Люминесцентные лампы

Если на лампу подано напряжение, превышающее напряжение зажигания, то между электродами происходит разряд, ток которого должен ограничиваться дополнительными внешними компонентами. Колба лампы заполнена инертным газом, но в ней постоянно находятся ртутные пары, объем которых зависит от температуры самого холодного участка колбы. Частицы ртути ионизируются при разряде быстрее частиц инертного газа, поэтому свечение лампы и проходящий через нее ток определяются именно ртутью.

Меры, обеспечивающие увеличение доли видимого излучения

В ртутных лампах низкого давления доля излучения составляет не более двух процентов от мощности самого разряда, а светоотдача разряда — лишь 5–7 лм/Вт. Однако больше половины мощности разряда преобразуется в ультрафиолет с волнами длиной 254 и 185 нм. Из курса физики известно, что при сокращении длины волны излучения увеличивается энергия этого излучения. С помощью люминофоров можно преобразовать одно излучение в другое, причем в соответствии с законом сохранения энергии преобразованное излучение будет менее энергичным, чем первоначальное. Этим путем ультрафиолет можно преобразовать в видимое излучения, применяя люминофоры, а обратное преобразование невозможно.

Изнутри цилиндрическая колба покрыта слоем специального вещества – люминофора, который преобразует ультрафиолетовые лучи ртутных паров в видимый свет. Чаще всего в люминесцентных лампах в качестве люминофора применяется галофосфат кальция с добавлением марганца и сурьмы. При попадании на такой люминофор ультрафиолетовых лучей он начинает светиться сплошным белым светом различных тонов. Излучение люминофора имеет сплошной спектр с двумя максимумами — 480 и 580 нм. Первый максимум зависит от доли сурьмы в люминофоре, а второй — марганца. Изменение содержания этих веществ позволяет получать белый свет различных тональностей цвета — от теплых оттенков до оттенков дневного света.

Корректировка цветопередачи

В 70-е годы прошлого века начался выпуск ламп с тремя люминофорами, обладающими максимумами спектра излучения в синей, зеленой и красной областях (450, 540 и 610 нм, соответственно). Эти люминофоры изначально создавались для кинескопов цветных телевизоров, и с их помощью формировалась качественная передача цветов. Совместное применение трех люминофоров дало возможность и в лампах добиться улучшения цветопередачи и светоотдачи по сравнению с применением одного люминофора. Однако такие люминофоры имеют довольно высокую стоимость по сравнению с традиционными, что обусловлено применением в них редких химических элементов — европия, тербия и церия. Поэтому до сих пор чаще всего в люминесцентных лампах используются традиционные люминофоры на основе галофосфата кальция.

В люминесцентных лампах электроды являются как источниками, так и приемниками электронов и ионов, которые обеспечивают протекание электрического тока через разрядный промежуток. Для попадания электронов в разрядный промежуток они должны нагреваться до 1100–1200 градусов. При таких высоких температурах вольфрам излучает слабое свечение вишневого оттенка, а его испарение очень незначительно. Для повышения числа электронов электроды покрываются слоем активирующего состава, имеющим значительно меньшую термостойкость, чем вольфрам, и в процессе работы слой распыляется и оседает на внутренних стенках колбы. Главным образом именно этот процесс распыления активирующего слоя определяет продолжительность службы ламп.

Потребность в разноразмерных колбах

Для повышения эффективности разряда, то есть для максимального излучения ртутного ультрафиолета, нужно поддерживать необходимую температуру самой колбы, для чего в каждом конкретном случае подбирается диаметр колбы. Все лампы имеют приблизительно равную плотность тока, исчисляющуюся отношением величины тока к площади сечения колбы, поэтому лампы разной мощности в одинаковых колбах обычно работают при одинаковых номинальных токах. Снижение напряжения на лампе пропорционально ее длине, а так как мощность является произведением величины тока на напряжение, то при равном диаметре колб мощность ламп пропорциональна их длине. У ламп мощностью 36–40 Вт длина колбы равна 1210 мм, а у ламп мощностью 18–20 Вт — 604 мм.

Укорачивание ламп и последующее достижение необходимых мощностей за счет повышения разрядного тока не оправдывает себя, так как при этом повышается температура колбы, что ведет к повышению давления ртутных паров и снижению светоотдачи ламп. Производители ламп уменьшают их общую длину с помощью изменения формы ламп, изготавливая U-образные или кольцевые лампы. Уже в 50-е годы ХХ века в СССР изготавливались U-образные лампы мощностью 30 Вт с диаметром колбы 26 мм и мощностью 8 Вт с диаметром колбы 14 мм.

Полностью устранить проблему снижения размеров ламп получилось лишь в 80-е годы с началом применения люминофоров, которые допускают использование высоких электрических нагрузок. Колбы люминесцентных ламп стали изготавливать из трубок с диаметром 12 мм и изгибать их, уменьшая этим общую длину ламп. Началось производство компактных люминесцентных ламп, по конструкции и принципу работы не отличающихся от линейных ламп.

Люминесцентные лампы прочно вошли в нашу жизнь как один из экономичных источников света. Благодаря не ослабевающему вниманию к ним со стороны изобретателей, они продолжают быть интересны и производителям светотехнической продукции.