日光燈原理

日光燈原理

日光燈正常發光時燈管兩端只允許通過較低的電流,所以加在燈管上的電壓略低於電源電壓,但是日光燈開始工作時需要一個較高電壓擊穿,所以在電路中加入了鎮流器,不僅可以在啟動時產生較高電壓,同時可以在日光燈工作時穩定電流。

基本介紹

  • 中文名:日光燈原理
  • 外文名:Principle of fluorescent lamp
  • 主要部件:鎮流器,啟輝器,燈管
  • 燈管內物質:水銀蒸汽和少量的惰性氣體
  • 管壁上物質:螢光物質
  • 工作電路:有效值為220V,50hz交流電
主要部件,工作原理,發光原理,小貼士,

主要部件

鎮流器
鎮流器是一個帶鐵芯的自感線圈,自感係數很大。
日光燈照明原理圖日光燈照明原理圖
啟輝器(即啟動器)
啟輝器主要是一個充有氖氣的小氖泡,裡面裝有兩個電極,一個是靜觸片,一個是由兩個膨脹係數不同的金屬製成的U型動觸片(雙層金屬片——當溫度升高時,因兩層金屬片的膨脹係數不同,且內層膨脹係數比外層膨脹係數高,所以動觸片在受熱後會向外伸展)。

工作原理

在圖示的電路中,當開關接通的時候,電源電壓立即通過鎮流器和燈管燈絲加到啟輝器的兩極。220伏的電壓立即使啟輝器的惰性氣體電離,產生輝光放電。輝光放電的熱量使雙金屬片受熱膨脹,輝光產生的熱量使U型動觸片膨脹伸長,跟靜觸片接通,於是鎮流器線圈和燈管中的燈絲就有電流通過。電流通過鎮流器、啟輝器觸極和兩端燈絲構成通路。燈絲很快被電流加熱,發射出大量電子。這時,由於啟輝器兩極閉合,兩極間電壓為零,輝光放電消失,管內溫度降低;雙金屬片自動復位,兩極斷開。在兩極斷開的瞬間,電路電流突然切斷,鎮流器產生很大的自感電動勢,與電源電壓疊加後作用於管兩端。燈絲受熱時發射出來的大量電子,在燈管兩端高電壓作用下,以極大的速度由低電勢端向高電勢端運動。在加速運動的過程中,碰撞管內氬氣分子,使之迅速電離。氬氣電離生熱,熱量使水銀產生蒸氣,隨之水銀蒸氣也被電離,並發出強烈的紫外線。在紫外線的激發下,管壁內的螢光粉發出近乎白色的可見光。
日光燈正常發光後。由於交流電不斷通過鎮流器的線圈,線圈中產生自感電動勢,自感電動勢阻礙線圈中的電流變化。鎮流器起到降壓限流的作用,使電流穩定在燈管的額定電流範圍內,燈管兩端電壓也穩定在額定工作電壓範圍內。由於這個電壓低於啟輝器的電離電壓,所以並聯在兩端的啟輝器也就不再起作用了。
鎮流器在啟動時產生瞬時高壓,在正常工作時起降壓限流作用;啟輝器中電容器的作用是避免產生電火花。

發光原理

燈管內部物質:燈管內含有水銀蒸汽和少量的惰性氣體(氬氣),管壁上塗有螢光物質
燈管通電後為什麼會發光?
每種原子的電子都有不同的能級,主要取決幾個因素,包括它們的速度和離原子核的距離。電子不同的能量等級占有不同的軌函式和軌道。通常來說,有著大能量的電子就會離原子核更遠。 當原子吸收或釋放能量的時候,電子就會在低軌道和高軌道之間移動。原子吸收能量後電子可以躍遷到一個更高的軌道(遠離原子核),由於電子在高能級不穩定,所以會自發的回到較低軌道,這時電子就以光子的形式放出額外的能量。發光的波長取決於有多少能量被釋放出來,這也就取決於電子所在的軌道位置。因此,不同種類的原子就會釋放出不同頻率的光子,這幾乎是所有光源最基本的工作機制。螢光燈的中心元件是一個密封的玻璃管,管內含有少量水銀和惰性氣體,通常是氬氣,通過惰性氣體保護汞蒸汽不會發生化學反應。燈管內壁塗有螢光物質。
當燈管內的惰性氣體在高壓下電離後,形成氣體導電電流,運動的氣體離子在與汞原子碰撞作用之間不斷地給了汞原子能量,使得汞原子的核外電子總能從低軌道躍遷到高軌道,之後汞原子的核外電子由於具有較高的能量會自發地再從高軌道向低軌道(或基態躍遷,以光子的形式向外釋放能量,同時由於汞原子的原子特徵譜線大部分集中在紫外區域,可知,汞原子釋放出來的光子大部分在紫外區域,這些高能量的光子(紫外線)在和螢光物質的撞擊之間產生了白光。

小貼士

日光燈管的紫外線不會對人體有害。
因為日光燈管中紫外線的能量還不足以穿透玻璃到達燈管的外面,所以日光燈的紫外線是不會對人體造成傷害的。

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