Уэймаус д., Газоразрядные источники света (988969), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Как уже качественно было показано, продольное электрическое поле определяется требованием, чтобы электрическая энергия, подводимая к электронному газу в единице объема, была равна потере 44 энергии электронным газом на единипу объема. Таким образом, (аŠ— пгИ г (Тг) где Т, — плотность электронного тока; Š— напряженность продольного электрического поля; и, — количество электронов в единице объема; сд,(Т,) — средняя потеря энергии в расчете на один электрон при электронной температуре Т,. Плотность электронного тона У, определястся из выжения Те епе)ггЕ, где е — заряд электрона и )ь,— подвижность электронов. Преобразуя и решая уравнение относительно напряженности продольного электрического поля, находим: Е 107 (Т )(н„)г!з (2-5) Чем меньше подвижность электронов в газе, тем больше будет напряженность продольного электрического поля.
Подвижность электронов )ь, 1Л. 2-10! может быть определена частотой соударений электронов с атомами газа тс как )г,=е(тп,. Упругие рассеивающие соударения преобладают, так что для обычного соотношения давления паров ртути к давлению инертного газа, имеющего место в люминесцентных лампах, упругие соударения электронов с атомами инертного газа определяют подвижность электронов. Вероятность того, что электрон отразится при близком приближении к атому, зависит от кванто-механического взаимодействия потенциалов атомов и электронов и гораздо сложнее, чем это представлено здесь. На рис.
2-!3 показана эта вероятность для нескольких инертных газов, представляющая среднее число соударений, совергнаемых электроном при прохождении общей длины в 1 см в газе при давлении 130 Па (1 мм рт, ст.) в функции скорости электронов, которая пропорциональна )Г Е,. Расчет подвижностей электронов значительно усложняется распределением по энергии, преобладающая энергия в распределении наиболее важна. При электронных температурах, встречающихся в ртутно-газовых разрядах, средняя энергия электронов 1,6 10-'з Дж (! эВ).
При этом, как видно из рис. 2-13, наибольшая вероят- 46 ность столкновения характерна для г л 1, гелия, затем идут неон и аргон. Задача обеспечения соответствия электрических ха- актеристик прямых трубчатых ламп электрическим характ ри т рактеристикам ламп с некруглым поп р опе ечным сечением, наполненных аргоном до павле р вления п иблизительно 130 Па (1 мм рт. ст.), была усложнена тем фактом, что конструкция, показанная на рис. 2- , у . 2-11, величивает длину дуги на 20% за счет изги- Р бов. Таким образом, прямая Аг лампа трубчатой формы, наполненная аргоном до таза кого же давления, имела меньшее падение напряжения на дуге, хотя напряжен- 10 не ность электрического поля была одинакова.
Более низкая подвиж- ность электронов в неоне, окорааауь ууологаоол устанавливающаяся вслед- ствие большей вероятности Рис. 2-13. Зевнсимость вероят- электронных соударений. ности злсктронных спудерений служила причиной вОзник- Р, в инертных газах ив см ения слишком большой длины ртути при язвлении кт иче- 130 Пз (1 мм рт. ст.) от скоро- НаПряжЕННОСтИ ЭЛЕКтр сти злектронпв, представлен ского поля и слишком больной кек 0'/г (знергия влек- шого падения в дуге. Сле- дОватсльно, нужно былО использовать смесь инертных газов, чтобы получить тре буемый результат.
Первоначально использовали смесь аргона и 1Ое)с гелия при давлении (1 мм рт. ст.) с вполне удовлетворительными результатами. В настоя!цее время существует большое разнообразие смесей, которые могут быть использованы для пол чспия тех же результатов. Если нужно определить только два параметра: электронную н ионную подвижность, имеется три парциальных давления аргона, гелия и неона для достижения требуемого результата, поэтому окончательный выбор может быть продиктован другими требованиями, такими как срок службы катода, напряжение зажигания и стабильность светового потока.
Ясно, что при работе ламп с входной мощностью, в 2,5 раза больше!4, чем у ламп с разрядным током 425 мА, нужно что-то сделать, чтобы помешать увеличе- иию давления паров ртути выше 0,13 Па (10 — змм рт. ст.) и сделать его оптимальным. Температура стенки лампы диаметром 38 мм, работающей при удельной мощности 0,8 Вт/см, приблизительно равна 70'С, при этом равновесное давление ртути составляет около 5 Па (4.!О-'мм рт.
ст.). Одним из решений была установка отражающих тепловых экранов между электродами и концами трубки, Рис. 2-14. Использование теплоотрежзющих »кренов не концах лампы. А — чести лампы, кмеющкс темпеРатуРу степки колбы Зз'С;  — спкрель методе: С вЂ” вводы; Π— твплввтрежеющкя »креп: и — изоляция; У вЂ” юбка к вспвткв; С— цсксль; И вЂ” хсксднвк точка с темперзту.
рпе около 40'С. как показано на рис. 2-14. Это обеспечивало сохранение во время работы температуры 40'С ~а концах лампы; вся избыточная ртуть н лампе конденснровалась там, и давление паров ртути в лампе было оптимальным 0,8— 1,3 Па 1(6 — 10) 10-' мм рт. ст.|. В лампах с некруглым поперечным сечением вмятина (см.
