В предыдущей статье мы рассматривали лампы накаливания, основанные на принципе теплового излучения. Главной проблемой ламп накаливания является их низкий КПД. Усилия ученых в поиске более экономичных источников света привели к созданию люминисцентных ламп.
Физическая сущность работы люминисцентных ламп
Работа данного электрического устройства основана на использовании ультрафиолетового излучения в парах ртути низкого давления, которая наполняет колбу лампы. При прохождении электрического тока через пары ртути происходит его преобразование (с помощью специальных кристаллических веществ — люминифоров) в видимое световое излучение.
Сущность процесса зажигания люминисцентной лампы заключается в следующем. Из стеклянной трубки, запаянной с обоих концов, удален воздух, а вместо него вводится небольшое количество чистого газа – аргона и капля ртути. На внутренний слой трубки наносят тонкий слой светочувствительного порошка – люминифора. Газ, который находится в трубке до подачи электрического тока, является хорошим изолятором, так как молекулы и атомы газа в обычных условиях представляют собой нейтрально заряженные частицы. Для прохождения электрического тока через газ нужно создать в нем искусственную электрическую проводимость, которая достигается ионизацией.
Ионизацию газа осуществляют путем подключения к электродам, расположенным по обоим концам трубки, напряжения определенной величины, при котором между электродами возникнет электрическое поле. Заряженные частицы – ионы и свободные электроны под действием электрического поля начнут перемещаться в разреженной среде трубки. При пробеге электроны и ионы приобретают достаточное количество кинетической энергии, которые при столкновении с нейтральными атомами и молекулами газа образуют новые ионы и электроны. Такой процесс ионизации газовой среды происходит в газоразрядной лампе с холодными электродами (газосветные лампы при напряжении порядка 10 – 11 кВ).
В люминисцентных лампах, предназначенных для работы на низком напряжением, процесс ионизации газа под действием электрического поля ничтожен. В основном ионизация газа происходит за счет свободных электронов, испускаемых электродами, нагретыми до 800 0С (термоэлектронная эмиссия). Электроны «бомбардируют» нейтральные атомы газа и превращают их в ионы, обладающие электрическим зарядом. Процесс ионизации газа непрерывно возрастает и, следовательно, возрастает его электрическая проводимость. В конце концов наступает момент, когда в лампе возникает электрический разряд, сначала в атмосфере разреженного аргона, а затем и в парах ртути, вызывая сильное ультрафиолетовое излучение. Попадая на светочувствительный порошкообразный слой люминифора, покрывающий всю внутреннюю поверхность трубки, ультрафиолетовое излучение преобразуется в видимое световое излучение, которое проникает через стеклянные стенки трубки в окружающее пространство.
Конструкция люминисцентной лампы
Люминисцентная лампа низкого давления состоит из цилиндрической трубки, изготовленной из прозрачного стекла, на внутреннюю поверхность которой наносят слой люминифора. В качестве люминифоров применяют вольфраматы магния и кальция, борат кадмия, силикат цинка и другие материалы. Диаметр и длина трубки определяется напряжением и мощностью лампы. По обоим концам трубки в цоколях смонтированы вольфрамовые биспиральные электроды. Для повышения активности электродов (электронная эмиссия) вольфрамовые спирали покрывают тонким слоем окислов щелочноземельных металлов (бария, стронция, кальция). После удаления воздуха внутрь лампы вводятся 20 – 30 мг (капля) ртути и под небольшим давлением (4 мм рт. ст.) аргон, назначением которого является облегчение процесса зажигания лампы. Ниже показан внешний вид люминисцентной лампы:
Применяя различные люминифоры, можно получить люминисцентные лампы с различным цветовым излучением. В зависимости от цвета, люминисцентные лампы подразделяют на:
- Лампы дневного цвета (сокращенно ЛД или ЛДЦ);
- Лампы белого цвета (ЛБ);
- Лампы тепло-белого цвета (ЛТБ);
- Лампы холодно-белого цвета (ЛХБ);
ЛД и ЛДЦ воспроизводят дневной цвет, близкий к цвету затянутого облаками неба (пасмурный день). При горении эти лампы приобретают сине-голубую окраску. Поскольку световое излучение таких устройств близится к дневному свету, то они с достаточной точностью воспроизводят цвета освещаемых ими предметов. Особенно актуальной становится их установка в помещениях, где необходимо точное воспроизведение цветов и оттенков.
ЛБ по составу излучаемого светового потока находятся между лампами накаливания и ЛД. При горении они приобретают белую окраску. ЛБ не обеспечивают точной цветопередачи, однако они более экономичны, чем лампы ЛД.
По спектральному составу ЛХБ занимают среднее положение между ЛД и ЛБ. Они наравне с ЛД могут применяться в некоторых случаях для освещения помещений, в которых требуется различие цветных оттенков.
ЛТБ излучают белый цвет с розоватым оттенком, чем придают освещенным помещениям вид уюта и парадности. При таком свете человеческие лица выглядят более естественными, чем при освещении другими видами люминисцентных ламп.
