Изучение люминесцентной лампы

Задание 1

Цель работы: Изучение принципа работы и конструкции люминесцентной лампы.

Лампа накаливания большую часть энергии излучает в виде инфракрасных лучей, поэтому коэффициент световой Отдачи этих ламп незначителен. Коэффициент К световой отдачи определяется как отношение полного светового потока Ф в видимом диапазоне длин волн, излучаемого лампой, к полной мощности W подводимой к лампе: К = Ф / W.

Широкое применение нашли люминесцентные лампы, обладающие возможностью получения видимого света с высокими значениями К и требуемого на перед заданного спектрального состава с целью обеспечения гигиены зрения. Люминесцентная лампа (рис.2) представляет собой стеклянную цилиндрическую трубку, наполненную парами ртути и инертным газом. Давление паров ртути составляет приблизительно 1 Па (0,009 мм рт. ст.) и инертного газа около 500 Па (4 мм. рт. ст.).

Рис 2. Конструкция люминесцентной пампы Э - электрод, Л - слой люминофора на внутренних стенках разрядной трубки.

В концы трубки впаяны два электрода Э, представляющие собой накаливаемые нити из вольфрама. Внутренние стенки лампы покрыты слоем люминофора. Инертный газ облегчает процесс инициирования (поджига) и поддержания разряда, предохраняет катоды от разрушения и способствует увеличению возбуждения резонансных линий ртути, которые используются при возбуждении люминофора.

Люминесцентные лампы общего назначения мощностью от 4 до 80 Вт выпускаются серийно. По цветности и спектральному составу их делят на лампы дневного света - ЛД, белого цвета - ЛБ, холодного белого цвета - ЛХБ, тепло-белого цвета - ЛТБ, розового цвета - ЛР, голубого цвета - ЛГ, красного и желтого - ЛК, ЛЖ,

Световой поток ламп лежит в пределах от 90 лм до 10 000 лм при сроке службы до 10000 часов. Наиболее высокие световые параметры имеют лампы типа ЛБ. Лампа ЛД предназначена для осветительных установок, где требуется различать хорошо цвета изделий (текстильная промышленность, полиграфия). Лампа типа ЛО, ЛГ, ЛЖ, ЛК используются для декоративного и театрального освещения

По форме трубки разделяют на прямолинейные, U - образные, кольцеобразные, квадратные и W - образные

Для включения и регулировки люминесцентных ламп служит пускорегулирующая аппаратура (ПРА), которая входит в комплект лампы.

Принципиальная схема включения лампы в сеть показана на рис 3

Рис 3 Схема включения лампы в сеть Др - дроссель, Ст – стартер

Последовательно о электродами лампы включается дроссель Др и параллельно лампе подсоединяется стартер Ст, представляющий собой миниатюрную разрядную трубку, наполненную неоном. Один из электродов стартера никелевый, а другой изготовлен из биметаллической пластины. Напряжение зажигания разряда стартера ниже напряжения питания сети.

При включении в сеть электрический разряд в лампе не возникает, так как напряжение его зажигания при холодных электродах около 1000 В. В первый момент разряд зажигается между электродами стартера Ст. В результате нагревания током разряда биметаллическая пластина изгибается и касается второго электрода стартера Электроды лампы при этом включаются последовательно в сеть и нагреваются протекающим через них током. Через некоторый момент времени, определяемый свойствами биметаллической пластины, из-за прекращения разряда в стартере пластина охлаждается и распрямляется и размыкает цепь лампы. При размыкании цепи вследствие явления самоиндукции на дросселе возникает импульс напряжения, повышающий напряжение на электродах лампы.

При протекании тока через электроды лампы нагретая нить (катод) испускает электроны (явление термоэлектронной эмиссии), в результате чего величина импульса с дросселя оказывается достаточной для зажигания разряда в лампе. Далее напряжение на дросселе падает, что приводит к уменьшению напряжения на трубке и напряжения на стартере и разряд в стартере гаснет.

Под действием электрического поля электроны, испускаемые нагретым катодом К (рис. 2), приобретают кинетическую энергию, достаточную для возбуждения атомов ртути. Атомы инертного газа при этом не возбуждаются, так как для этого требуется большая энергия. Например, энергия, требуемая для возбуждения атомов ртути, равна 4,86 и 6,67 Эв., а для возбуждения атомов аргона-11,5 и 11,773 Эв.

Возбужденные атомы ртути, переходя в нормальное состояние, излучают фотоны (электролюминесценция). При электрическом разряде в парах ртути низкого давления на видимое излучение приходится только 2% израсходованной электрической энергии, а на ультрафиолетовое резонансное излучение с длинами волн 185 и 253,7 мм - 55%. Для преобразования ультрафиолетового излучения в видимый свет используются такие люминофоры, как вольфрамат магния, цинкбериллиевый силикат и др. Подбором материала люминофора получают необходимую светоотдачу. В результате такого преобразования на видимый свет приходится уже 22% подводимой: энергии.

Задание 2.