Lampu pendarfluor

Lampu kalimantang atau lampu pendarfluor merupakan sejenis lampu nyahcas gas yang menggunakan arus elektrik untuk mengujakan wap raksa. Wap raksa yang diujakan ini menghasilkan sinar ultraungu gelombang pendek yang menyebabkan lapisan fosfor untuk menghasilkan cahaya tampak. Lampu penderfluor menukarkan tenaga elektrik kepada tenaga cahaya yang boleh dimanfaatkan lebih baik daripada mentol lampu. Kos penggunaan tenaga yang rendah mengatasi kos awal lampu itu sendiri. Lampu ini lebih mahal daripada mentol lampu kerana ia memerlukan balast elektrik untuk mengawal arus elektrik di dalam lampu.

Sementara jenis tiub biasa banyak digunakan di bangunan komersial dan institusi, lampu pendarfluor padat kini boleh didapati dalam saiz yang sama seperti mentol lampu sebagai alternatif penjimatan tenaga di rumah.

Prinsip operasi

Prinsip asas bagi penukaran tenaga elektrik kepada tenaga cahaya pada lampu pendarfluor bergantung kepada serakan tidak kenyal elektron. Elektron bebas bertembung dengan atom gas. Jika elektron bebas mempunyai cukup tenaga kinetik, ia memindahkan tenaga ke elektron luar atom, menyebabkan elektron itu diujakan ke tahap tenaga yang lebih tinggi. Pertembungan tersebut adalah 'tidak kenyal' kerana sedikit kehilangan tenaga berlaku.

Keadaan tenaga tinggi ini tidak stabil, maka atom akan memancarkan foton ultraungu semasa atom tersebut kembali ke tahap tenaga rendah yang lebih stabil. Kebanyakan foton yang dilepaskan daripada atom raksa mempunyai panjang gelombang dalam lingkungan ultraungu iaitu sekitar 253.7 nm dan 185 nm. Cahaya ini tidak dapat dilihat oleh mata manusia, oleh itu ia mesti ditukarkan kepada cahaya tampak. Ia dilakukan melalui penggunaan bahan pendarfluor. Foton ultraungu diserap oleh atom bahan salutan pendarflour dalaman tiub lampu, menyebabkan lonjakan tenaga yang serupa, kemudian menjunam, dengan keluaran satu lagi jenis foton sekali lagi. Foton yang dibebaskan dalam interaksi kedua ini mempunyai tenaga yang kurang daripada interaksi pertama tadi. Bahan kimia fosfor yang digunakan dipilih supaya foton yang dibebaskan adalah pada panjang gelombang yang boleh dilihat dengan mata manusia. Perbezaan tenaga antara foton ultraungu yang diserap dengan foton cahaya tampak menyebabkan sedikit pemanasan pada lapisan fosfor.

Apabila lampu dihidupkan, kuasa elektrik memanaskan katod sehingga ia cukup panas untuk mengeluarkan elektron. Elektron ini bertembung dan mengionkan gas adi di dalam tiub mengelilingi filamen untuk membentuk plasma melalui proses pengionan impak. Hasilnya, tahap konduktiviti gas terion meningkat dengan pantas, membolehkan arus tinggi mengalir melalui lampu.

Bahagian lampu pendarfluor

Tiub lampu

Tiub lampu mengandungi gas raksa bertekanan rendah serta argon, xenon, neon, atau kripton. Tekanan di dalam tiub adalah sekitar 0.3% tekanan atmosfera.^[1] Permukaan dalaman tiub disalut dengan bahan pendarfluor terdiri daripada pelbagai campuran garam fosfor metalik dan unsur nadir bumi. Elektrod tiub terdiri daripada lingkaran tungsten serta dirujuk sebagai katod kerana fungsinya untuk memancarkan elektron. Bagi tujuan ini, ia disalut campuran barium, strontium dan kalsium oksida yang dipilih kerana suhu pelepasan termionik yang rendah.

Balast

Lampu pendarfluor adalah peranti rintangan pembezaan rendah, yang bermaksud semakin tinggi arus elektrik yang mengalir, semakin rendah rintangannya, membolehkan arus elektrik yang lebih tinggi mengalir sehingga boleh merosakkan lampu tersebut. Untuk mengelakkan arus yang membinasakan daripada mengalir ke dalam lampu, arus ini mesti dikawal dengan menggunakan balast elektrik ataupun cok. Balast yang paling banyak digunakan ialah balast jenis peraruh yang terdiri daripada gelung dawai yang dililit pada teras besi berlamina. Aruhan elektromagnet yang dihasilkan mengehadkan arus elektrik. Namun demikian, cok jenis peraruh ini menyebabkan faktor kuasa menjadi rendah disebabkan sifat semulajadi peraruh yang melengahkan arus elektrik (lagging). Penggunaan balast elektronik ataupun pemasangan kapasitor di samping balast peraruh sedia ada boleh memperbaiki faktor kuasa.

