Lámpara fluorescente
Una lámpara fluorescente , o tubo fluorescente , es una lámpara de descarga de gas de vapor de mercurio de baja presión que utiliza fluorescencia para producir luz visible. Una corriente eléctrica en el gas excita el vapor de mercurio, que produce luz ultravioleta de onda corta que luego hace que brille una capa de fósforo en el interior de la lámpara. Una lámpara fluorescente convierte la energía eléctrica en luz útil de manera mucho más eficiente que una lámpara incandescente . La eficacia luminosa típica de los sistemas de iluminación fluorescente es de 50 a 100 lúmenes por vatio, varias veces la eficacia de las bombillas incandescentes con una salida de luz comparable. En comparación, la eficacia luminosa de una bombilla incandescente es de solo 16 lúmenes por vatio.
Los accesorios de lámparas fluorescentes son más costosos que las lámparas incandescentes porque requieren un balasto para regular la corriente a través de la lámpara, pero el menor costo de energía generalmente compensa el mayor costo inicial. Las lámparas fluorescentes compactas ahora están disponibles en los mismos tamaños populares que las incandescentes y se utilizan como una alternativa de ahorro de energía en los hogares.
Debido a que contienen mercurio, muchas lámparas fluorescentes se clasifican como desechos peligrosos . La Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos recomienda que las lámparas fluorescentes se separen de los desechos generales para su reciclaje o eliminación segura, y algunas jurisdicciones exigen su reciclaje. [3]
La fluorescencia de ciertas rocas y otras sustancias se había observado durante cientos de años antes de que se entendiera su naturaleza. A mediados del siglo XIX, los experimentadores habían observado un resplandor radiante que emanaba de recipientes de vidrio parcialmente evacuados a través de los cuales pasaba una corriente eléctrica . Uno de los primeros en explicarlo fue el científico irlandés Sir George Stokes de la Universidad de Cambridge en 1852, quien llamó al fenómeno "fluorescencia" en honor a la fluorita , un mineral cuyas muestras brillan intensamente debido a las impurezas. La explicación se basó en la naturaleza de los fenómenos de luz y electricidad desarrollados por los científicos británicos Michael Faraday en la década de 1840 yJames Clerk Maxwell en la década de 1860. [4]
Poco más se hizo con este fenómeno hasta 1856, cuando el soplador de vidrio alemán Heinrich Geissler creó una bomba de vacío de mercurio que evacuó un tubo de vidrio en una medida que antes no era posible. Geissler inventó la primera lámpara de descarga de gas, el tubo Geissler , que consta de un tubo de vidrio parcialmente evacuado con un electrodo metálico en cada extremo. Cuando se aplicó un alto voltaje entre los electrodos, el interior del tubo se iluminó con una descarga luminosa. Al poner diferentes productos químicos en el interior, los tubos podían fabricarse para producir una variedad de colores, y se vendían elaborados tubos Geissler para entretenimiento. Más importante, sin embargo, fue su contribución a la investigación científica. Uno de los primeros científicos en experimentar con un tubo Geissler fue Julius Plücker, quien describió sistemáticamente en 1858 los efectos luminiscentes que ocurrían en un tubo Geissler. También hizo la importante observación de que el resplandor del tubo cambiaba de posición cuando estaba cerca de un campo electromagnético . Alexandre Edmond BecquerelObservó en 1859 que ciertas sustancias emitían luz cuando se colocaban en un tubo Geissler. Continuó aplicando capas delgadas de materiales luminiscentes a las superficies de estos tubos. Se produjo fluorescencia, pero los tubos eran muy ineficaces y tenían una vida útil corta.
Las consultas que comenzaron con el tubo Geissler continuaron a medida que se producían vacíos aún mejores. El más famoso fue el tubo de vacío utilizado para la investigación científica por William Crookes . Ese tubo fue evacuado por la bomba de vacío de mercurio altamente efectiva creada por Hermann Sprengel . La investigación realizada por Crookes y otros finalmente condujo al descubrimiento del electrón en 1897 por JJ Thomson y los rayos X en 1895 por Wilhelm Roentgen . Pero el tubo de Crookes , como se le conoció, producía poca luz porque el vacío en él era demasiado bueno y, por lo tanto, carecía de las trazas de gas necesarias para la estimulación eléctrica.luminiscencia .
Lámparas fluorescentes lineales que iluminan un túnel peatonal
Arriba: dos
lámparas fluorescentes compactas no integradas . Abajo: dos lámparas de tubo fluorescente. Ambos tipos requieren un lastre en la
lámpara . Se muestra una cerilla, a la izquierda, para escala.
Lámpara de dos clavijas F71T12 de 100 W típica utilizada en camas de bronceado. El símbolo (Hg) indica que esta lámpara contiene mercurio . En los EE. UU., Este símbolo ahora se requiere en todas las lámparas fluorescentes que contienen mercurio.
