燈飾的物理特性和類型

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燈飾的物理特性和類型

大多數的燈飾都是有著標準直徑、長度和額定功率的燈管。燈管直徑是以1／8英寸遞增的，標準的長度是2、34、8英尺。各電源適配器廠商大多采用同樣的四個字母編碼FPTD標注型號，F表示燈飾，P表示輸入功率（用瓦特表示），T表示管形，D則是以1／8英寸的倍數來表示的直徑。因此，F32T8表示的是功率為32瓦，直徑為1英寸的燈管；F40T12則表示功率為40瓦，直徑為1.5英寸的燈管。燈飾也有環形和U形的。采用舊式電磁鎮流器的各種類型的燈飾都可以找到匹配的以相同線電壓工作的電子鎮流器。
不同的燈飾都由具有以上標準直徑、長度和形狀的玻璃管構成，管中充滿了低壓氨氣或氪氣，以及少量的液態汞。這些汞當燈啟動時就被低能的電弧加熱蒸發面形成汞蒸氣。
燈管上可以涂各種磷光質，這些磷光質會被大電流的汞弧產生的紫外線激發，從面產生需要的可見光。當高壓施加于燈管兩端的電極時，就會在燈管里流過較大的電流。
這些電極在瞬時啟動的燈管里是非熱致發射的無源燈絲線圈，而在快速啟動的燈管里則是表面氧化的燈絲線圈。
在電極施加電壓之前，燈管里幾乎沒有載流子存在，因為沒有任何氣體原子被電離。當在電極兩端施加電壓后，少量的自由電子從電極中被激發出來，并被電場加速到一定速度時，就會產生大量的載流子。因為加速的電子碰撞一個中性的氣體原子后，會將它電離，從而產生一個新的自由電子和一個質量較大的正離子。電子被加速朝著陽極運動，正離子則被加速朝著陰極運動，這樣會產生更多的碰撞電離。每次碰撞就會產生更多的載流子，而更多的載流子會進一步導致更多的碰撞電離。這就產生了電流的雪崩效應，形成了電弧。

瞬時啟動的燈管本身并不具有大量初始的自由電子來啟動以上的過程，它們依賴于由宇宙射線產生的少量的自由電子和電極上巨大的電壓梯度來產生足夠多的自由電子去啟動碰撞電離的過程。因此，它們需要一個高壓去啟動或點燃電弧，而啟動的瞬時性則由應用場合的電壓大小決定。
快速啟動型燈管（圖）具有載流氧化燈絲，它將提供大量的儲備電子去點燃電弧。它僅需要一個較低的加速電壓來點亮燈管，雖然其點亮的速度沒有瞬時啟動的燈快，但已經可以接受了。快速啟動的燈在點亮后仍然保持燈絲上的加熱電流。舊式的預熱燈管使用啟輝器，只在啟動時加熱燈絲，燈點亮后就自動切斷燈絲上的電源適配器來節省能量。
瞬時啟動和快速啟動的燈都具有各自的優缺點。快速啟動的燈雖然在啟動時相對慢點，但速度仍然可以接受，并且它需要的啟動電壓相對較低。但是它的燈絲對于廠商來說成本較高，并且它需要一個燈絲電源適配器，這就需要一個獨立的燈絲變壓器，或者在功率變壓器上增加個獨立的繞組。瞬時啟動的燈會在每次啟動時因較高的沖擊電壓而使陰極上的物質剩離。經過數次啟動后，燈管的末端就會變黑并且壽命縮短。如果考慮到燈在正常使用時并不會頻繁的啟動，則它低廉的價格仍然使它具有競爭力。這兩種類型的燈管市場上都可以找到，不過它們都需要相應的鎮流器才能正常工作。
燈管里充有低壓的氫氣或氪氣是為了讓燈管更快地啟動。起初的碰撞電離或電弧就在這些氣體中產生。而正是因為氬氣或氪氣中的電弧，使得燈管內溫度上升，汞蒸發成為氣體，從而使得汞原子參與碰撞電離而產生更多的電子和正離子。更重要的是，由汞原子產生的紫外線激發了燈管壁上的熒光物質才發出了可見光。
現在電子向陽極運動，帶正電荷的汞離子朝陰極運動，同時它們和其他汞原子相碰撞將其在原子軌道上運行的電子激發到一些更高能級的軌道。當這些24伏電源適配器電子躍遷回基態能級時，就會發出一定頻率的光，該頻率對應于電子所處的兩個能級之差。那些跨越低能級差的躍遷將會產生波長較長的可見光，而那些跨越高能級差的躍遷將會產生能量較高波長較短的紫外線。
如一次特定的躍遷將會產生高能量的紫外線，它的波長是2537埃（1埃=10厘米）。這低于約4000到7000埃的可見光光譜。但如此短波長高能量的紫外線對激發燈管上的磷光質產生可見光卻非常有效。
圖顯示了40瓦白光熒光燈的光譜能量分布，單位為毫瓦／納米（1納米=10埃）。光滑的曲線代表磷光粉被紫外線激發輻射產生了連續的光譜。10m寬的離散區域，代表汞原子在低能級之間躍遷產生的光譜。雖然這些躍遷也產生了可見光，但其激發熒光質產生可見光的效果遠不如波長為2573埃的紫外線能級的躍遷。而大多數的可見光正是由紫外線激發磷光質產生的。