日光灯的物理之能量转换

在谈论发光体(荧光灯)之前，请理解我们的眼睛是如何看光和辨别颜色的。不同的光源产生不同波长的光。如果不清楚我们的眼睛如何区分不同波长的光？请先看看这个多彩的世界。因为阳光可以同时刺激我们眼睛中的三种颜色敏感细胞，所以感觉阳光是“白色”光。因此，“白色”光源应该能够模拟对眼睛的相同刺激。虽然发出白光的钨丝电灯也能产生各种波长的光。然而，由于钨丝的温度不能达到太阳表面的5800℃，发射出来的眼睛感觉到电磁波谱中波长较长的相对较强的红光。事实上，绝大多数电磁波分布在人眼无法感觉到的红外区域。也就是说，我们的皮肤可以感受到电灯的“热”辐射。荧光灯如何将电能转化为光能？荧光灯管只是一个封闭的气体放电管。管道中的主要气体是氩气(也包括氖气或氪气)，压力约为大气的0.3%。此外，它还含有几滴银，形成了微量的汞蒸气。汞原子约占所有气体原子的千分之一。通过在管中传导的电流(电子被加速)，形成气体放电状态并发射“光”。荧光灯管依靠灯管中的汞原子通过气体放电过程释放紫外光(主波长为2537埃= 2537 * 10-10米)。大约60%消耗的电能可以转化为紫外光。其他能量转化为热能。灯管内表面的荧光物质吸收紫外光并释放可见光。不同的荧光物质发出不同的可见光。通常，将紫外光转换成可见光的效率约为40%。因此，荧光灯的效率约为60%*40%=24%，约为同等功率钨丝灯的两倍。

当连接电池两端的电线靠近时，会发出“砰”的一声，并出现火花和噪音。这是一个气体排放的过程。如果排放过程控制不好，就会发生事故！为什么？起初，当太阳能管中没有*电子时，传导电流并不容易。在电子由稍后描述的电子发生器产生之后。电子被电极之间形成的电场加速。当这些电子加速时，它们会经常与气体原子碰撞。因为电子的质量比气体原子的质量小得多，所以在大多数碰撞中，电子不会损失能量，只会一直改变它们的运动方向。在一些碰撞中，电子的能量足以离解管中气体的电子，并产生新的电子和离子。这些离解的电子和离子将随着它们的继续加速而继续离解，从而使得在管中传导电流变得越来越容易。换句话说，管中的电阻会突然下降很多(内部形成等离子体状态)，并且可以传导大量电流。它甚至可能导致灯管爆裂。如何控制它？当然，在解离过程中，电子和离子也会被中和(还原导电离子)。只有当离子产生速率大于中和速率时，放电过程才会发生。在与汞气体的几次碰撞中，汞原子会吸收一些电子的动能。它被转换成一个更不稳定的激发态，通过一系列能量的重新分配释放电磁波，使其恢复到原来的稳定状态。详细的过程包括原子的结构。总之，汞原子吸收电子的动能，并将其转化为电磁波进行辐射。当水银回到最稳定的状态时，波长为2540埃的紫外线就会释放出来。然而，这些紫外线不能穿透荧光管壁。(穿透率很小)更不用说眼睛细胞感觉不到紫外线的“颜色”信号了。因此，灯管内壁上的荧光物质可以吸收紫外光，然后释放出波长更长的可见光。当然，它也包含一些红外线。真奇怪！最初对紫外线不透明的管壁，涂上荧光物质后可以透光。释放什么波长取决于荧光物质的原子结构。因此，多种荧光物质混合在灯管内壁，从而产生多种可见光并刺激眼睛中的三种感光细胞。不同比例的混合物也会产生“不同颜色”的阳光。尽管蓝光更多的荧光灯管效率更高，但它们感觉更冷(冷)。家用时通常会选择更红的荧光灯管，感觉更温暖。但是效率更低(想想为什么？)以下是一般荧光灯的三种不同颜色系统的光谱分布

下面是使用三波长磷光体的不同类型的灯发出的光的分布。稀土磷光体用于将三重蓝色(452纳米)、绿色(543纳米)和红色(611纳米)的窄光谱结合成白光。详细的光谱分布如下:

根据特殊用途，有以下几种类型的灯管:1 .医用特种灯管:波长为400-500纳米、波峰为446纳米的特种蓝光灯管。这种蓝光能有效抑制黄疸症状，最适合在培养箱中对黄疸婴儿进行照射。2.半导体专用灯管:防止紫外线泄漏，在500纳米以下完全切断。它最适合工厂照明和高灵敏度半导体无尘室的防虫。3.反射灯管:整个灯管的1/5不含荧光粉，在荧光粉内层涂有反射膜，使光线集中在1/5的输出区域，适用于广告背光源。4.发光消防灯管:普通荧光粉上涂有发光磷光粉，开灯几分钟后仍能保持5cd/m2的微弱蓝光强度约两小时。适用于剧院、歌厅、车站、医院等公共场所的照明。