рис. 2-11) немного холоднее, чем остальная трубка, и нагрета только слегка. Решение, принятое для оптимизации давления ртути, заключалось в создании одной илн нескольких вмятин по длине трубки, более приподнятых, а следовательно, и более удаленных от основной части разряда, что тем самым уменьшило их температуру. Трубчатые лампы, в которых электронная температура и электрические характеристики определяются инертным газом, а давление паров ртути регулируется с помощью теплового экрана, были широко представлены на рынке фирмой «Сильвения» под фабричной маркой ЧНО (с очень высокой отдачей).
Фирма «Вестингауз» («Юез11пя)топзе Е!ес1лс») тоже изготовляла подобные лампы с фабричной маркой БНО (сверхвысокой отдачи). Кроме очевидного преимущества в стоимости (колба прямой трубчатой лампы значительно дешевле, чем стеклянная колба с неизбежно более массивной толщиной стенки), эти лампы, как оказалось, имеют сравнительно небольшое преимущество по длительности работы над лампами с некруглым поперечным сечением. 47 В трубке с круглым поперечныя сечением распределение УФ излучения по поверхности люминофора равномерное. Для поперечного сечения, показанного на рис.
2-10, оно далеко от равномерного; оно сосредоточено по входящему выступу. Местная плотность УФ излучения и ионная бомбардировка здесь возможно в 50 раз больше, чем в прямой трубчатой колбе, вследствие этого все процессы, которые влияют на старение люминофора, протекают с болыш й скоростью, поэтому стабильность световой отдачи в течение срока службы люминссцсптных ламп соответственно виже [Л. 2-31. Лампа с некруглым поперечным сечением имеет первоначальный к. п. д. на 5о!о выше, чем прямая трубчатая лампа, благодаря увеличению длины дуги на 20о!о (см. рис.
2-4), но это преимущество очень быстро исчезает за счет эффекта, описанного выше. В течение срока службы трубчатые лампы име!от более высокую световую отдачу, чем лампы с некруглым поперечным сечением. Обе лампы представляют собой своеобразное применение результатов исследования для понимания физического явления существовавших ранее необьяснимых ограничений. разряда, например около 5 — 1О Гц.
При этих условиях лампа каждый период будет иметь статические характеристики, соответствующйе работе на постоянном токе. В частности 1см. рис. 2-8), 'мгновенные значения тока н напряжения будут совпадать с вольт-амперной характеристикой постоянного тока. На рис. 2-15 даны результирующие формы кривых напряжения и тока.
б) Характеристики ламп при работе иа переменном токе 'сзьмазкк .'Заве !Чг сьа:.д..'Е!9» еч:=: '- ьн лп'.": . е .. В предшествующем обсуждении характеристики люминесцентных ламп были рассмотрены при условии, что ток является как бы «параметром», т. е. нерегулируемой постоянной, поэтому, строго говоря, это относится только к лампам, работающим на постоянном токе. По причинам, которые станут ясными из последующих глав, работа люминесцентных ламп на постоянном токе совершенно неэкономична и большинство люминесцентных ламп в мире работают на переменном токе, поэтому мы должны вкратце рассмотреть, как предыдущие идеи должны быть видоизменены для переменного тока. Предположим, что лампа работает с запасом мощности, как на рис.
2-9, с источником переменного тока и включена с балластным резистором, сопротивление которого значительно больше по сравнению с эффективным сопротивлением лампы, а падение напряжения на лампе очень мало по сравнению с напряжением холостого хода. Далее предположим, что частота питающей сети очень низкая, значительно ниже, чем частота, характерная для 46 Рн. 2- нс. 2-!6. Зависимость тока я напряженна от времени ддя разрядч на переменном токе прн такой низкой частоте, что разряд имеет статяческяе характернстнкн, соответствующие работе на постоянном токе. В начале каждого полупериода ток лампы равен нулю до тех пор, пока напряжение на зажимах цепи не превысит напряжения зажигания разряда. После зажигания разряда мгновенный ток и напряжение изменяются по вольт-амперной характеристике, ток почти синусоидальный и, как уже предположили, падение напряжения на лампе в течение большей части полупериод» мало по сравнению с напряжением холостого хода.
Вс е характеристики лампы, описанные в гл. 2, могут быть усреднены за полупериод и выражены через среднеквадратичное значение тока. В действительности, однако, 4 — 69 49 йюминссцеитные лампы работа)от прп частоте 60 1'ц, соти в некоторых районах мира используется частота 25 Гц и есть районы, где частота питающей сети 50 Гц. При частоте 60 Гц частота в радианах составляет 360 с — ', она значительно меньше по сравнению с основной частотой ионизации тн в разряде и в связи с этим начинают возникать новые эффекты.
При рассмотрении факторов, определяющих электронную температуру и падение потенциала в разряде, указывалос)ь что электронная температура устанавливается такой, чтобы скорость образования ионно-электронных пар была равна скорости их исчезновения и при этом сохранялась концентрация ионов и электронов востоянной, не зависящей от времени. Это можно выразить урав- нением тгг(уе) ~ й) Рч (2-6) (2 4)в + 1 сгвн / Лн Ж (2-7) Поведение этого уравнения в зависимости от фазового угла трудно предвидеть; отметим только приблизительное равенство при низких частотах, за исключением близких к нулевым значений тока: (1/л,) (с(л,/г//) = (1/1) (й/с(1).
где правая часть — скорость исчезновения электронов и ионов на стенках за счет амбиполярной диффузии; /я,— коэффициент амбиполярной диффузии (см, приложениеА и [Л. 2-!01). Левая часть чн — частота ионизации, требуемая для сохранения постоянной концентрации электронов для компенсации, диффузионных потерь. В случае разряда яа временном токе с частотой 60 Гц концентрация электронов ие постоянна, а меняется со временем.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
