y
Luminiscenční svítidla
Sestava pro demonstraci výboje v různých plynech: Představuje sestavu pro demonstraci výboje různých plynů. Akumulátor napájí přes přerušovač primární okruh Ruhmkorffova induktoru a v sekundárním vinutí induktoru se indikuje napětí řádově několika kV, které se přivádí na elektrody trubic plněných dusíkem, vodíkem, kysličníkem uhličitým, kyslíkem, neónem a héliem. Trubice jsou ve speciálním stojánku, který umožňuje rozsvěcování jednotlivých trubic. Kromě použití pro demonstrace jsou tyto trubice vhodné i jako zdroj monochromatického světla a jako zdroj světla pro spektroskopování. Pokusem zjistíme, že barva výboje je závislá na plynné náplni trubice.
Trubice plněná vodíkem a neónem: Ukazuje detail trubice plněné vodíkem a neónem. Hlavního uplatnění se však dostalo osvětlovacím trubicím v roce 1910, kdy Francouz G. Claude poprvé předvedl svítící trubice při automobilové výstavě v Paříži, a to v technickém provedení, které známe dodnes, zejména v reklamní technice.
Schéma zapojení trubice přes omezovací tlumivku: Ukazuje schéma zapojení trubice přes omezovací tlumivku, o jejímž významu se ještě podrobněji zmíníme. Někdy je tato trubice napojena i rozptylovým transformátorem, který je rovněž vynálezem již jmenovaného Francouze. Technika výroby těchto reklamních trubic zaznamenala obrovský rozmach a dnes si ulice velkoměst ani nedovedeme bez těchto světel představit. Avšak pro vlastní osvětlovací účely nebyly tyto trubice vhodné, a tak jsme ve snaze vytvořit lepší osvětlovací těleso dospěli do dnešních dnů k zářivce. Pro zvýšení účinnosti reklamních trubic se začalo používat práškových příměsí do trubic, které se na počátku omezily na sirníky fosforeskujících materiálů. Tyto příměsi byly nazvány luminifory a jev luminiscence, poněvadž pokusy se zjistilo, že některé látky osvícené ultrafialovým zářením světélkují. První výzkumy luminiforů vedly k použití křemičitanů a wolframanů, které měly lepší stabilitu a účinnost. Dalším rozvojem zkoumání se došlo k výbornému materiálu blízkému svým bílým světlem světlu dennímu, a to ke křemičitanu zinečnato-berylnatému /Randall Mc Keang/. Objev luminiforů z halogenfosfátových zemin umožnil získat řadu barev z jediného základního materiálu. Je zřejmé, že svítící trubice mohou být pokládány za předchůdce dnešních zářivek, a proto jim byl věnován tento historický úvod. Vždyť svítící trubice otevřely novou éru osvětlování, a to zářivek a výbojek s luminiscenčním světlem, jakož i samu elektroluminiscenci. Zářivky se objevily na trhu poprvé v roce 1939. Nyní se vyrábějí v množství přes 200 miliónů kusů ročně a každý rok se jejich výroba zlepšuje a zvětšuje.
Nejobvyklejší schéma zapojení zářivky do síťového obvodu: Ukazuje schéma obvodu zářivky nejobvyklejšího zapojení. Postupně se budeme zabývat jednotlivými součástmi obvodu a posléze samou zářivkou. Obvod je připojen na běžnou střídavou síť o napětí 220 V. Proud prochází vypínačem přes tlumivku na začátky žhavicích vláken, jejichž konce jsou připojeny na doutnavkový startér. Pro jednoduchost jsou vynechány odrušovací a kompenzační kondenzátory. Při sepnutí spínače proud prochází přes omezovací tlumivku a při doutnavém výboji na startéru se kontaktní pásek ohřívá a v krátkém čase sepne kontakt žhavicího obvodu. Žhavicí vlákna se nažhaví, zářivka nastartuje. Sepnutím kontaktu se zruší výboj, kontakt se ochladí, rozpojí a žhavicí obvod zhasne – zářivka svítí. Tento pochod jsme si neobyčejně zjednodušili. Toto zjednodušení nám stačilo pro začátek, a teď podrobněji.
Doutnavkový startér v řezu: Ukazuje startér v řezu. Startér je v podstatě neónová doutnavka se speciální elektrodou, která je ve formě pásku z bimetalického plechu. Protielektroda je drátková a pracuje jako protikontakt. Tato doutnavka tedy pracuje jako spínač ovládaný výbojem, který bimetalový pásek ohřívá. Pásek se prohýbá a uskuteční spojení elektrod-kontaktů. Výboj spojením zaniká, pásek se ochladí a vrátí se do původní polohy a kontakt je rozepnut; pro správnou funkci musí startér splňovat tuto podmínku. Doutnavka pro tento účel musí mít zápalné napětí nižší než studená zářivka, ale vyšší, než je pracovní napětí zářivky.
