یک لامپ فلورسنت یا یک لوله فلورسنت، یک لامپ تخلیه گاز بخار جیوه کم‌فشار است که از فلورسانس برای تولید نور مرئی استفاده می‌کند. جریان الکتریکی در گاز، بخار جیوه را تحریک می‌کند که نور فرابنفش موج‌کوتاه تولید کند و در نتیجه باعث درخشش پوشش فسفری داخل لامپ می‌شود. یک لامپ فلورسنت انرژی الکتریکی را به طور کاربردی‌تری به نور قابل‌استفاده تبدیل می‌کند. بازده نوری یک لامپ فلورسنت می‌تواند از ۱۰۰ لومن در هر وات تجاوز کند که چندین برابر کارایی یک لامپ رشته‌ای با خروجی نور مشابه است. در این مقاله قصد داریم به شما نشان دهیم که لامپ مهتابی چگونه کار می‌کند و ساختار لامپ‌های مهتابی را شرح دهیم. در ادامه با ما همراه باشید.
درون چراغ لوله فلورسنت چه چیزی قرار دارد؟
شرح ساختار و اجزا داخلی لامپ‌های فلورسنت به شکل زیر هستند:
- یک لامپ فلورسنت اساساً از یک لوله تخلیه گاز شیشه‌ای بلند تشکیل شده است.
- سطح داخلی آن با فسفر پوشانده شده و با گاز خنثی (معمولاً آرگون)، همراه با کمی جیوه، پر شده است.
- لوله در نهایت با دو الکترود رشته‌ای در هر دو سمتش بسته و مهروموم می‌شود.
- این رشته‌های الکترود برای پیش گرم‌کردن لوله و شروع فرایند رسانش سریع الکترون‌ها بین دو الکترود نهایی استفاده می‌شوند. این فرایند در ابتدا نیاز به توان نسبتاً بالایی دارد
- این انرژی مقداری از جیوه را از گاز به مایع تبدیل می‌کند. سپس الکترون‌ها با اتم‌های گازی جیوه برخورد می‌کنند و مقدار انرژی را افزایش می‌دهند الکترون‌ها پس از بازگشت به سطح اولیه انرژی‌شان، شروع به انتشار نور می‌کنند، اما این نوری که توسط آن‌ها ساطع می‌شود، ماورابنفش است و با چشم غیرمسلح قابل‌مشاهده نیست. بنابراین پیش از آن که بتوانیم نور را ببینیم بایستی مرحله دیگری انجام شود.
به همین دلیل است که لوله با فسفر پوشانده شده است چرا که فسفرها زمانی که در معرض نور قرار می‌گیرند، خود نیز نور منتشر می‌کنند. زمانی که ذرات در معرض نور ماوراءبنفش قرار می‌گیرند، نور سفیدی را منتشر می‌کنند که ما توانایی دیدن آن را داریم. در نهایت زمانی که رسانش بین الکترون‌ها تکمیل شد، دیگر نیازی به گرم‌کردن رشته‌ها نیست و کل سیستم با جریان بسیار کمتری کار می‌کند.
گفتنی است که انواع لامپ‌های فلورسنت نیاز به استارتر دارند، زیرا استارترهای فلورسنت یا استارترهای درخشان برای کمک به مشتعل شدن لوله‌ها و لامپ‌های فلورسنت در مرحله اولیه روشن‌شدنشان، استفاده می‌شوند. به زبان ساده، استارترهای فلورسنت یک سوئیچ زمان‌دار هستند و با باز و بسته‌شدن این سوئیچ، لوله فلورسنت تکان می‌خورد و روشن می‌شود.
نحوه سیم‌کشی لامپ‌های فلورسنت
در این جا یک نمونه از یک چراغ لوله شامل یک «چوک» یا «بالاست» مربعی بزرگ و یک «استارتر» استوانه‌ای کوچک را مشاهده می‌کنید. حال در ادامه نکات زیر را دنبال کنید:
۱. چوک در واقع یک القاگر بزرگ است که از یک سیم پیچی طولانی مسی بر روی لایه های آهنی تشکیل شده است.
۲. یک القاگر ذاتاً تمایل دارد که جریان ذخیره شده در خود را، هر بار که برق از طریق آن خاموش می‌شود، پس بزند. این کاربرد چوک برای روشن‌کردن یک چراغ لوله فلورسنت مورد استفاده قرار می‌گیرد.
۳. هنگامی که یک ولتاژ AC به یک چراغ لوله‌ای وارد می‌شد، این ولتاژ از طریق چوک، استارت و رشته‌های لوله عبور می‌کند.
