей циркулюючий струм надається дrossелем або регулювальним пристроєм. Деякі лампи мають також холодні катоди. Холодні катоди мають більшу ефективну площу і вищу напругу, таку як 11 кВ, яка прикладається до них для отримання іонів. Газ починає розрядитися через це високе напругове застосування. Але при 100-200 В падіння катоду відокремлюється від катоду, це називається падінням катоду. Це забезпечує велику кількість іонів, які прискорюються до аноду, щоб створити вторинні електрони при ударі, які, в свою чергу, створюють більше іонів. Але падіння катоду в горячому катодному розряді становить лише 10 В.
Історія та винахід ртутної лампи
У 1852 році сір Джордж Стокс виявив перетворення ультрафіолетового випромінення на видиме випромінення.
З цього часу до 1920 року було проведено різні експерименти для розвитку низько- та високотискових електричних розрядів у парах ртути та натрію. Але всі ці схеми були неефективними для перетворення ультрафіолетового випромінення на видиме. Це було тому, що електроди не могли виділити достатньо електронів для встановлення дугового розряду. Знову ж таки, багато електронів зіштовхувалися з атомами газу, і це було пружним. Тому збудження не створило спектральної лінії, яка могла б бути використана. Але дуже мало роботи було зроблено над ртутними лампами.
Але в 1920-х роках сталася велика проривна подія. Було виявлено, що суміш пар ртути та інертного газу при низькому тиску ефективна на 60% для перетворення електричної входної потужності в одну спектральну лінію при 253,7 нм.
Ультрафіолетове випромінення перетворюється на видимі світлові промені за допомогою відповідного флуоресцентного матеріалу всередині лампи. З цього часу ртутні лампи почали впроваджуватися в повсякденне життя людей.Пізніше, д-р В. Л. Ен
