Как работают флуоресцентные лампы и почему они иногда являются шумными

2024 Автор: Sherilyn Boyd | [email protected]. Последнее изменение: 2023-12-16 09:37

Хотя основные физические механизмы в светильнике и лампе могут немного отличаться по дизайну, в двух словах флуоресцентный свет работает через два электрода на обоих концах трубки, испускающих электроны при нагревании. В конце концов, создается дуга (с помощью различных механизмов в зависимости от конструкции светильника и лампы), когда электроны стреляют по луковице через ионизированный газ от одного электрода к другому; когда они движутся по трубе, крошечный кусок ртути в луковице испаряется и, когда электроны сталкиваются с атомами, он возбуждает электроны в атомах до более высоких энергетических уровней. Однако этот более высокий уровень энергии неустойчив и после столкновения, поскольку электроны быстро возвращаются к своему первоначальному энергетическому уровню, они высвобождают фотоны, хотя в основном ультрафиолетовый (УФ) свет, который мы, люди, не видим. На данный момент это не очень полезный источник света!

Однако фотоны в УФ-свете, в свою очередь, возбуждают электроны в люминофоре, который покрывает луковицу, аналогично заставляя их отойти от своих ядер в более высокое состояние; электроны люминофора затем быстро возвращаются в исходное состояние, и в этот момент они также выделяют энергию в виде фотонов, но на этот раз в основном в видимом спектре человека, создавая большую часть видимого света, который делает эти луковицы полезными в офисных зданиях во всем мире.

Теперь, к жужжанию. Отсутствие предупредительных мер, ток в флуоресцентной трубке повысится до опасных уровней из-за того, что электрическое сопротивление ионизированного газа в трубе падает постепенно по мере его нагревания. Таким образом, без чего-то, что помешает, чтобы остановить поток слишком сильно, это будет каскадной проблемой. В конце концов, он вполне мог бы перевернуть ваш автоматический выключатель, или лампа могла взорваться. В любом случае, ваши огни быстро перестанут работать.

Чтобы справиться с этим, люминесцентные лампы снабжены балластом. Этот балласт классически поставляется в виде железного сердечника, обернутого медной проволокой. Результатом является устройство, которое замедляет рост тока, сохраняя его на безопасном уровне для эффективной работы лампы. Важным для обсуждения жужжания является то, что электричество активирует балласт в магнитное поле. Фактически это то, как этот тип балласта работает в первую очередь - когда пропускается больше тока, магнитное поле становится больше, противодействуя изменению тока и тем самым замедляя его рост, достаточный для переменного тока (AC) для переключения направлений, при этом он падает до нуля и возвращается в обратном направлении в этом процессе.

Стандартные частоты переменного тока обычно составляют 60 Гц в секунду. 60 циклов в секунду (например, в Соединенных Штатах) или 50 Гц (например, в U.K.). Аптечно названный, для половины цикла переменного тока, заряд тока движется в одном направлении, а во второй половине заряд движется в другом.

Все это переключение назад и вперед дополнительно влияет на электромагнитное поле балласта, так как каждый раз, когда направление тока переключается (каждый полупериод), полярность магнита также переключается; так что, поскольку электромагнит колеблется с удвоенной частотой переменного тока, его скорость мерцания составляет 100 Гц или 120 Гц, в зависимости от того, в какой стране вы находитесь.

Во время этих колебаний в магнитном поле сердечник балласта физически сжимается и высвобождается в процессе, называемом магнитострикцией, который на частоте 100 Гц или 120 Гц вызывает печально известный шум.

Конечно, не все шумы люминесцентных лампочек одинаковы, и это связано с различиями в балластном типе прибора, его размере, настройке балласта, конструкции крепления и степени, в которой потолки, стены, листовой металл и т. Д. заглушить или усилить звук.

Такая общая неприятность, промышленность публикует «звуковые оценки» для балластов и даже рекомендует, в каких настройках подходят разные рейтинги. Например, эти балласты с рейтингом «А» являются самыми тихими (20-24 децибел), и они рекомендуются для библиотек, церквей, зон приема и телевидения и радиостанций, тогда как только уровень «С» (31-36) децибел) рекомендуется для «общей офисной зоны», а розничные магазины могут проходить с оценками «D» (37-42 децибел).

Для тех, кто ненавидят жужжание (или, возможно, проблемы с головными болями мигрени, вызванные флуоресцентными лампами и их мерцающим светом), электронный балласт (в отличие от старых школьных магнитных) доступен и сегодня довольно распространен, например найденные в компактных люминесцентных лампах (CFL). Эти балласты обычно работают на значительно более высокой скорости, чем 100 Гц или 120 Гц, обычно более 20 000 Гц. Следует, однако, отметить, что если вы переключитесь на один из этих электронных балластов в своем устаревшем люминесцентном светильнике (что-то удивительно дешево), вам нужно поменять свои флуоресцентные лампы на разнообразие, которое рассчитано на работу с вашим новым балластом.

Бонусные факты:

• Питеру Куперу Хьюитту приписывают прыжок с флуоресцентной лампочки.Хотя и Томас Эдисон, и Никола Тесла играли с люминесцентными лампами в конце 19 века, именно Хьюитт создал первую луковицу, которая перемешивала пары ртути с электрическим током в трубе, регулируемой балластом. Бросив странный сине-зеленый свет, он не уловил. Однако к концу 1930-х годов осветительные компании в США выпустили коммерчески жизнеспособные варианты, а к 1950-м годам стали широко распространяться флуоресцентные лампы в крупных операциях.
• Флуоресцентный переместился в дом в середине 1980-х годов с появлением лампочек с флуоресцентными лампами (CFL), хотя они составляли 25-35 долларов за лампу и не могли хорошо вписаться в существующие светильники, но до недавнего времени они не стали популярными. Сегодня, с улучшенным дизайном и стоимостью менее $ 2 за лампочку, CFL стали намного более распространенными, хотя (часто) дешевые интегрированные электронные балласты, как известно, считают, что эти луковицы имеют значительно меньшую продолжительность жизни, чем оценки на этикетках.
• Считается, что лампа будущего, светоизлучающие диоды (светодиоды) также становятся все более популярными. Только в 2012 году почти 50 миллионов замен ламп LED произвели ежегодную экономию энергии около 675 миллионов долларов, и это число постоянно растет и растет с каждым годом.