Penghidup

Menghidupkan lampu menggunakan penghidup jenis pemanas. Suis penghidup berkelip dengan cahaya jingga setiap kali ia cuba menghidupkan lampu.

Atom raksa di dalam tiub pendarfluor mesti diionkan terlebih dahulu sebelum ia boleh "berlaga" di dalam tiub. Bagi lampu kecil, hanya sedikit voltan yang diperlukan, tetapi tiub yang lebih besar memerlukan voltan yang lebih besar (sehingga beribu-ribu volt). Suis penghidup yang paling lazim digunakan adalah jenis pemanas atau bara seperti yang telah ditunjukkan di dalam gambar. Ia terdiri daripada tiub nyahcas gas neon, elektrod dwilogam serta kapasitor.

Apabila kuasa elektrik dihidupkan, satu nyahcas bara akan muncul pada elektrod penghidup. Nyahcas bara ini akan memanaskan gas di dalam penghidup dan menyebabkan elektrod dwilogam untuk membengkok ke elektrod yang satu lagi. Apabila elektrod ini bersentuhan, kedua-dua filamen akan membara dan mengeluarkan elektron. Sentuhan elektrod ini menghentikan nyahcas bara, menyebabkan gas menyejuk semula. Elektrod dwilogam turut menyejuk dan mula bergerak kembali. Apabila kedua-dua elektrod tidak bersentuham, tendangan aruhan daripada balast menghasilkan voltan tinggi untuk menghidupkan lampu. Suis penghidup turut mempunyai kapasitor yang disambung selari dengan tiub nyahcas gas bagi memanjangkan hayat elektrod.

Setelah lampu menyala, nyahcas utama kemudian memastikan katod kekal panas, membenarkan keluaran berterusan tanda memerlukan elektrod penghidup untuk bersentuhan lagi. Elektrod penghidup tidak lagi bersentuhan kerana voltan yang merentasi tiub yang menyala tidak mencukupi untuk menghidupkan nyahcas bara di dalam penghidup. Jika tiub gagal dihidupkan, ataupun menyala tetapi kemudian padam kembali, prosedur menghidupkan lampu diulang semula.

Penghidup elektronik menggunakan kaedah yang lebih kompleks bagi memanaskan katod pada tiub lampu. Ia menggunakan suis semikonduktor khas yang diaturcara dengan masa pemanasan yang ditetapkan supaya katod dipanaskan sepenuhnya serta memanjangkan jangka hayat lampu. Penghidup elektronik mempunyai satu siri kapasitor yang mampu menghasilkan denyutan voltan tinggi merentasi lampu supaya ia dihidupkan dengan betul. Penghidup elektronik hanya perlu melakukan cubaan menghidupkan lampu dalam masa singkat apabila bekalan kuasa dihidupkan serta tidak akan berulang kali cuba menghidupkan tiub lampu yang sudah rosak. Penghidup elektronik direka supaya mampu menghidupkan lampu dalam masa 0.3 saat.

Kebaikan

Keberkesanan kilauan - Lampu pendarfluor menukarkan lebih banyak kuasa masukan kepada cahaya tampak berbanding mentol lampu. Sebiji mentol lampu 100 watt hanya menukarkan 2% kuasa masukannya kepada cahaya putih tampak, manakala lampu pendarfluor lazimnya mampu menukatkan lebih kurang 22% daripada kuasa masukan kepada cahaya putih tampak.^[2]
Jangka hayat - Lampu perdarfluor lazimnya tahan antara 10 hingga 20 kali lebih lama daripada lampu pijar apabila dikendalikan dalam masa beberapa jam pada satu-satu masa.
Kos pengendalian - Kos pembelian lampu pendarfluor yang lebih tinggi diatasi dengan penggunaan tenaga elektrik yang rendah. Jangka hayat yang lebih panjang juga turut menyumbang kepada penjimatan tambahan berikutan kos penggantian lampu yang kurang.
Kilauan yang kurang - Jika dibandingkan dengan lampu pijar, tiub pendarfluor ialah punca cahaya yang lebih besar serta cahayanya lebih berbaur. Pada lampu yang direka bersesuaian, cahaya boleh diserakkan lebih sekata tanpa satu titik silau sebagaimana yang terdapat pada mentol lampu yang tidak berbaur; lampu tersebut adalah besar berbanding jarak antara lampu serta permukaan yang diteranginya.

