Pracownia elektryczna
Ćwiczenie: Badanie świetkówki.
Grupa : 7
Imię i nazwisko
1. Mateusz Stramka
2.
3.
4.
5.
6.

Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z budową, zasadą działania i właściwościami fluorescencyjnych źródeł światła .

Wstęp:

Świetlówka jest rodzajem elektrycznej lampy oświetleniowej w formie szklanej rury. Rura ta jest pokryta od wewnątrz warstwa luminoforu i wypełniona parami rtęci a argonu. Na końcu rury są zatopione elektrody. Napięcie elektryczne przyłożone do tych elektrod jonizuje gaz i pobudza go do świecenia. Pary rtęci i argonu wysyłają niewidzialne dla oka promieniowanie ultrafioletowe, które podając ha luminofor wywołuje emisję promieniowania elektromagnetycznego w zakresie widzialnym. Zjawisko samorzutnego świecenia luminoforów pod wpływem napromieniowania nazywamy fluorescencją. Długość fali promieniowania fluorescencyjnego jest zawsze większa od długości fali napromieniowującej luminofor. Zmieniając skład chemiczny luminoforu, wpływamy na zabarwienie wysyłanego przez Lampe światła.

Elektrody pobudzające gaz do świecenia wykonane są w postaci skrętek nawiniętych drutem wolframowym. Włączenie napięcia powoduje przepływ prądu w obwodzie złożonym z dławika, skrętek oraz zapłonnika. Zapłonnikiem jest najczęściej neonówka zaopatrzona w elektrody bimetalowe. Elektrody te w czasie przepływu prądu przez neonówkę rozgrzewają się i stykają. Dzięki temu impedancja obwodu gwałtownie zmniejsza się i prąd płynący przez elektrody lampy szybko narasta. Skrętki rozżarzają się i emitują strumień elektronów jonizujących gaz. Styki bimetalowe w tym czasie stygną i rozwierając się indukują między elektrodami lampy, dzięki w obecności w obwodzie dławika, napięcie zapalające lampę. Jeśli zapłon lampy nie nastąpi, oznacza to, że gaz został jeszcze za słabo zjonizowany. Cały proces powtarza się więc jeszcze raz lub wielokrotnie, aż do zaświecenia. Proces zapalania świetlówki trwa kilka sekund.

W czasie normalnej pracy lampy styki bimetalowe zapłonnika są rozwarte.

Spadek napięcia na lampie fluoroscencyjnej wynosi nieco powyżej 100V. Pozostała część napięcia odkłada się w dławiku. Ogranicza on wartość prądu płynącego przez świetlówkę.

Przebieg ćwiczenia:

Charakterystyka zewnętrzna świetlówki jest to zależność między napięciem na niej a napięciem zasilającym.

Autotransformator służy do nastawiania napięcia zasilającego mierzonego woltomierzem elektromagnetycznym. Woltomierz elektromagnetyczny mierzy spadek napięcia na świetlówce, a amperomierz elektromagnetyczny prąd płynący przez nią.

Wykres wektorowy prądów i napięć na elementach świetlówki. Ze względu na charakter indukcyjny obwodu – prąd płynący przez lampę opóźnia się w fazie względem napięcia zasilającego o kąt φ.

Niekiedy rolę statecznika może pełnić rezystor lub kondensator. W praktyce najczęściej jednak statecznikiem jest dławik.

Rezystancja wewnętrzna lampy R = $\frac{\text{U\ sw}}{I}$ maleje ze zwiększeniem prądu płynącego przez nią.

W obwód świetlówki jest włączona cewka prądowa watomierza oraz amperomierz

elektromagnetyczny . Woltomierz elektromagnetyczny i cewka napięciowa watomierza

połączone są z zaciskami wyjściowymi autotransformatora za pomocą wyłącznika

dwubiegunowego . Wyłącznik jednobiegunowy wykorzystywany jest jako zapłonnik.

Wyłącznik jednobiegunowy umożliwia włączenie do układu kondensatora o pojemności .

Schematy i tabele:

Tabela:

Uzas	30	30	70	90	110	130	150	170	190	200	220	230	250
Uśw	30	48	68	87	111	125	148	168	188	193	196	197	229
I	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0,46	0,52	0,54	1,4

Budowa świetlówki:

Schemat układu do wyznaczania charakterystyki zewnętrznej świetlówki:

Zaobserwowane zjawiska:

Świetlówki wykorzystuje się jako źródło światła. Są one bardziej ekonomiczne od żarówek. Sprawnością świetlną przewyższają je trzykrotnie.

Bezpośrednie włączenie świetlówki do sieci spowodowało by więc ciągłe i nieograniczone zwiększanie prądu, a w konsekwencji zniszczenie lampy. Dlatego łączy się ją szeregowo z urządzeniem nazywanym statecznikiem ograniczającym nadmierne zwiększanie prądu i ustalającym jego wartość równą wartości prądu znamionowego. Spadek napięcia na stateczniku jest równy różnicy napięcia sieciowego i spadku napięcia na świetlówce.

Na podstawie wskazań woltomierza i amperomierza można określić moc pozorną S pobieraną przez badaną S =U ⋅ I świetlówkę watomierz wskazuje pobieraną moc czynną

P =U ⋅ I ⋅ cos ϕ

przy czym cos ϕ jest współczynnikiem mocy

Cos ϕ $\frac{P}{S}$

ze wskazań watomierza i amperomierza można określić rezystancję wewnętrzną świetlówki

R = $\frac{P}{I}$

zakłada się przy tym, że dławik Dł reprezentuje w obwodzie pomiarowym tylko reaktancję

XL = ωL

znając impedancję Z obwodu wyznaczoną z prawa Ohma

Z = $\frac{U}{I}$

można oszacować indukcyjność dławika

L = $\frac{\sqrt{Z2 - R2}}{2\pi f}$

poniższy wzór jest słuszny tylko wtedy, gdy w obwodzie nie ma kondensatora C (wyłącznik W2 otwarty). Gdy do obwodu włączy się kondensator (wyłącznik W2 zamknięty), to będzie można obliczyć tylko reaktancję X obwodu ze wzoru

X = $\sqrt{\text{Z\ }2\ R2}$

Pomiary mocy należy wykonać przy napięciu znamionowym Un = 230V czterokrotnie. Dwukrotnie

– przy otwartym wyłączniku W3 oraz dwukrotnie – przy zamkniętym wyłączniku W2, przy

zamkniętym i otwartym wyłączniku W3 .