۴. رشته‌ها روشن می‌شوند و بلافاصله لوله را گرم می‌کنند. استارتر از یک لامپ تخلیه با دو الکترود در کنار آن تشکیل شده است. زمانی که برق از آن عبور می‌کند، یک قوس الکتریکی بین دو الکترود ایجاد می‌شود. این فرایند باعث تولید نور می‌شود، اما گرمای لامپ باعث می‌شود یکی از الکترودها (نوار دوفلزی) خم شود و با الکترود دیگر تماس برقرار کند. این کار، ذرات باردار را از ایجاد قوس الکتریکی که نور تولید می‌کند، بازمی‌دارد. بااین‌حال، اکنون که گرمای نور از بین رفته است، نوار دوفلزی خنک می‌شود و از سمت الکترود خم شده و مدار را مجدداً باز می‌کند.
۵. در این مرحله، بالاست یا چوک «با ضربه‌زدن به سمت عقب» جریانی ذخیره می‌کنند که دوباره از رشته‌ها عبور کرده و بار دیگر نور لوله را مشتعل می‌کند. یک بالاست مغناطیسی حالتی از سیم‌پیچی سیم مسی است. میدان مغناطیسی تولید شده توسط سیم، بیشتر جریان را به دام می‌اندازد، بنابراین فقط مقدار مناسب و کافی به نور فلورسنت می‌دهد. این مقدار بسته به ضخامت و طول سیم مسی می‌تواند نوسان داشته باشد.
برای هرکدام از فضاهای داخلی ساختمان، لامپ‌های خاصی مناسب است. مثلاً گفته می‌شود برای اتاق پذیرایی، لامپ مهتابی مناسب است. برای اینکه بدانید چه نوع لامپ‌های دیگری برای پذیرایی مناسب است، به مقاله لامپ مناسب برای پذیرایی را مراجعه کنید.
۶. اگر لوله به‌اندازه کافی شارژ نشود، ضربات بعدی توسط چوک به دلیل تعویض سریع استارت وارد می‌شود و در نهایت موجب تکان‌خوردن و ضربه‌زدن لوله می‌شود.
۷. پس از این، چوک تنها مانند یک محدودکننده جریان امپدانس (Impedance) کمتر به لوله عمل می‌کند تا زمانی که نور روشن باقی بماند.
یک مشکل رایج مرتبط با این نوع وسایل، صدای وزوز آن است. دلیل این امر در خفگی چوک نصب شده بر روی دستگاه است که مطابق با فرکانس ۵۰ تا ۶۰ هرتز شبکه برق متناوب ما می‌لرزد و نوعی صدای وزوز ایجاد می‌کند. برای حل این مشکل می‌توانید پیچ‌های چوک را سفت کنید.
وظیفه اصلی بالاست‌های الکترونیکی اجتناب از استفاده از استارتر برای اهداف پیش گرمایش است. همچنین وزن آن نیز بسیار سبک است و با تغییر فرکانس برق شبکه به ۲۰۰۰۰ هرتز یا بیشتر، از سوسوزدن ابتدایی نور لوله جلوگیری می‌کند. علاوه بر این، بالاست‌های الکترونیکی بسیار کارآمد و به‌صرفه هستند. همچنین بالاست سریع شروع به اعمال ولتاژ می‌کند و کاتدها را به طور هم‌زمان گرم می‌کند. عمر لامپ و عمر چرخه‌ای را افزایش می‌دهد، اما انرژی اندکی بیشتر مصرف می‌کند، زیرا الکترودهای هر انتهای لامپ به طور مداوم به مصرف انرژی گرمایشی لامپ ادامه می‌دهند.
لامپ دارای نور سفید با لامپ مهتابی متفاوت است. برای دانستن تفاوت‌های این دو لامپ بهتر است از مقاله تفاوت لامپ سفید و مهتابی کمک بگیرید.
نحوه کارکرد لامپ فلورسنت
ابزار اصلی برای تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی تابشی در یک لامپ فلورسنت به پراکندگی بی‌کشش الکترون‌ها در هنگام برخورد یک الکترون فرودی با یک اتم در گاز، متکی است. اگر الکترون آزاد انرژی جنبشی کافی داشته باشد، انرژی را به الکترون بیرونی منتقل می‌کند و باعث می‌شود که الکترون موقتاً به سطح انرژی بالاتری بپرد. این برخورد «بی‌کشش» است، چرا که از دست‌دادن انرژی جنبشی رخ می‌دهد. این حالت انرژی بالاتر ناپایدار است و اتم یک فوتون فرابنفش ساطع می‌کند، زیرا الکترون اتم به سطح انرژی پایین‌تر و پایدارتر بازخواهد گشت.
