Luminofoorlambid
Valgustite tüübid | 13. juuni 2020
Üheks optilise kiirguse tekkemehhanismiks on luminestsents. Luminestsentsinähtus oli tuntud juba keskaja alkeemikutele: raskeid mineraale püüti kullaks muuta kuumutamise teel, neist paljud helendasid pärast päikese käes olemist veel pikka aega pimedaski. Luminestsentsi füüsikaline olemus jäi siiski kauaks mõistatuseks.
Tänapäeval seletatakse seda kui mõne aine omadust kiirata aatomites salvestatud energiat elektronide üleminekul kõrgemalt energiatasemelt madalamale. Iga elektron asub oma kindlal orbiidil, kust ta lahkub vaid välise mõju toimel. Kui mõju on nii tugev, et elektron lahkub aatomist, tekib positiivne ioon. Väiksema mõju puhul võib ta ümber paikneda uuele orbiidile (kõrgemale energiatasemele), kuid on sunnitud sealt peagi endisele orbiidile (madalamale energiatasemele) tagasi tulema.
Kõrgemale energiatasemele lähevad niisiis eigastatud (teatava koguse välisenergiat salvestanud) aatomi elektronid. Eri ainete aatomite energiatasemed on erisugused, sellest tulenevalt on en ainetel ka erisugune elektromagnetkiirguse emissiooni intensiivsus. Emissiooni kestus on seejuures tunduvalt suurem valguslainete perioodist (akad. S. Vavilovi määratluse kohaselt loetakse kestuse alamrajaks 10-“ sekundit). Aatomeid saab ergastada mitmel eri viisil, näiteks radioaktiivse või röntgenikiirgusega, keemilisel reaktsioonil vabaneva energiaga, kristallivõrede purustamisega elektromagnetvälja abil jne. Valgustustehnikas kasutatakse põhiliselt fotolumi nestsentsi, mis on ultravioletse, nähtava või infrapunase kiirguse toimel tekkiv luminestsents.
Lummestsentsi iseloomustatakse ergastus-ja luminestsentsispektriga. Aastal 1852 formuleeris G. G. Stokes seaduse, mille kohaselt luminestsentskiirguse lainepikkus on alati suurem ergastuskiuguse lainepikkusest. Hiljem selgus, et on aineid, mis sellele seadusele ei allu, neid nimetatakse ka antistoksaineteks (luminestsentskiirguse lainepikkus on väiksem ergastuskiirguse omast) kuid luminofoorlampides kasutatakse just Stokesi reeglile alluvaid aineid. Klaastorus on tilgake elavhõbedat. Elavhõbedaaurus tekib elektroodidevahelise elektrivälja mõjul nähtamatu ultraviolettkiirguse emissioon. Ultraviolettkiirgus (lühem lainepikkus) ergastab lambi sisepinnale kantud ainet (luminofoor), mis selle tagajärjel kiirgab nähtavat (pikema lainepikkusega) kiirgust.
Uhe või kahe sokliga lambid töötavad ühel ja samal põhimõttel. Valguse värvust saab varieerida lummofoori valikuga. Kolvi painutamise ja mitme kolvi kasutamise teel õnnestub ühe sokliga luminofoorlampide mõõtmeid vähendada tavaliste hõõglampide omadeni. Ühe ja kahe sokliga luminofoorlambid on elavhõbe-madalrõhu lahenduslambid (rõhk alla 100 Pa).
Valguse teket kuumkatoodlambi näitel võib selgitada järgmiselt.
Torus (kartinka) on nii vabu elektrone, ioone kui ka neutraalseid aatomeid. Elektronid liiguvad elektrivälja toimel suunatult, neutraalsed aatomid on kaootilises soojusliikumises. Elektronid põrkavad pidevalt kokku aatomitega. Joonisel on näidatud volframi elektronid, millest ülemine ergastab elavhõbeda aatomi ühte elektroni, keskmine liigub esialgu vabalt ja alumine lööb teisest aatomist elektroni liikuma, tekitades positiivse iooni. Joonise lihtsuse huvides on elavhõbeda aatomil näidatud ainult üks elektron.
Fotoluminestsentsi (nähtava kiirguse) intensiivsus sõltub rõhust torus, toru labimoodust ja pikkusest. Toru optimaalsed mõõtmed peavad tagama maksimaalse ergastusporkumise ning minimaalse soojus- ja optimaalse ioniseerimispõrkumise (torus peab olema vabu elektroon) nagu kõik lahenduslambid, ei tule ka luminofoorlambid toime juhtimislülituseta. Koigil lahenduslampidel on ühine omadus: süütamiseks vajavad nad võrgupingest kõrgemat pinget, tööpinge on aga võrgupingest madalam.
Normaaltingimustel lamp ei juhi. Et tomp hakkaks juhtima, tuleb keskkond sisselülitamise hetkel langeb kogu võigupinge sttüturile (väike huumlahendustoru), seda labib vool mis kutsub esile huumlahenduse. Süüturi bimetallelektrood soojeneb ja paindub, puutub kokku teise elektroodiga ning sulgeb kütteniitide ahela. Lambi elektroodid kuumenevad eraldavad elektrone, keskkond torus ioniseeerub ja seda hakkab läbima vool. Samal ajal pinge süütuni langeb, huumlahendus kustub, bimetallelektrood jahtub ja votab esialgse asendi, s.t. süütur lahutab lambi elektroodide toiteahela.
Süütureid on mitmesuguse ehitusega. Mõnel võib esimene kontaktikatkestus sattuda kohe siinuse lainehaqale ja lamp süttib vilkumiseta. On välja töötatud süüturid, kumist ia lamp süttib peaaegu kohe. Elektronsüütega valgustites tunneb starter oige hetke lambid süttivad viiteta ja nende eluiga on pikem. Pingete erinevuse votab enda kanda drossel ning piirab voolu nii, et lambile oleks tagatud õige töövool. Seega on drosselil kaks ülesannet: luua süütamiseks vajalik kõrgepingeimpulss ning piirata lambi töövoo.
Luminofoorlambi valguse värvuse määrab lambi sisepinda katva luminofoori koostis. Samal moel on võimalik mitmesuguste valgusvajaduste jaoks saada valge valguse täiesti ermevai värvusnüansse. Värvitoone leidub üle kümne, külmvalgest soevalgem. Pahatihti paigaldatakse ehituse käigus majadesse odavaid tööstusluminofoorlampe. Nende valgus on kulm ja värviesitus halb, mistõttu võib jääda mulje, et luminofoorlamp on kodus kasutamiseks sobimatu.
Luminofoorlampide toonid on eriti selgelt näha, kui eri lambid on kõrvuti, seepärast on oluline kasutada ühes ruumis sama tooni lampe.