3.1 Устройство люминесцентной лампы

Люминесцентная лампа низкого давления представляет собой цилиндрическую стеклянную колбу 2 (рис. 1), на концах которой в цоколях 1 вмонтированы штыревые токоподводы 5. В оба цоколя 1 лампы через стеклянные ножки впаяны оксидированные электроды 6, выполненные в виде моноспирали из вольфрама.

На внутреннюю поверхность по всей ее длине нанесен тонкий слой твердого кристаллического порошкообразного вещества – люминофора 4. Люминофо-ром является галофосфат кальция, дозированный марганцем и сурьмой. Изменяя пропорцию состава люминофора можно получить люминесцентные лампы с различной цветностью излучения светового потока. После откачки воздуха при изготовлении лампы внутрь колбы вводится капля ртути (масса зависит от размеров трубки), которая при работе лампы переходит в парообразное состояние 3. Также вводится небольшое количество чистого газа – аргона, для уменьшения процесса испарения вольфрамовых электродов и ускорения зажигания лампы.

3.2 Разновидности люминесцентных ламп

Длина и диаметр стеклянной трубки определяются мощностью лампы и напряжением, на которое она рассчитана и выпускаются с диаметром 40, 26 и 16 мм.

По форме различаются линейные, U-образные, кольцевые, а также компактные. Светоотдача люминесцентных ламп составляет примерно 40, 50, 60, 80 лм/Вт и более. Выпускаются люминесцентные лампы мощностью 20, 30, 40, 80 Вт с колбой диаметром 40 мм и улучшенной конструкции 18, 36, 58 Вт с колбой диаметром 26 мм.

3.3 Маркировка, преимущества и недостатки люминесцентных ламп

Маркировка люминесцентных ламп низкого давления содержит буквенное обозначение, начинающееся с буквы Л (люминесцентная) и второй буквы, раскрывающей особенности ее спектра излучения: Б — белая, ТБ — тепло-белая, ХБ — холодно-белая, Д — дневная, Е — естественная, БЕ — белая естественная, ХЕ — холодная естественная. Ц — с повышенной цветопередачей, УФ — ультрафиолетовая, Ф — фотосинтезная, Р — рефлекторная, У — U – образная, К – кольцевая. После буквенного обозначения следуют цифры, указывающие мощность лампы в ваттах, и через дефис — номер разработки. Например, ЛБР-80 — лампа люминесцентная белая рефлекторная мощностью 80 Вт.

Преимущества люминесцентных ламп: по сравнению с лампами накаливания обеспечивает такой же световой поток, но потребляют в 4-5 раз меньше энергии; имеют световую отдачу до 100 лм/Вт; имеют широкий диапазон цветности; имеют низкую температуру колбы; повышенный срок службы (до 20 тыс. час.).

Недостатки люминесцентных ламп: снижает световой поток при повышенных температурах; содержит ртуть (в количестве 40-60 мг), которая требует повышенных мер предосторожности при утилизации; имеет повышенный коэффициент пульсации светового потока с частотой 100 Гц; люминесцентные лампы не приспособлены к работе при низких температурах воздуха.

3.4 Тлеющий и дуговой разряды

1. Отсутствие свечения в зоне 1 обусловлено тем, что электроне не имеют достаточную кинетическую энергию для возбуждения атомов газа.

2. В зоне 2 электроны тратят часть энергии, полученной в 1 зоне , для возбуждения атомов газа. Спектр свечения состоит в основном из резонансных линий атомов газа или паров металла, находящихся в разрядном промежутке.

3. В зоне 3 (пространство Крукса) наблюдается концентрация положительных ионов, создающих положительный пространственный заряд, что вызвано более медленной диффузией ионов по сравнению с электронами. В этой зона наблюдается слабое свечение.

4. В зоне 4 (область отрицательного тлеющего разряда) электроны обладают очень большими энергиями, что приводит к ионизации атомов. Ионизация сопровождается рекомбинацией и излучением, т.к. в этой области плотности ионов и электронов значительны. Свечение за счет возбуждения атомов играет второстепенную роль.

5. В зоне 5 (пространство Фарадея) отрицательное тлеющее катодное свечение снижается по направлению к аноду, что объясняется уменьшением концентрации электронов и постепенным увеличением их скорости.

6. Положительный столб (зона 6) обладает большой протяженностью и высокой яркостью, в котором характерно хаотическое движение частиц. В зонах 1 – 5 – движение частиц преимущественно направленное.

7. Анодное темное пространство, за которым при определенных условиях лежит тонкая пленка анодного свечения.

Лампы подключаются к источнику питания через токоограничительный резистор так, чтобы ток через лампу был не более 1мА (типичное значение для миниатюрных ламп), однако, понижение силы тока до 0,1...0,2 мА значительно продлевает срок службы лампы. Напряжение зажигания лампы обычно не более 100 вольт, напряжение гашения порядка 40-65 вольт. Срок службы — 80 000 часов или более (ограничен поглощением газа стеклом колбы и потемнением колбы от распылённых электродов.

Дуговой разряд отличается от тлеющегося высокой плотностью тока на катоде (10-1000 мА/м² ) и малым катодным падением потенциала (5 – 15 В). Давление рабочего вещества от 10 до 10⁸ Па; токи – от десятых долей до сотен А. Столб дугового разряда низкого давления подобен столбу тлеющего разряда при одинаковых значениях давления, диаметра трубки и тока. В ЛЛ стационарного действия наиболее широко используется дуговой разряд.

Н а рисунке: a – тлеющий разряд;

b – дуговой разряд.

При низком давлении газа или пара (до нескольких сотен Па) и малой плотности тока (до 1 А/см²) свечение заполняет все сечение трубки, слегка спадая к стенкам. Яркость свечения невелика. Градиент потенциала составляет от долей до нескольких В/см. При увеличении давления выше нескольких кПа растет градиент потенциала, яркость свечения увеличивается, и разряд стягивается к оси. Одновременно с ростом давления и плотности тока происходит перераспределение излучения по спектру.

П лотность электрического тока в газоразрядной трубке зависит от концентрации n⁺ и n ^– положительных и отрицательных зарядов

где скорости упорядоченного движения отрицательных и положи-тельных зарядов.

У порядоченная (дрейфовая) скорость носителей заряда каждого знака пропорциональна напряженности электрического поля  Е

где коэффициент пропорциональности b между скоростью носителей заряда u и напряженностью поля E называется подвижностью носителей заряда.

Подвижность электронов примерно на три порядка больше, чем у ионов, поэтому ток в газе, создается в основном электронами.

По физической природе столб разряда представляет собой низкотемпературную плазму, в котором концентрации положительных и отрицательных зарядов равны. Концентрация электронов (и ионов) в столбе стационарного разряда составляет 10^-4 - 10^-2 концентрации нейтральных атомов.