Lampile cu descarcari

Lampile cu descarcari

Functionarea lampilor cu descarcari se bazeaza pe fenomenul de luminiscenta a gazelor sau vaporilor metalici.

Acest fenomen consta in emisia de catre o substanta a unei radiatii electromagnetice, a carei intensitate este mai mare decat cea a radiatiei termice emise de catre substanta la aceeasi temperatura.

Emisia radiatiei electromagnetice (fotonii) se datoreaza reintoarcerii electronilor de pe nivelele energetice superioare ale unui atom excitat pe nivelul inferior originar sau pe nivelele intermediare.

Fiecare trecere de la un nivel energetic superior spre unul inferior este insotita de emisia unei radiatii monocromatice cu frecventa:

in care:

E_s este energia nivelului superior;

E_i este energia nivelului inferior pe care se inscrie electronul dupa saltul efectuat.

h - constanta lui Planck (h=6,6256 10^-34 J s).

Excitarea atomilor substantei gazoase are loc in principal prin ciocnirea acestora cu electronii liberi, aflati in incinta ca urmare a emisiei termoelectronice a electrozilor sau ionizarii spatiului de descarcare si accelerati sub influenta campului stabilit intre electrozi.

Caracteristica tensiune - curent U_l=f(I) a descarcarii in gaze sau in vapori metalici este prezentata in figura alaturata:

Portiunea OA, caracterizata printr-un curent practic constant si foarte mic se numeste zona descarcarii intunecoase, deoarece gazul nu emite radiatii vizibile.

In aceasta portiune, singurii purtatori de sarcina sunt electronii liberi ai gazului.

Zonele caracteristice ale descarcarii

Valoarea atinsa de tensiune in punctul A, numita tensiune de aprindere (amorsare) accelereaza electronii liberi, care acumuleaza o energie cinetica suficienta pentru a provoca excitarea si ionizarea atomilor de gaz.

In urma ionizarii prin ciocnire apar noi electroni, care accelerati de campul electric dintre electrozi, produc la randul lor ionizarea altor atomi de gaz, s.a.m.d.

Multiplicarea in progresie geometrica a numarului de electroni liberi, da nastere unei avalanse de electroni.

Aceasta duce la cresterea curentului electric la descarcare, la o valoare aproximativ constanta a tensiunii.

Portiunea ABCD a caracteristicii U_l(I) careia ii este specific acest fenomen, se numeste zona descarcarii luminiscente, deoarece descarcarea este insotita de emisia radiatiilor luminoase.

Punctul D marcheaza trecerea de la zona descarcarii luminiscente la descarcarea in arc.

In aceasta zona un rol important il joaca emisia termoelectronica a catodului care este bombardat de numarul tot mai mare de ioni pozitivi.

Zona descarcarii in arc DE se caracterizeaza printr-o scadere pronuntata a tensiunii pe masura ce creste curentul de descarcare.

In aceasta zona se situeaza punctul de functionare al lampilor cu descarcari in vapori metalici si al lampilor cu arc.

Dupa temperatura de functionare a electrozilor, lampile cu descarcari pot fi:

cu electrozi reci;

cu electrozi calzi.

Lampile cu descarcari functionand in zona descarcarii luminiscente sunt cu electrozi reci.

Lampile cu descarcari cu electrozi calzi functioneaza in zona de descarcare in arc.

Dupa portiunea caracteristicii voltamperice in care functioneaza si zona de provenienta a luminii, lampile cu descarcari se clasifica in:

A - lampi cu efluvii catodice (cu lumina negativa) in care lumina este produsa prin radiatia zonei negative a descarcarii.

B - lampi cu descarcari luminiscente, folosind coloana luminoasa pozitiva.

C - lampi cu descarcari in arc, cu gaze si vapori metalici.

1 mmHg = 1 Torr (Torricelli) = 133,322 Pa (N/m²)

A. Lampi cu efluvii catodice

La aceste lampi descarcarea are loc intr-o atmosfera gazoasa formata din neon si heliu la o presiune de 5-25 mmHg.

Electrozii din otel (sau aluminiu) sunt foarte apropiati si astfel coloana pozitiva este inlaturata.

Lumina este produsa de zona negativa concentrata in vecinatatea catodului.

Lampile cu efluvii catodice sunt lampi de puteri mici (1.3W) utilizate pentru:

semnalizare;

control si sincronizare in circuitele secundare ale instalatiilor electrice;

in aparatele care utilizeaza efectul stroboscopic;

ca stabilizatoare de tensiune la puteri mici;

ca startere pentru lampile fluorescente tubulare.

B. Lampi cu descarcari luminiscente

Aceste lampi folosesc coloana luminoasa pozitiva.

Aceste lampi numite si tuburi luminoase de inalta tensiune, se utilizeaza pentru reclame luminoase si uneori pentru iluminatul decorativ.

Tubul de descarcare din sticla, avand o lungime de cativa metri si un diametru de 10.30 mm este prevazut cu electrozi reci fixati la capete.

Presiunea gazului din tub este de 1.10 mmHg.

Coloana luminoasa pozitiva ocupa intreg tubul si prezinta o stralucire uniforma (L=ct).

Compozitia spectrala a radiatiilor emise este in functie de natura gazului din tub.

Pentru amorsare este necesara o tensiune cu 25.30 % mai mare decat tensiunea normala de functionare ().

C. Lampi cu descarcari in arc

Mediul de descarcare il constituie:

mercurul sub forma de vapori;

amestecul de vapori de mercur cu gaze inerte (Xenon).

Curba de variatie a eficacitatii luminoase cu presiunea este cea din figura:

Mercur = Hydrargyrum (Hg) - denumirea latina

Dupa presiunea gazului, lampile cu descarcari in arc sunt:

a)      la joasa presiune;

b)      la inalta presiune;

c)      la foarte inalta presiune.

a) Lampile cu vapori de mercur la joasa presiune cu balon clar nu se utilizeaza in tehnica iluminatului din cauza continutului ridicat de radiatii ultraviolete.

Sunt folosite pentru:

sterilizarea aerului, apei si alimentelor;

analiza luminiscenta a materialelor textile si a produselor agricole;

pentru aparatele de heliograf.

b) Lampile cu vapori de mercur la inalta presiune contin in afara de mercur si o cantitate determinata de argon (Ar).

Aceste lampi se utilizeaza la iluminatul exterior si in acele situatii in care nu se cere o redare corecta a culorilor, lipsind radiatiile rosii.

c) Lampile cu vapori de mercur la foarte inalta presiune au presiunea partiala a vaporilor in timpul functionarii mai mare de 10⁶ N/m² (peste 10 atmosfere normale).

1 at = 1 kgf/cm² 10⁴ Pa

In acest fel se obtin eficacitati de 40 . 60 lm/W si luminante de pana la 10⁹ (cd/m²).

Se folosesc la iluminatul spatiilor intinse: calea ferata, aeroporturi, terenuri sportive.