Kelemahan

Jika ia kerap dihidupkan - Jika lampu dipasang di kawasan di mana ia kerap dihidupkan dan dimatikan, ia tidak akan tahan lama. Dalam keadaan yang terlampau, jangka hayatnya boleh jadi lebih pendek daripada mentol lampu yang murah. Setiap kitar penghidup menghakis sedikit permukaan yang menghasilkan elektrod pada katod; apabila bahan pelepasan sudah habis, lampu tidak boleh dihidupkan langsung.
Kandungan raksa di dalam lampu - Jika tiub lampu pecah, sedikit kandungan raksa boleh mencemar persekitaran sekeliling. Lebih kurang 99% raksa terdapat pada lapisan fosfor, terutamanya pada lampu yang hampir tamat jangka hayatnya.^[3] Kaca yang pecah itu biasanya dianggap lebih berbahaya daripada sedikit tumpahan raksa.
Pelepasan cahaya ultraungu - Lampu pendarfluor menghasilkan sedikit cahaya ultraungu (UV). Satu kajian tahun 1993 di AS menunkukkan bahawa pendedahan kepada UV setelah duduk di bawah cahaya lampu pendarfluor selama lapan jam adalah bersamaan dengan berjemur selama hanya seminit di bawah cahaya matahari.^[4] Orang yang sangat sensitif mungkin akan mengalami masalah kesihatan berkaitan kepekaan cahaya yang disebabkan oleh pencahayaan buatan. Cahaya UV boleh memberi kesan terhadap catan sensitif, terutamanya pewarna air serta kebanyakan tekstil. Karya seni berharga mesti dilindungi daripada cahaya melalui satu lapisan kaca tambahan atau helaian akrilik telus antara lampu dan hasil catan.
Faktor kuasa rendah - Balast aruhan mudah pada lampu pendarfluor mempunyai faktor kuasa kurang daripada 1. Oleh itu, sesetengah balast turut dipasang kapasitor pembetulan faktor kuasa. Balast elektronik mudah turut mempunyai faktor kuasa yang rendah berikutan tahap masukan rektifiernya.

Lihat juga

Rujukan

^ Tekanan wap raksa sahaja adalah sekitar 0.8 Pa (8 per sejuta tekanan atmosfera), di dalam lampu T12 40 watt. Rujuk Kane and Sell 2001 halaman 185.
^ page 20
^ Floyd, et al. (2002), quoted on page 184 of Toolkit for identification and quantification of mercury releases (PDF)
^ Lytle et al., "An Estimation of Squamous Cell Carcinoma Risk from Ultraviolet Radiation Emitted by Fluorescent Lamps"; Photodermatol Photoimmunol Photomed (1993)

Pautan luar

Popular Science, January 1940 Fluorescent Lamps
T5 Fluorescent Systems — Lighting Research Center Research about the improved T5 relative to the previous T8 standard
NASA: The Fluorescent Lamp: A plasma you can use
Video How Fluorescent Tubes are Manufactured
Museum of Electric Lamp Technology
R. N. Thayer (1991-10-25). "The Fluorescent Lamp: Early U. S. Development". The Report courtesy of General Electric Company. Dicapai pada 2007-03-18.
Wiebe E. Bijker,Of bicycles, bakelites, and bulbs: toward a theory of sociotechnical change MIT Press, 1995, Chapter 4, preview available at Google Books, on the social construction of fluorescent lighting
Explanations and schematics of some fluorescent lamps

[1] Tekanan wap raksa sahaja adalah sekitar 0.8 Pa (8 per sejuta tekanan atmosfera), di dalam lampu T12 40 watt. Rujuk Kane and Sell 2001 halaman 185.

[GE1978-2] 20

[chem.unep.ch-3] Floyd, et al. (2002), quoted on page 184 of Toolkit for identification and quantification of mercury releases (PDF)

[4] Lytle et al., "An Estimation of Squamous Cell Carcinoma Risk from Ultraviolet Radiation Emitted by Fluorescent Lamps"; Photodermatol Photoimmunol Photomed (1993)

[1]

[2]

[3]

[4]