Физическая сущность работы люминесцентной лампы
Как было выяснено, лампы накаливания, основанные на принципе теплового излучения, имеют весьма низкий коэффициент полезного действия. Усилия ученых в изыскании более экономичных источников света привели к созданию люминесцентной лампы, которая основана на совершенно ином принципе, чем лампа накаливания. В создании люминесцентной лампы большая заслуга советских ученых во главе с акад. С. И. Вавиловым.
Работа люминесцентной лампы основана на использовании ультрафиолетового излучения в парах ртути низкого давления, наполняющих колбу лампы, при прохождении через них электрического тока с последующим его преобразованием (посредством специальных кристаллических веществ — люминофоров) в видимое световое излучение.
Рассмотрим физическую сущность процесса зажигания люминесцентной лампы. Из стеклянной цилиндрической трубки, запаянной с обоих концов, удален воздух, а вместо него введено небольшое количество чистого газа — аргона и капля ртути. На внутренней поверхности трубки нанесен тонкий слой светочувствительного порошка — люминофора. Газ, находящийся в трубке до подключения электрического тока, является хорошим изолятором, поскольку атомы и молекулы газа в обычных условиях представляют собой нейтральные незаряженные частицы. Для прохождения электрического тока через газ необходимо создать в нем искусственную электрическую проводимость, которая достигается ионизацией.
Ионизацию газа можно осуществить, если к электродам, расположенным по обоим концам трубки, приложить определенное напряжение, при котором между электродами возникнет электрическое поле. Под действием электрического поля свободные электроны и заряженные частицы — ионы, существующие всегда в газе наряду с нейтральными атомами и молекулами, начнут перемещаться в разреженной среде трубки. Приобретая при пробеге достаточную кинетическую энергию, электроны и ионы при непрерывном столкновении с нейтральными атомами и молекулами газа образуют новые электроны и ионы. Такой процесс ионизации газовой среды происходит в газоразрядной лампе с холодными электродами (газосветные лампы при напряжении порядка 10—11 кВ).
В люминесцентных лампах, изготовляемых для работы на низком напряжении, процесс ионизации газа под действием электрического поля ничтожен. В основном ионизация газа происходит за счет свободных электронов, испускаемых электродами, нагретыми до 800° С (термоэлектронная эмиссия). Электроны при своем движении бомбардируют нейтральные атомы газа и превращают их в ионы, обладающие электрическим зарядом. Процесс ионизации газа непрерывно возрастает, а следовательно, возрастает его электрическая проводимость. Наконец, наступает момент, когда в лампе возникает электрический разряд, сначала в атмосфере разреженного аргона, а затем в парах ртути, вызывая сильное ультрафиолетовое излучение. Падая на порошкообразный светочувствительный слой люминофора, покрывающий всю внутреннюю поверхность трубки, ультрафиолетовое излучение преобразовывается в видимое световое излучение, проникающее через стеклянные стенки трубки в окружающее пространство.
Конструкция люминесцентной лампы
Люминесцентная лампа низкого давления представляет собой цилиндрическую трубку из прозрачного стекла, на внутренней поверхности которой нанесен слой люминофора. В качестве люминофоров применяются вольфраматы магния и кальция, силикат цинка, борат кадмия и другие материалы. Длина и диаметр трубки определяются мощностью лампы и напряжением, на которое она рассчитана. По обоим концам трубки в цоколях смонтированы вольфрамовые биспиральные электроды. Для повышения активности электродов (электронной эмиссии) вольфрамовая спираль покрывается 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, предназначенный для облегчения зажигания лампы. На рис. 15.3 представлен внешний вид люминесцентной лампы.
Рис. 15.3. Внешний вид люминесцентной лампы
Типы люминесцентных ламп
Применяя различные люминофоры, можно получить люминесцентные лампы с различной цветностью излучения. В зависимости от цвета излучаемого света промышленностью выпускаются следующие типы люминесцентных ламп:
а) лампы дневного света (сокращенно обозначается ЛД и ЛДЦ*);
б) лампы белого света (сокращенно ЛБ);
в) лампы тепло-белого света (сокращенно ЛТБ);
г) лампы холодно-белого света (сокращенно ЛХБ).
Лампы ЛД и ЛДЦ воспроизводят дневной свет, близкий к свету затянутого облаками неба (свет пасмурного дня). При горении эти лампы приобретают сине-голубую окраску. Вследствие того, что излучаемый лампами свет приближается к дневному естественному свету, они с достаточной точностью воспроизводят цвета освещаемых ими предметов. Поэтому их особенно целесообразно устанавливать в помещениях, в которых требуется точное различие цветов и оттенков.
Лампы ЛБ по составу излучаемого светового потока находятся между лампами накаливания и лампами ЛД. При горении они приобретают белую окраску. Лампы ЛБ не обеспечивают точной цветопередачи, однако они более экономичны, чем лампы ЛД.
Лампы ЛХБ по спектральному составу занимают среднее положение между лампами ЛД и ЛБ. Они наравне с лампами ЛД могут применяться в некоторых случаях для освещения помещений, в которых требуется различение цветных оттенков.
Лампы ЛТБ, излучающие белый свет с розоватым оттенком, придают освещенным помещениям вид парадности и уюта. При этом свете человеческие лица выглядят более естественными, чем при освещении другими типами люминесцентных ламп.
*Индекс Ц означает — лампа с улучшенной цветопередачей.
Световые и электрические характеристики люминесцентных ламп низкого давления, выпускаемые нашими заводами, указаны в ГОСТ 6825—61.
