świetlówki

Świetlówka - lampa fluorescencyjna - odmiana lampy wyładowczej , w której światło emitowane jest przez luminofor wzbudzony przez promieniowanie UV , powstałe wskutek wyładowania jarzeniowego w rurze wypełnionej gazem .

Historia

Prace nad zbudowaniem lampy zaczęły się w latach 30. XX wieku. Badaniami luminescencji zajmowali się wybitni fizycy - w Polsce Stefan Pieńkowski . Pierwszą w świecie świetlówkę (emitującą bladozielone światło), stworzył w 1935 roku Arthur Compton z General Electric , a w 1939 zaprezentował zestaw świetlówek na wystawie w Nowym Jorku .

Konstrukcja

Jest to lampa elektryczna mająca najczęściej kształt rury, pokrytej od wewnątrz luminoforem wypełniona parami rtęci i argonu , w której źródłem świecenia jest promieniowanie widzialne emitowane przez warstwę luminoforu pokrywającego wewnętrzną powierzchnię rury. Wyładowania zachodzące pomiędzy elektrodami wolframowymi zabudowanymi na końcach rury wytwarzają promieniowanie w zakresie widma niewidzialnego ( promieniowanie ultrafioletowe ) 254 nm . Odpowiednio dobrane luminofory przetwarzają to promieniowanie na promieniowanie widzialne o pożądanej barwie światła (dzienne, chłodnobiałe, białe, ciepłobiałe, a nawet - głównie do celów dekoracyjnych - różnokolorowe, np. zielone, niebieskie, żółte, czerwone itp.).

Kompaktowa lampa fluorescencyjna zwana też świetlówką kompaktową lub błędnie żarówką energooszczędną

Poza świetlówkami prostymi (liniowymi), istnieją również świetlówki kołowe, U-kształtne oraz świetlówki kompaktowe (tzw. żarówki energooszczędne), zintegrowane z układem zapłonowym i stabilizującym. Świetlówki takie mogą być wkręcane w miejsce tradycyjnych żarówek , ponieważ posiadają taki sam gwint , jak żarówka.

Odmiany konstrukcyjne

Ze względu na stosowane luminofory, świetlówki można podzielić na:

• standardowe z luminoforami halofosforanowymi
• trójpasmowe z luminoforami wąskopasmowymi
• z luminoforami wielopasmowymi

Do zasilania świetlówek używane są dwa układy stabilizacyjno-zapłonowe:

• tradycyjny, magnetyczny ze statecznikiem magnetycznym ( dławik ) i zapłonnikiem (starterem)
• elektroniczny

Zasada działania magnetycznego układu stabilizacyjno-zapłonowego

Schemat magnetycznego układu zapłonowego świetlówki: L - dławik, C -kondensator, powyżej kondensatora - zapłonnik

Do zapłonu krótkich świetlówek może wystarczyć zwykłe napięcie sieciowe, jednak dla większości dłuższych świetlówek napięcie sieciowe jest za niskie do wywołania wyładowania elektrycznego w rurze świetlówki, dlatego stosuje się układ zapłonowy.

Po załączeniu napięcia przez obwód elektryczny złożony z dławika L, katody świetlówki prawej, zapłonnika i katody lewej płynie prąd o niewielkim natężeniu, ograniczany przez bardzo duży opór zapłonnika ( neonówki o specyficznej konstrukcji, zawierającej w swoim wnętrzu także normalnie rozwarty styk bimetalowy ). Jarzący się neon nagrzewa blaszkę bimetalu, która wyginając się zwiera styk. Powoduje to zwarcie neonówki i wywołuje przepływ prądu ograniczonego jedynie przez dławik L i rezystancję katod świetlówki. Następuje rozgrzewanie się katod wykonanych z drutu oporowego, co dodatkowo zmniejsza napięcie zapłonu. W tym czasie bimetal startera stygnie, a powracając do stanu pierwotnego rozwiera obwód elektryczny. W momencie rozwarcia następuje gwałtowna zmiana prądu przepływającego przez dławik co wytwarza siłę elektromotoryczną samoindukcji o wartości kilkuset woltów , która dodając się do napięcia sieci wywołuje przez krótką chwilę wysokie napięcie między katodami, które może doprowadzić do wyładowania w gazie. Jeśli tak się stanie to po wyładowaniu, dzięki dławikowi, napięcie obniża się do poziomu napięcia w sieci. Jest ono wystarczające do podtrzymania wyładowania neonówki ale za mała do nagrzania blaszki bimetalu. Jeśli zapłon świetlówki nie nastąpi za pierwszym razem po jej włączeniu to proces powtarza się od nowa, aż do skutku.

