Hur fungerar lysrör egentligen? - IT - Lunds universitet

Johannes LindénHur fungerar lysrör egentligen?Ett lysrör består av ett glasrör fyllt med ädelgas och lite, lite kvicksilver. I vardera änden finnsen elektrod, en kort tunn metalltråd, med vars hjälp man kan få en elektrisk ström att flödagenom gasen i röret. Rörets innervägg är täckt med ett vitt fluorescerande lyspulver, somlyser vitt när det bestrålas av ultraviolett ljus. Det ultravioletta ljuset uppkommer närströmmen av elektroner kolliderar med kvicksilveratomerna. När detta ljus träffar detfluorescerande lyspulvret, omvandlas det till synligt ljus och lysröret lyser vitt.Ett lysrör omvandlar 25-30 procent av den elektriska energin till synligt ljus. Vanligaglödlampor omvandlar bara 5-8 procent. Resten blir till värme. Lysrör har tillverkats sedan1940-talet, men trots det återstår det detaljerad kunskap om hur de verkligen fungerar. Mankan säga att man vet vilka processer som ingår, men inte hur stor roll var och en av dessaprocesser spelar. Om man visste mer skulle man kanske kunna tillverka bättre och effektivarelysrör, vilket skulle spara både energi och miljö. För att ta reda på det studerar man lysrör medhjälp av olika metoder. Mitt examensarbete har gått ut på att utveckla en metod.Lysrör i ”slow motion”Genom att studera ljus spektroskopiskt kan man ta reda på vilka ämnen som ger upphov tillljuset. På så sätt kan man få ledtrådar om de processer som pågår. Eftersom lysrör drivs påväxelström uppvisar processerna ett periodiskt beteende. Hade man kunnat se ett vanligtlysrör i ”slow motion” hade man upplevt att det blinkar 100 gånger i sekunden. Målet medmetoden är att observera ljuset från olika ämnen och studera dess beteende under en sådan härblinkning. Till det behövs en kamera med en supersnabb slutare, samt en uppställning som sertill att den snabba kameran tar bilder vid exakt rätt tidpunkt. På så sätt kan man se hur vissaprocesser varierar med tiden och därmed skapa sig en uppfattning om hur viktig roll de spelar.Resultatet blir ett så kallat tidsupplöst spektrum, som visar ljusintensitetens variation under enblinkning. Man kan säga att man får en bild av hur olika ämnen i lysröret beter sig, i”slow motion”. De olika ämnena beter sig nämligen inte likadant. Beteendet varierardessutom beroende på var på lysröret man tittar. I lysrör är man mest intresserad av att studeraljuset från elektrodområderna, alltså i ändarna, eftersom det är där de mest intressantaprocesserna äger rum.Examensarbetet har alltså gått ut på att anordna en uppställning som dels ser till att densnabba kameran tar bilder vid rätt tillfälle, dels analyserar bilderna från kameran och skaparde tidsupplösta spektran. Allt mer eller mindre automatiskt. På så vis kan man enkelt ochsnabbt jämföra olika lysrör med varandra samt olika drivsätt. Eftersom trycket i lysrör är sålågt, och blandningen av elektroner och strålande gasatomer kallas för ett plasma, betraktasmediet i ett lysrör som ett lågtrycksplasma och titeln på examensarbetet blir därför”Tidsupplöst spektroskopi i lågtrycksplasmor”.Handledare: Sven HuldtExamensarbete 20 p i Astronomi. Vt 2005Astronomiska institutionen, Atomär Astrofysik, Lunds universitet

Johannes LindénTime-resolved spectroscopy in low pressure plamsaIn this work a method for studying emission lines in the visible region from fluorescentlighting tubes is developed. Fluorescent tubes are electrical discharge lamps, meaning theradiating body consists of a plasma, which is a partly ionized gas. The pressure in ordninaryroom lighting tubes are some thousandths of an atmosphere, which makes these plasmas lowpressure plasmas. The method developed in this work is based on time-resolved spectroscopy,i.e. one studies the intensity of the emission as a function of time. Since fluorescent tubesoperate on alternating current, the emission behavior repeats itself after each period. The aimof this method is to study the intensity variation of the emission from different elements in theplasma in a fluorescent tube during one period. The emission behavior also varies from oneposition to another, and this is also studied in the work presented here, using optical fibrespointing too different positions along the tube.The purpose of the method is to gain information about the energy-conversion path leadingfrom electrical energy to desirable photons. A better understanding of the energy and materialflow close to the electrodes at the ends of the fluorescent tube is essential to the developmentof more efficient and longer lasting fluorescent tubes. The work is partly a consequence of acooperation project between the department of Atomic Astrophysics at Lunds Observatoryand Aura Light AB in Karlskrona, Sweden, which is a commercial manufacturer offluorescent tubes.Apart from an introduction of plasma fundamentals and basic physics of fluorescent tubes,this report describes an experimental setup and its components, designed to investigatefluorescent tubes using time-resolved spectroscopy. The method will be demonstrated, usingan Aura Light 36 W T8 fluorescent tube.Advisor: Sven HuldtDegree project 20 credits in Astronomy Spring 2005Lund Observatory, Section of Atomic Astrophysics, Lund University