بیشتر فوتون‌هایی که از اتم‌های جیوه آزاد می‌شوند دارای طول موج‌هایی در ناحیه فرابنفش طیف هستند که عمدتاً در طول موج‌های 253/7 و 185 نانومتر هستند. این‌ها برای چشم انسان قابل‌مشاهده نیستند و بنابراین باید به نور مرئی تبدیل شوند. این کار با استفاده از فلورسانس انجام می‌شود. فوتون‌های فرابنفشی که توسط الکترون‌های موجود در اتم‌های پوشش فلورسنت داخلی لامپ جذب می‌شوند باعث جهش انرژی مشابهی می‌شوند و سپس با گسیل فوتون دیگری افت می‌کنند. فوتونی که از این برهم‌کنش دوم ساطع می‌شود، انرژی کمتری نسبت به آن چیزی دارد که آن را ایجاد کرده است. مواد شیمیایی تشکیل‌دهنده فسفر به‌گونه‌ای انتخاب می‌شوند که این فوتون‌های ساطع شده در طول موج‌های قابل‌مشاهده برای چشم انسان، قرار گرفته باشند. تفاوت انرژی بین فوتون فرابنفش جذب شده و نور مرئی ساطع شده، به سمت گرم‌شدن پوشش فسفر می‌رود.
در مقاله نور مرئی و نور نامرئی چیست، درباره حالت این نورها و در چه حالتی موفق به دیدن این نورها می‌شویم، صحبت کردیم.
هنگامی‌که چراغ روشن می‌شود، نیروی الکتریکی کاتد را به‌اندازه‌ای گرم می‌کند که بتواند الکترون ساطع کند (گسیل ترمویونیک) این الکترون‌ها با اتم‌های گاز نجیب در داخل حباب اطراف رشته برخورد کرده و یونیزه می‌کنند، تا از طریق فرایند یونیزاسیون ضربه‌ای، پلاسما تشکیل دهند در نتیجه این یونیزاسیون سریع رسانایی گاز یونیزه شده به‌سرعت افزایش می‌یابد و به جریان‌های بالاتری اجازه می‌دهد از طریق لامپ فلورسنت عبور کنند.
گاز پرکننده به تعیین ویژگی‌های عملکرد الکتریکی لامپ کمک می‌کند، اما خودش نور نمی‌دهد. گاز پرکننده به طور مؤثری مسافتی را که الکترون‌ها از طریق لوله طی می‌کنند، افزایش می‌دهد که این فرایند به الکترون فرصت بیشتری برای برهم‌کنش با اتم جیوه می‌دهد. اتم‌های آرگون که در اثر برخورد یک الکترون به حالتی فرا پایدار برانگیخته می‌شوند، می‌توانند این انرژی را به یک اتم جیوه خنثی منتقل کنند و آن را یونیزه کنند که به‌عنوان اثر پنینگ (Penning Effect) توصیف می‌شود.
مزیت این فرایند کاهش شکنندگی و ولتاژ عملیاتی لامپ فلورسنت در مقایسه با سایر گازهایی مانند کریپتون است.
کلام آخر
در این مقاله تلاش کردیم لامپ فلورسنت و ساختار آن را به‌تفصیل شرح دهیم. در ابتدا ساختار لامپ مهتابی و درون آن را شرح دادیم. سپس فرایند و چگونگی سیم‌کشی آن را توضیح دادیم و در پایان نحوه کارکرد لامپ فلورسنت را به‌تفصیل شرح دادیم.
سؤالات متداول:
بالاست چیست؟
حالتی از سیم‌پیچی سیم مسی (که چوک نیز نامیده می‌شود) است. میدان مغناطیسی تولیدشده توسط سیم، بیشتر جریان را به دام می‌اندازد بنابراین فقط مقدار مناسب و کافی به نور فلورسنت می‌دهد. این مقدار بسته به ضخامت و طول سیم مسی می‌تواند نوسان داشته باشد.
چرا لامپ‌های مهتابی به استارتر نیاز دارند؟
زیرا استارترهای فلورسنت یا استارترهای درخشان برای کمک به مشتعل شدن لوله‌ها و لامپ‌های فلورسنت در مرحله اولیه روشن‌شدنشان، استفاده می‌شوند. به زبان ساده، استارترهای فلورسنت یک سوئیچ زمان‌دار هستند و با باز و بسته‌شدن این سوئیچ، لوله فلورسنت تکان می‌خورد و روشن می‌شود.
آیا بالاست ولتاژ را افزایش می‌دهد؟
بالاست سریع شروع به اعمال ولتاژ می‌کند و کاتدها را به طور هم‌زمان گرم می‌کند. عمر لامپ و عمر چرخه‌ای را افزایش می‌دهد، اما انرژی اندکی بیشتر مصرف می‌کند، زیرا الکترودهای هر انتهای لامپ به طور مداوم به مصرف انرژی گرمایشی لامپ ادامه می‌دهند.