Zářivkový startér v detailním záběru. Schéma práce startéru: Přerušením proudu startérem vzniká v tlumivce přechodný jev s nárazem napětí, který při ohřátých elektrodách zářivku zapálí. Kondenzátor u startéru v tomto okamžiku zvyšuje velikost impulsu a jeho probití je jednou z častých poruch zářivky. Nakonec je nutno připomenout, že doutnavkový startér není jedinou možností, jak řešit zapálení zářivky. Existují i jiné zapalovací systémy.
Praktické provedení zářivky: V podstavci zářivkového tělesa jsou dvě objímky s kontakty pro připojení trubice do obvodu. Pomocná zařízení jsou zamontována do podstavce.
Součástky zářivkového tělesa. Startér, odrušovací kondenzátor, tlumivka a kompenzační kondenzátor: Představuje: a/ startér s odnímatelným bakelitovým krytem, b/ odrušovací kondenzátor pro zamezení rušení rozhlasu a televize, c/ tlumivku pro omezení proudu a zápalný impuls a d/ je kompenzační kondenzátor pro zlepšení účinníku, poněvadž zářivky představují spotřebiče se silnou indukční složkou.
Detailní záběr žhavicí spirály zářivky: Záběr ukazuje žhavicí spirálku s anodovou čepičkou.
Zářivka bez luminiforové vrstvy: Záběr zářivky bez luminiforové vrstvy – zářivka vydává nafialovělé světlo s nepatrným světelným účinkem.
Zářivka s částečnou vrstvou luminiforu: Záběr jednoho konce zářivky s nenaneseným luminiforem a s částí naneseného luminiforu ukazuje na funkci luminiscenční vrstvy.
Ukázka nasvícení vzorku luminiforu o různé barvě: Ukazuje nasvícení vzorků luminiforů o různé barvě. V zářivce není vysoké vakuum, nýbrž dosti vysoký tlak rtuťových par s příměsí argonu asi 1 torr, takže elektrony, které vylétají z katody, narážejí na jednotlivé atomy par a způsobují vyšinování elektronů do vyšších kvantových drah. Vracející se elektrony vyzařují ihned světlo, které však nevidíme, poněvadž jeho vlnová délka je v oblasti ultrafialového záření lidskému oku neviditelná. Jakmile však tyto ultrafialové paprsky dopadnou na vrstvu zářivé hmoty, která je nanesena na vnitřní straně trubice zářivky, nastane v ní přeměna neviditelného světla na světlo viditelné s větší vlnovou délkou. Barva tohoto světla je dána chemickým složením zářivé hmoty. Základní údaje o zářivkách: Zářivka 220 V 40 W – trubice je ze sodnovápenatého skla plněná náplní argonu 1–3 torru. Trubice je plněna asi 4 g zářivé hmoty – luminiforu. Na koncích trubice jsou vývody žhavicích spirál uspořádané pro speciální objímku. Vlákna spirálek jsou z wolframu s emisní vrstvou. Do trubice se ještě přidává kapka rtuti, asi 50 mg. Tato zářivka má svítivost v Lm 2100, což se rovná výkonu 160wattové žárovky, a ztráty v zářivce jsou 82 % proti 93 % ztrát žárovky. Žárovka má pracovní teplotu 200 C, kdežto zářivka 37 C.
Výbojka vysokotlaká s luminiforem: Výbojka vysokotlaká s luminiforem – vlastní vysokotlaká výbojka /hořák/ je tvořena křemennou baňkou s jednou hlavní a jednou pomocnou elektrodou. Baňka je plněna argonem s malým přídavkem rtuti. Venkovní baňka je eliptického tvaru pro lepší rozdělení teploty a jasu. Vlastní výbojka dává světlo viditelné i ultrafialové. Vnitřní stěna vnější baňky je pokryta luminiforem, který mění ultrafialové záření výbojky na viditelné světlo, převážně červené. Smíšením tohoto světla se světlem výbojky, které je převážně modrofialové, vycházejí ze zevní baňky světelné paprsky obdobné dennímu světlu. Tyto výbojky našly největší uplatnění v silničním a městském osvětlení zejména pro vysokou ekonomiku provozu.
Elektroluminiscence: Začátkem roku 1938 přistoupil francouzský fyzik George Destriau k několika zajímavým pokusům; chtěl se přesvědčit, jak se bude chovat prášková luminiscenční látka v silném střídavém elektrickém poli. Nebyly to pokusy složité. Na kovovou destičku, která zastupovala jednu elektrodu, byla nanesena vrstva luminiforu – sirníku zinečnatého smočeného izolačním olejem. Aby bylo možno pozorovat prášek během pokusu, byla druhá elektroda průhledná: tenká slídová destička, na ní natmelený kovový kroužek a do vzniklé misky byl nalit dobře vodivý roztok soli. Na obě elektrody, kovovou i průhlednou, byl pak připojen zdroj střídavého napětí několika set voltů. Tímto pokusem byl dán základ k novému oboru využití elektroluminiscence. Zdokonalením vhodných luminiforů i celkovou úpravou destiček se dosáhlo velmi uspokojivých výsledků. Tento princip se v poslední době silně propracovává i do technologických postupů a umožní levné a dokonale plošné osvětlení pracovišť, důležitých ovládačů, nebezpečných výstupků ve tmě apod.
