لامپ فلورسنت و اصول کار آن

لامپ فلورسنت و اصول کار آن

لامپ فلورسنت یک لامپ بخار جیوه کم وزن است که از فلورسانس برای ارائه نور مرئی استفاده می کند. یک جریان الکتریکی در گاز بخار جیوه را انرژی می دهد که پرتو فرابنفش را از طریق فرآیند تخلیه می رساند و پرتو فرابنفش باعث می شود که پوشش فسفری دیواره داخلی لامپ نور مرئی بتاباند.


لامپ فلورسنت یک لامپ بخار جیوه کم وزن است که از فلورسانس برای ارائه نور مرئی استفاده می کند. لامپ فلورسنت، خنک‌تر و کارآمدتر از لامپ‌های رشته‌ای، که با فلورسانس یک پوشش فسفر نور تولید می‌کند. یک لامپ فلورسنت از یک لوله شیشه ای پر شده با مخلوطی از آرگون و بخار جیوه تشکیل شده است. الکترودهای فلزی در هر انتها با یک اکسید خاکی قلیایی پوشانده شده اند که به راحتی الکترون ها را منتشر می کند. هنگامی که جریان از گاز بین الکترودها عبور می کند، گاز یونیزه می شود و تابش فرابنفش ساطع می کند. داخل لوله با فسفر پوشانده شده است، موادی که اشعه ماوراء بنفش را جذب می کنند و فلورسانس می کنند (انرژی را دوباره به صورت نور مرئی تابش می کنند).
از آنجا که یک لامپ فلورسنت نور را از طریق گرم کردن مداوم یک رشته فلزی تامین نمی کند، برق بسیار کمتری نسبت به یک لامپ رشته ای مصرف می کند - طبق برخی برآوردها فقط یک چهارم برق یا حتی کمتر. با این حال، در ابتدا تا چهار برابر ولتاژ کاری یک لامپ فلورسنت، زمانی که لامپ روشن است، نیاز است تا گاز هنگام راه اندازی یونیزه شود. این ولتاژ اضافی توسط دستگاهی به نام بالاست تامین می شود که پس از یونیزه شدن گاز نیز ولتاژ کاری کمتری را حفظ می کند. در لامپ‌های فلورسنت قدیمی‌تر، بالاست در لامپ، جدا از لامپ قرار دارد و باعث زمزمه یا وزوز شنیداری می‌شود که اغلب با لامپ‌های فلورسنت همراه است. در لامپ های فلورسنت فشرده جدیدتر (CFLs)، که در آن لوله فلورسنت به شکلی شبیه به یک لامپ رشته ای پیچیده می شود، بالاست درون فنجان در پایه مجموعه لامپ قرار می گیرد و از قطعات الکترونیکی ساخته شده است که باعث کاهش یا حذف می شود. صدای وزوز گنجاندن یک بالاست در هر لامپ جداگانه، هزینه لامپ را افزایش می دهد، اما هزینه کلی برای مصرف کننده به دلیل کاهش مصرف انرژی و طول عمر طولانی تر CFL همچنان پایین تر است.
یک جریان الکتریکی در گاز بخار جیوه را انرژی می دهد که پرتو فرابنفش را از طریق فرآیند تخلیه می رساند و پرتو فرابنفش باعث می شود که پوشش فسفری دیواره داخلی لامپ نور مرئی بتاباند.

 

اصول کار یک لامپ فلورسنت

 

قبل از بررسی اصول کار یک لامپ فلورسنت، ابتدا مدار یک لامپ فلورسنت به عبارت دیگر مدار نور لوله را نشان می دهیم.