[1] Un portalámparas estilo "lápida" para lámparas fluorescentes de dos clavijas T12 y T8
Dentro del extremo de la lámpara de una lámpara de dos clavijas de precalentamiento. En esta lámpara, el filamento está rodeado por un protector de cátodo metálico alargado , que ayuda a reducir el oscurecimiento del extremo de la lámpara.
[2] Una de las primeras lámparas de vapor de mercurio inventadas por Peter Cooper Hewitt en 1903. Era similar a una lámpara fluorescente sin la capa fluorescente del tubo y producía una luz verdosa. El dispositivo redondo debajo de la lámpara es el lastre .
Primer plano de los cátodos de una lámpara germicida (un diseño esencialmente similar que no utiliza fósforo fluorescente, lo que permite ver los electrodos )
Una lámpara germicida utiliza una descarga luminiscente de vapor de mercurio a baja presión idéntica a la de una lámpara fluorescente, pero la envoltura de cuarzo fundido sin recubrimiento permite que se transmita la radiación ultravioleta.
Diferentes balastos para lámparas fluorescentes y de descarga.
230 V lastre para 18-20 W
Imagen térmica de una lámpara fluorescente helicoidal.
Un diagrama de Sankey de pérdidas de energía en una lámpara fluorescente. En los diseños modernos, la mayor pérdida es la eficiencia cuántica de convertir fotones UV de alta energía en fotones de luz visible de menor energía.
Una lámpara fluorescente de cátodo frío de una señal de salida de emergencia. Al operar a un voltaje mucho más alto que otros fluorescentes, la lámpara produce una descarga luminosa de bajo amperaje en lugar de un arco, similar a una luz de neón . Sin conexión directa al voltaje de línea, la corriente está limitada por el transformador solo, lo que anula la necesidad de un balasto.
Un circuito de lámpara fluorescente de
precalentamiento mediante un interruptor de arranque automático. A: Tubo fluorescente, B: Potencia (+220 voltios), C: Arrancador, D: Interruptor (termostato bimetálico), E: Condensador, F: Filamentos, G: Lastre
Encendido de una lámpara de precalentamiento. El interruptor de arranque automático parpadea en naranja cada vez que intenta encender la lámpara.
Un "arrancador" de lámpara fluorescente de
precalentamiento (interruptor de arranque automático)
Arrancadores electrónicos para lámparas fluorescentes
Tubos fluorescentes T12. Los dos primeros son de encendido rápido (para "lápida" y soportes de enchufe respectivamente) mientras que el tercero es una lámpara de encendido instantáneo. El arranque instantáneo tiene un pin único característico, redondeado, para enchufar en los soportes de enchufe con resorte.
Un balasto de "hierro" (magnético) de arranque rápido calienta continuamente los cátodos en los extremos de las lámparas. Este balasto funciona con dos lámparas F40T12 en serie.
Una lámpara fluorescente de 65 vatios que comienza en un circuito de arranque semirresonante
Un diagrama de circuito de arranque semirresonante
Lámpara fluorescente con balasto electrónico.
Reactancia electrónica para lámpara fluorescente, 2 × 58 W
Esquema básico de balasto electrónico
Balastos electrónicos y diferentes lámparas fluorescentes compactas
Este tubo, que se encendía y apagaba con regularidad, ya no podía arrancar después de que los cátodos hubieran salido de los cátodos una cantidad suficiente de mezcla de emisión termoiónica. El material vaporizado se adhiere al vidrio que rodea los electrodos, lo que hace que se oscurezca y se vuelva negro.
Primer plano del filamento de una lámpara de descarga de gas de mercurio de baja presión que muestra un revestimiento de mezcla de emisión termoiónica blanca en la parte central de la bobina que actúa como cátodo caliente . el recubrimiento se pulveriza cada vez que se enciende la lámpara, lo que resulta en una falla de la lámpara.
Lámpara fluorescente compacta que ha llegado al final de su vida útil debido a la adsorción de mercurio. La luz es producida solo por el relleno de argón base.
La luz de una lámpara de tubo fluorescente reflejada por un CD muestra las bandas de color individuales.
La temperatura de color de diferentes lámparas eléctricas.
Una lámpara fluorescente helicoidal de color blanco frío reflejada en una rejilla de difracción revela las diversas líneas espectrales que componen la luz.
Espectros fluorescentes en comparación con otras formas de iluminación. En el sentido de las agujas del reloj desde la parte superior izquierda: lámpara fluorescente, bombilla incandescente , llama de vela e iluminación LED .
Los balastos magnéticos tienen un factor de potencia bajo , cuando se utilizan sin un condensador, lo que aumenta la corriente consumida por el dispositivo de iluminación.
El problema del "efecto de ritmo" que se crea al tomar fotografías con iluminación fluorescente estándar
El problema del "efecto de ritmo" que se crea al grabar películas con iluminación fluorescente estándar
En las lámparas sin electrodos (de inducción), el plasma de inducción mueve los electrones en un bucle continuo, generalmente dándoles una forma circular.
El acoplamiento capacitivo con líneas eléctricas de alto voltaje puede encender una lámpara de forma continua a baja intensidad.
