Świetlówka

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacji, wyszukiwania
Różne konstrukcje świetlówek

Świetlówka, lampa fluorescencyjnalampa wyładowcza, w której światło emitowane jest przez luminofor wzbudzony przez promieniowanie ultrafioletowe powstałe wskutek wyładowania jarzeniowego w rurze wypełnionej gazem.

Historia[edytuj | edytuj kod]

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[edytuj | edytuj kod]

Jest to lampa elektryczna mająca najczęściej kształt rury, pokrytej od wewnątrz luminoforem, wypełniona parami rtęci i argonem, w której źródłem świecenia jest promieniowanie widzialne emitowane przez warstwę luminoforu pokrywającego wewnętrzną powierzchnię rury. Wyładowania zachodzące pomiędzy elektrodami wolframowymi zabudowanymi przy końcach rury wytwarzają głównie niewidzialne promieniowanie ultrafioletowe o długości fali ok. 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[1]

Poza świetlówkami prostymi (liniowymi), istnieją również świetlówki kołowe, U-kształtne oraz świetlówki kompaktowe (tzw. żarówki energooszczędne[1]), zintegrowane z układem zapłonowym i stabilizującym. Świetlówki takie mogą być wkręcane w miejsce tradycyjnych żarówek, ponieważ posiadają taki sam gwint, jak żarówka.

Odmiany konstrukcyjne[edytuj | edytuj kod]

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:

Magnetyczny układ stabilizacyjno-zapłonowy[edytuj | edytuj kod]

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

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 (starter).

Starter jest małą lampą jarzeniową wypełnioną neonem z dodatkiem argonu pod niskim ciśnieniem. Jedna lub obie elektrody zapłonnika jest wykonana z termobimetalu w ten sposób, że pod wpływem ciepła elektrody zwierają się.

Przebieg zapłonu świetlówki pokazany jest na animacji. Po załączeniu napięcia, do elektrod lampy i równolegle połączonego startera doprowadzone jest pełne napięcie sieci, gdyż spadek napięcia na dławiku, wobec braku przepływu prądu, jest równy zeru. Napięcie to powoduje powstanie wyładowania jarzeniowego w gazie wypełniającym zapłonnik. Prąd przepływa przez dławik, obie katody świetlówki oraz starter powodując nagrzewanie termobimetalicznych elektrod zapłonnika. W pewnym momencie następuje zwarcie elektrod zapłonnika i przepływ prądu ograniczony jedynie przez impedancję dławika L i rezystancję katod świetlówki. Przepływ dużego prądu wywołuje szybkie rozgrzewanie się termokatod wykonanych z drutu oporowego zmniejszając napięcie zapłonu. W tym czasie bimetal startera stygnie, a powracając po upływie ok. 1 s 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. Napięcie to dodając się do napięcia sieci wywołuje przez krótką chwilę wysokie napięcie między katodami, które doprowadza do wyładowania w gazie lampy. Jeśli tak się stanie to po zapłonie świetlówki, dzięki spadkowi napięcia na dławiku, napięcie na lampie obniża się do napięcia wyładowania jarzeniowego. Napięcie to jest mniejsze od napięcia zapłonu neonówki i jak długo lampa się świeci zapłonnik pozostaje nieaktywny. Jeśli zapłon świetlówki nie nastąpi za pierwszym razem po jej włączeniu to proces powtarza się od nowa, aż do skutku.

Wbudowany w zapłonnik kondensator o niewielkiej pojemności zmniejsza amplitudę impulsu zapłonowego do kilkuset V jednocześnie wydłużając czas jego trwania. Zmniejsza to iskrzenie, ograniczając zużycie styków. Kondensator redukuje również zakłócenia elektromagnetyczne wysokiej częstotliwości zarówno w trakcie zapłonu jak i pracy lampy.

Drugi kondensator o pojemności kilku μF połączony równolegle do zacisków sieci nie jest niezbędny do pracy, a jego zadaniem jest powiększenie współczynnika mocy oprawy oświetleniowej.

Zalety i wady w porównaniu z oświetleniem żarowym[edytuj | edytuj kod]

Zalety świetlówki w porównaniu z żarówką[edytuj | edytuj kod]

  • wytwarza znacznie mniej ciepła, co samo w sobie jest zaletą, poza tym też sprawia, że lampa ta jest znacznie bardziej energooszczędna.
  • 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 luminancja
  • przy użyciu świetlówek liniowych łatwiej jest uzyskać oświetlenie bezcieniowe, niż za pomocą żarówek

Wady[edytuj | edytuj kod]

  • 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 efekt stroboskopowy - powoduje szybsze zmęczenie oka w porównaniu do tradycyjnych żarówek
  • emisja szkodliwego dla oka promieniowania ultrafioletowego, powodującego degradację siatkówki i matowienia istoty właściwej rogówki
  • 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[edytuj | edytuj kod]

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

Ra, Wb, - współczynnik oddawania barw (CRI - colour rendering index). Praktycznie tylko światło dzienne, światło żarówek i lamp halogenowych dają możliwość pełnego rozróżniania barw (Ra=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, Ra=80 lub więcej o temperaturze barwowej 3000 K na trzonku G13.

Utylizacja[edytuj | edytuj kod]

Proces utylizacji świetlówek przeprowadzany jest przy podciśnieniu, aby opary rtęci nie dostały się do atmosfery. Najpierw zużyte świetlówki wkłada się do podajnika który jest szczelnie zamykany a następnie jego zawartość trafia do komory w której następuje podgrzanie zawartości podajnika powyżej 200°C. W wyniku podgrzania następuje parowanie rtęci natomiast szkło i aluminiowe końcówki pozostają w komorze na dnie. Po zapełnieniu komory szkłem oraz aluminium zostaje ona opróżniona a jej zawartość kierowana jest do odpowiednich zakładów takich jak huty szkła i huty aluminium gdzie zostaną ponownie przetworzone. Unoszące się opary rtęci kierowane są do następnej komory, w której panuje temperatura -75°C co powoduje przejście rtęci ze stanu gazowego w ciekły. Oddzielenie rtęci powoduje, że może ją ponownie wykorzystać do produkcji świetlówek[2].

Ciekawostki[edytuj | edytuj kod]

Oświetlenie świetlówkami 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[edytuj | edytuj kod]

Wikimedia Commons

Przypisy

  1. 1,0 1,1 Zgodnie z Polską Normą PN-EN 60968: 2002 „Lampy samostatecznikowe do ogólnych celów oświetleniowych. Wymagania bezpieczeństwa”, świetlówki kompaktowe nie są klasyfikowane jako żarówki energooszczędne. Orzeczenia NSA: III SA/Kr 64/07 - Wyrok WSA w Krakowie z 2007-11-15. Wojewódzki Sąd Administracyjny w Krakowie, 2007-11-15. [dostęp 2013-05-28].
  2. Nie ma rady na odpady?. TVP1.

Bibliografia[edytuj | edytuj kod]