日光灯发光原理.doc

问题： 为什么有些日光灯打开时，要经过一段时间才会点亮，然而有些日光灯很快就点亮呢？为什么有些日光灯的颜色不太一样呢？日光灯的如何启动？与工作原理？霓虹灯和日光灯有什么不同？ 路灯为什么需要经过很长的时间才逐渐亮起来呢？在亮起来的过程中，它的颜色有没有变化呢？为什么高速公路上的灯看起来呈橘黄色呢？水银灯，钠光灯与金属-卤灯有何不同？我们如何看见光与分辨颜色的？谈论发光体之前，请先了解我们的眼睛是如何看见光与分辨颜色的？ 不同的光源会产生不同波长的光。 如果不清楚我们的眼睛如何区分不同波长的光？请先看彩色的世界，由于太阳光会同时刺激我们眼睛中三类对颜色敏感的细胞，因此感觉起来太阳光是『白』光。 因此『白』光光源也要能够对眼睛模拟相同的刺激。发出白热光的（钨丝）电灯虽然也能产出各种不同波长的光。但是由于钨丝的温度无法达到像太阳表面一样5800℃的高温，因此辐射出的眼睛所感受到电磁波波谱部份长波长的红光比较强烈。事实上，有绝大多数的电磁波更是分布在人眼睛所感受不到的红外光区段。----也就是我们皮肤能感受到的电灯的『热』辐射。 关于日光灯我们先将主题分为三方面：1.日光灯如何将电能转化为光（能）。2.日光灯所串接的『安定器(ballast)』是提供什么作用？3.日光灯是如何启动的？ 关于前两个主题，对于所有的日光灯都是相同的。 第三主题则因日光灯的种类而有所不同。当然共同的内容部份先谈。日光灯管简单的说是个密闭的气体放电管。管内主要气体为氩(argon)气(另包含氖neon或氪krypton)气压约大气的0.3%。另外包含几滴水银---形成微量的水银蒸汽。水银原子约占所有气体原子的千分之一的比例。藉由管内导通的电流(电子被加速），形成气体放电状态，而发出『光』。日光灯管是靠着灯管的水银原子藉由气体放电的过程释放出紫外光（主要波长为2537埃=2537*10-10m）. 所消耗的电能约60%可以转换为紫外光。其他的能量则转换为热能。藉由灯管内表面的荧光物质吸收紫外光后释放出可见光。不同的荧光物质会发出不同的可见光。一般紫外光转换为可见光的效率约为40%。因此日光灯的效率约为60%*40%=24%---大约为相同功率钨丝电灯的两倍。 可见光波段连续光谱 氢气的吸收光谱 氢气的发射光 将连接电池两端的导线靠近时，『啪』的一声，火花与声响出现了。这是一种气体放电的过程。放电过程如果没有控制好，那可是会出事的！为什么呢？日光管内在一开始尚未有自由电子时，是很不容易导通电流的。藉由后面会介绍产生电子的方法产生电子后。由于电极间降所形成的电场而加速电子。当这些电子被加速后，会和气体原子产生频繁的碰撞。由于电子的质量远小于气体原子的质量，因此多数的碰撞过程中电子并没有损失能量，只是一直改变运动方向。 在某些碰撞过程中，电子的能量足够游离管内气体的电子，产生新的电子及离子对。这些被游离的电子及离子对继续被加速，也就会继续的游离，如此循环则管内变成越来越容易导通电流，也就是说管内的电阻会突然下降许多（内部形成电浆态）于是可以导通大量的电流。甚至会导致灯管破裂---如何控制是我们第二个主题内容。 当然游离的过程中，电子与离子对也会发生中和的现象（减少导通的离子）。当产生离子的速率大于中和的速率时，放电过程才会发生。在少数与水银气体的碰撞过程中，会使得水银原子吸收电子的部份动能。而转换成较不稳定的激发态，经由一连串的重新分布能量，藉由释放出电磁波，而恢复为原来稳定的状态。 详细的过程,牵涉到原子的结构以后再详谈。 总而言之：水银原子吸收了电子的动能，而转换为电磁波辐射出来。当水银回到最稳定状态(GroundState)时,释放出波长为2540埃的紫外光。可是这些紫外光可是无法穿透日光灯管壁的。(穿透比例很少）更别说眼睛细胞感受不到紫外光的『颜色』讯号。 但是紫外光的能量却足够破坏你的细胞（可不是不受影响喔！）（隔着玻璃晒太阳，只能让你流汗，可是晒不黑皮肤的,想晒黑或怕被晒黑的人，知道该如何处理了吧！言归正传）于是只好藉由灯管内壁的荧光物质--能够吸收紫外光， 然后释放出更长波长的可见光。当然也包含了部份的红外光。好奇怪喔！原本不透紫外光的管壁，涂上荧光物质后反而可以透光！到底释放出哪些波长，则由荧光物质的原子结构决定。因此灯管内壁的混合了多种的荧光质，以便产生多种的可见光，同时能够刺激眼睛内三种感光的细胞。 混合的比例不同，也就产生『不同颜色』感受的日光灯光。蓝光部份较多的荧光灯管虽然效率较高，但是感觉起来较冷（阴森）。家中使用通常选多一些红光部份的荧光灯管，比较有温暖的感觉。效率却也就低了些（想想看为什么？）以下是一般日光灯三种不同色系的光谱分布 以下是采用三波长荧光粉（阳光灯管）的不同类型灯管所发出光的分布。采用稀土族荧光体，