一圖看懂日光燈工作原理
日光燈在我們的生活中有很廣泛的應用,它的工作原理用到了高中物理知識。(在本文的最後,我們用一張圖示概括出日光燈的整個工作過程。)讓我們從日光燈的電路結構說起。
1、起動器(啟輝器)
主要是一個充有氖氣的小氖泡,裡面裝有兩個電極,一個是靜觸片,一個是由兩個膨脹係數不同的金屬製成的U型動觸片。
當溫度升高時,因兩層金屬片的膨脹係數不同,且內層膨脹係數比外層膨脹係數大,所以動觸片在受熱後會向外伸展。
2、鎮流器
是一個帶鐵芯的線圈,自感係數很大。
3、日光燈管
是一根玻璃管,內壁塗有一層熒光粉(鎢酸鎂、鎢酸鈣、硅酸鋅等)。燈管內充有稀薄的惰性氣體(一般為氬氣)和水銀蒸汽,燈管兩端有由鎢製成的燈絲,燈絲塗有受熱後易於發射電子的氧化物。
4、起動過程
在圖示的電路中,當開關接通的時候,電源電壓通過鎮流器和燈管燈絲加到起動器的兩極。這個電壓會使起動器的惰性氣體氖電離,產生輝光放電。
輝光產生的熱量使U型動觸片膨脹伸長,跟靜觸片接通。
這時,由於起動器兩極閉合了,動靜觸片電阻很小,所以啟動器兩極間電壓變小了,氖氣不能再被電離,輝光放電消失。
管內溫度降低;此時,雙金屬片自動複位,兩極斷開。
在兩極斷開的瞬間,電源提供的電流突然消失,鎮流器就會產生很大的自感電動勢,方向與原來的電壓方向相同,這個自感電動勢與電源電壓加在一起,形成一個瞬時高壓,加在日光燈管兩端,使燈管中的惰性氣體(氬蒸汽)被電離。
氬氣電離生熱,熱量使水銀產生蒸氣,隨之水銀蒸氣也被電離,並發出強烈的紫外線(汞原子的原子特徵譜線大部分集中在紫外區)。在紫外線的激發下,管壁內的熒光粉發出近乎白色的可見光。
5、正常發光過程
日光燈被點亮後,由於交變電流通過鎮流器的線圈,線圈中就會產生自感電動勢,它總是阻礙電流變化的,這時鎮流器起著降壓限流的作用,能夠分擔一部分交流電壓,因此能保證日光燈正常工作。
由於這個正常工作電壓也低於啟動器的電離電壓(交流220V),所以並聯在兩端的起動器也就不再起作用了。
6、日光燈管的紫外線會不會對人體有害呢?
答案是不會的,因為這種紫外線的能量還不足以穿透玻璃到達燈管的外面,所以日光燈的紫外線是不會對人體造成傷害的。
小結:
來源:奇趣物理
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