Kondensator C zmniejsza iskrzenie na styku, ograniczając zużycie styku i zakłócenia elektromagnetyczne.

Zalety i wady w porównaniu z oświetleniem żarowym

Zalety świetlówki w porównaniu z żarówką

• wytwarza znacznie mniej ciepła
• wyższa skuteczność świetlna (do 105 lm / W )
• dłuższy czas pracy (od ok. 8000 h do nawet 20000 h przy użyciu stateczników elektronicznych i świetlówek najnowszej generacji)
• mniejsza zależność strumienia świetlnego od napięcia zasilającego
• można wytwarzać świetlówki o różnych temperaturach barwowych
• mniejsza luminacja
• przy użyciu świetlówek liniowych łatwiej jest uzyskać oświetlenie bezcieniowe, niż za pomocą żarówek

Wady (głównie przy stosowaniu magnetycznego układu stabilizacyjno-zapłonowego)

• wymaga skomplikowanych opraw z dodatkowym wyposażeniem ( statecznik i zapłonnik )
• gorsza jakość światła (nieciągłe widmo), szczególnie w wykonaniu z luminoforami halofosforanowymi i trójpasmowymi
• wydajność świetlna lampy zależna jest od temperatury otoczenia
• większy niż u żarówek spadek żywotności przy dużej częstości włączeń/wyłączeń
• w typowych rozwiązaniach brak możliwości regulacji strumienia świetlnego za pomocą regulatorów napięcia (tak zwanych "ściemniaczy")
• tętnienie strumienia świetlnego powodujące zjawisko stroboskopowe - powoduje szybsze zmęczenie oka w porównaniu do tradycyjnych żarówek
• utrudniony zapłon przy obniżonym napięciu oraz w niskiej temperaturze
• niski współczynnik mocy (ok. 0,5) powodujący konieczność stosowania kondensatorów kompensujących
• zawierają rtęć , która jest silną trucizną - mogą być niebezpieczne po stłuczeniu
• wyższy koszt zakupu, konieczność poniesienia kosztów utylizacji zużytych świetlówek

Standardy, oznaczenia

Używanych jest kilka standardowych średnic rur:

• 38 mm - świetlówki tradycyjne starszej konstrukcji (T12), trzonek G13
• 26 mm – nowsza generacja, najbardziej rozpowszechnione (T8), trzonek G13
• 16 mm - świetlówki miniaturowe (T5), trzonek G5
• 12 mm - najnowsza generacja świetlówek (T4), trzonek G5
• 7 mm - najnowsza generacja świetlówek (T2), trzonek G4,3

R_a, W_b, - współczynnik oddawania barw (CRI - colour rendering index). Praktycznie tylko światło dzienne, światło żarówek i lamp halogenowych dają możliwość pełnego rozróżniania barw (R_a=100). Źródła te charakteryzują się ciągłym widmem elektromagnetycznym (pełne pasmo). Większość lamp wyładowczych ma luki w widmie światła co ma wpływ na zdolność oddawania barw. Najlepsze świetlówki z wielopasmowym luminoforem osiągają Ra rzędu 96-98 (są to świetlówki tzw. color proof), kosztem mniejszej wydajności świetlnej.

Przykładowo oznaczenie 18W/830/G13 opisuje świetlówkę 18 watową , R_a=80 lub więcej o temperaturze barwowej 3000 K na trzonku G13.

Ciekawostki

Oświetlenie lampami wyładowczymi nie jest wskazane w pomieszczeniach, gdzie pracują wirujące części maszyn. Wiąże się to z tym, iż przy częstotliwości prądu sieciowego 50 Hz może wystąpić efekt stroboskopowy , sprawiający wrażenie, że wirująca część jest nieruchoma lub obraca się wolno. Takiemu efektowi zapobiega się m.in. stosując co najmniej 2 świetlówki zasilane z różnych faz lub włączając w szereg z kolejną świetlówką kondensator, przesuwający fazę o 90°. Dobór odpowiedniego w takim przypadku oświetlenia precyzuje norma PN-EN 12464-1:2004. W niektórych rozwiązaniach efekt stroboskopowy minimalizuje się przez zasilanie świetlówki napięciem o częstotliwości kilkudziesięciu kHz, wytwarzanym przez elektroniczny układ zasilania, rozwiązanie to jest stosowane w świetlówkach kompaktowych .

Zobacz też

• świetlówka kompaktowa ,
• technika świetlna ,
• oprawa oświetleniowa ,

Bibliografia

• Jerzy Bąk, Technika oświetlania, wyd. WNT, Warszawa 1981
• Oświetlenie stanowiska pracy