در اینجا یک بالاست و یک سوئیچ وصل می کنیم و منبع تغذیه مطابق شکل سری است. سپس لوله فلورسنت و یک استارت را در سراسر آن وصل می کنیم.
هنگامی که منبع تغذیه را روشن می کنیم، ولتاژ کامل از طریق لامپ و همچنین از طریق بالاست در سراسر استارت می آید. اما در آن لحظه، هیچ تخلیه ای اتفاق نمی افتد، یعنی خروجی لومن از لامپ وجود ندارد.
در آن ولتاژ کامل ابتدا تخلیه تابش در استارت برقرار می شود. این به این دلیل است که شکاف الکترودها در لامپ نئون استارت بسیار کمتر از لامپ فلورسنت است.
سپس گاز داخل استارت در اثر این ولتاژ کامل یونیزه می شود و نوار دو فلزی را گرم می کند. این باعث خم شدن نوار دو فلزی برای اتصال به تماس ثابت می شود. اکنون، جریان از طریق استارت شروع به عبور می کند. اگرچه پتانسیل یونیزاسیون نئون بیشتر از آرگون است، اما به دلیل شکاف کوچک الکترود، یک گرادیان ولتاژ بالا در لامپ نئون ظاهر می شود و از این رو تخلیه درخشش ابتدا در استارت شروع می شود.
به محض اینکه جریان شروع به عبور از کنتاکت های لمس شده لامپ نئون استارت می کند، ولتاژ در سراسر لامپ نئون کاهش می یابد زیرا جریان باعث افت ولتاژ در سلف (بالاست) می شود. در ولتاژ کاهش یافته یا بدون ولتاژ در سراسر لامپ نئون استارت، دیگر تخلیه گازی وجود نخواهد داشت و از این رو نوار دو فلزی سرد می شود و از تماس ثابت جدا می شود. در زمان شکستن کنتاکت ها در لامپ نئون استارت، جریان قطع می شود و از این رو در آن لحظه، یک موج ولتاژ بزرگ به سلف (بالاست) می رسد.
این ولتاژ بالا با ارزش بالا به الکترودهای لامپ فلورسنت (نور لوله) برخورد می کند و به مخلوط پنینگ (مخلوط گاز آرگون و بخار جیوه) برخورد می کند.
فرآیند تخلیه گاز شروع می شود و ادامه می یابد و از این رو جریان دوباره مسیری برای عبور از لوله لامپ فلورسنت (نور لوله) پیدا می کند. در هنگام تخلیه مخلوط گاز پنینگ، مقاومت ارائه شده توسط گاز کمتر از مقاومت استارتر است.
تخلیه اتم های جیوه تابش فرابنفش تولید می کند که به نوبه خود پوشش پودر فسفر را برای تابش نور مرئی تحریک می کند.
استارت در هنگام روشن شدن لامپ فلورسنت (نور لوله) غیرفعال می شود زیرا در آن شرایط هیچ جریانی از استارت عبور نمی کند.

 

تاریخچه و اختراع لامپ فلورسنت


در سال 1852، سر جورج استوکس تبدیل تابش اشعه ماوراء بنفش به تابش مرئی را کشف کرد. از این زمان تا سال 1920 انواع مختلفی از آزمایش‌ها برای ایجاد تخلیه‌های الکتریکی فشار پایین و بالا در بخار جیوه و سدیم انجام شده بود. اما تمام مدارهای توسعه‌یافته برای تبدیل پرتوهای فرابنفش به پرتو مرئی ناکارآمد بودند. به این دلیل بود که؛ الکترودها نمی توانند الکترون های کافی برای ایجاد پدیده تخلیه قوس ساطع کنند. دوباره بسیاری از الکترون ها با اتم های گاز برخورد کردند و این حالت کشسان بود. بنابراین تحریک خط طیفی برای استفاده ایجاد نکرد. اما کار بسیار کمی روی لامپ های فلورسنت انجام شد.
اما در دهه 1920، یک پیشرفت بزرگ اتفاق افتاد. این واقعیت کشف شده است که مخلوط بخار جیوه و گاز بی اثر در فشار کم 60 درصد برای تبدیل توان الکتریکی ورودی به یک خط طیفی منفرد در 253.7 نانومتر کارآمد است. با استفاده از مواد فلورسنت مناسب در داخل لامپ، اشعه فوق‌العاده نافذ به پرتوهای نور مرئی تبدیل می‌شود. از این زمان لامپ فلورسنت سنگفرش شد تا در زندگی روزمره مردم معرفی شود.
بعداً، دکتر W. L. Enfield در سال 1934 گزارشی از دکتر A. H. Crompton در مورد استفاده از لامپ فلورسنت با روکش فلورسنت دریافت کرد. بلافاصله یک تیم تحقیقاتی توسط Enfield ایجاد شد و شروع به ایجاد لامپ فلورسنت تجاری کرد. در سال 1935 تیم آنها نمونه اولیه لامپ فلورسنت سبز را تولید کردند که بازدهی حدود 60 درصد داشت.
پس از گذشت دو سال و نیم، لامپ های فلورسنت به رنگ سفید و شش رنگ دیگر به بازار عرضه شدند. از مخلوط های مختلف پودر فسفر برای تولید رنگ های مختلف از لامپ های فلورسنت استفاده می شود. اولین لامپ با توان های 15، 20 و 30 وات در طول های 18، 25 و 36 اینچ معرفی شده بود.
خیلی زود پس از 40 وات T12، لامپ 4 فوتی معرفی شد و به طور گسترده در روشنایی ادارات، مدارس و صنعت استفاده شد. لامپ های اولیه نور را تا حدودی مایل به زرد به 3500K می دادند. بعداً، لامپ‌های نور روز 6500K به گونه‌ای ساخته می‌شوند که نوری برای شبیه‌سازی میانگین نور آسمان شمال در آسمان ابری تولید می‌کنند.
عموماً لامپ‌های 4 فوتی با قطر 1.5 اینچ و 40 وات در سال 1940 در بازار موجود بودند. اما به تدریج طراحی برای استفاده بهتر از آن تغییر یافت. در قوس، قسمت تخلیه لامپ ها تغییر کرده است. اما آرگون با وجود فشاری که تا حدودی کمتر از فشار قبلی است همچنان استفاده می شود. بخار جیوه در همان فشار قبلی باقی می ماند. این لامپ به 425 میلی آمپر با افت ولتاژ 100 تا 105 ولت نیاز دارد.


نظرات کاربران
ارسال نظر