Gasontladingslamp

Van Wikipedia

In een gasontladingslamp is een gas opgesloten. Gebruikte gassen zijn Neon, Argon, Xenon en Krypton, in vele gevallen een mengsel van deze edelgassen. Vrijwel altijd worden nog andere materialen in de buis aangebracht, zoals kwik of natrium, en voor sommige hoge druk lampen metaal halogenides. Door het gas loopt een elektrische stroom, die wordt geleid door in de lamp aanwezige vrije elektronen en ionen, er vindt een gasontlading plaats. De elektronen, die in het gas onder invloed van het daar aanwezige elektrische veld worden versneld, botsen met de atomen van het gas en met de metaalatomen. Bij deze botsing worden de elektronen, die in de hoogste baan om het atoom draaien aangeslagen naar een hogere energiebaan. Bij het terugvallen naar de oorspronkelijke baan wordt een foton oftewel elektromagnetische straling uigezonden, soms in de vorm van zichtbaar licht, maar ook vaak in de vorm van UV straling.

Afhankelijk van de druk van het vulgas, spreekt men van lagedrukgasontladingslampen (hiertoe behoren onder andere de klassieke TL-lampen), of hogedrukgasontladingslampen, bijvoorbeeld metaal halide lampen.

[bewerk] Geschiedenis

Francis Hauksbee [1] demonstreerde in 1705 het opwekken van lichtverschijnselen in een glazen bol, waar de lucht uit gepompt was, en met een beetje kwik er in. Hij deed dat door de bol zeer snel rond te draaien, en door wrijving statische elektriciteit op te wekken. Naar aanleiding van studies van glimontladingsverschijnselen in edelgassen door Michael Faraday rond 1830 begonnen Julius Plücker en glasblazer Enrich Geisler met systematische studies van gasontladingen in geëvacueerde glazen buizen met elektrodes. Verdere experimenten, uitgevoerd door Hittorf, Crookes en Golstein, hadden als resultaat dat de lichtkleur van de gasontlading veranderde door toevoeging van andere gassen en dampen. In 1859 toonden Robert Bunsen en Gustav Kirchoff aan dat elk chemisch element een specifieke verzameling kleuren uitstraalt. In 1901 patenteerde de Amerikaan Peter Cooper-Hewitt [2] [3][4] een lage druk kwiklamp, die door de Cooper-Hewitt Electric CO geproduceerd werd. Deze lampen gaven blauw-groen licht, maar Cooper-Hewitt gebruikte reeds fluorescerende materialen om ook wat meer rood in het licht te verkrijgen. De lampen werden voor voor fotobelichtingsdoeleiden en industriële teoepassingen gebruikt omdat ze veel meer licht gaven dan de toenmalige gloeilampen. Een lamp die bij die bij atmosferische druk werkte werd door de Duitsers Küch en Retschinsky in 1906 ontwikkeld [5] en door Westinghouse op de markt gebracht. In de jaren dertig van de vorige eeuw werden van zowel de hoge druk kwiklamp [6] als de lage druk kwiklamp (in vrijwel dezelfde vorm als de huidige TL-buis) al lampen gefabriceerd door General Electric en Philips. Beide lamptypen gebruikten fluorescerende materialen in de lamp om de UV straling van het kwik in zichtbaar licht om te zetten. Daarnaast wordt ook het door kwik opgewekte zichtbare licht doorgelaten. Van meet af aan waren de hoge druk kwik lampen dubbelwandig. De ontwikkeling van de hoge druk lampen werd vooral bemoeilijkt, doordat men nog niet de juiste materialen had, voor elektrodes en binnenballon, die de bij dit type lamp optredende zeer hoge temperaturen verdragen. Pas na 1960 werd de hoge druk kwiklamp verder ontwikkeld tot de metaal halide lamp. Dit type lamp werkt bij zeer hoge temperaturen (600 tot 1000 ºC voor de binnenballon)., en heeft naast de eigenschap vrijwel wit licht te geven, ook een vrije hoge lichtopbrengst van 100 lumen/Watt.

De productie van natriumlampen begon ook reeds in 1931 (Philips, General Electric, Osram), vooral mogelijk gemaakt door het door Compton [7] in 1920 ontwikkelde boorglas, dat bestand is tegen Natrium. Pas midden zestiger jaren van de vorige eeuw, toen het keramische materiaal, dat voor de hogedruk natrium lamp nodig is, beschikbaar kwam, kon de productie van dat lamptype beginnen.

[bewerk] Lagedrukgasontladingslamp

Hiertoe behoren de klassieke TL-lampen (Tubular Lamp), de buislampen die de meesten wel ergens in huis hebben. Ook de spaarlampen zijn van dit type. Om de kleur van het licht van gasontladingslampen te beïnvloeden wordt bij TL buizen de binnenzijde van de ontladingsbuis gecoat met een fluorescentielaag die de UV-straling die ontstaat bij de ontlading, omzet in zichtbaar licht in een bepaalde kleur.

Een ander type lage druk lamp is de lagedruk natrium lamp, die vooral voor straatverlichting wordt gebruikt. Deze lampen geven monochromatisch geel licht, hetgeen bij veel andere toepassingen niet toelaatbaar is. Ze hebben van alle gasontladingslampen het hoogste rendement, of beter uitgedrukt, de hoogste efficacy [8] (200 lumen/Watt).

[bewerk] Hogedrukgasontladingslampen

De druk in deze lampen kan oplopen van enkele tientallen bar tot meer dan 100 bar. Deze lampen zijn bij het brede publiek minder bekend, alhoewel zij zeer verbreid worden toegepast, meestal in professionele toepassingen. De meeste moderne hoge druk lampen zijn metaal halide lampen, die steed vaker de ouder hoge druk kwiklampen vervangen. Voor verlichting in tankstations , etalageverlichting, verlichting in grotere winkels, van sporterreinen en hoge (fabrieks)hallen is in veel gevallen hogedrukgasontlading in de vorm van metaal halide lampen. Deze lampen geven vrijwel wit licht. Ook de lampen in beamers zijn hogedrukgasontladingslampen. De spots die gebruikt worden bij grote evenementen en ook de stadionverlichting in voetbalstadions zijn bijna altijd op basis van hogedrukgasontlading. In de meeste toepassingen zal de leek geen verschil zien met de beter bekende halogeenlampen. Ook zijn er autokoplampen in duurdere automodellen zij hoge druk ontladingslampen, herkenbaar aan een blauwachtig licht. Voor straatverlichting worden vaak hoge druk natriumlampen toegepast. Deze geven een wat oranje-geelachtig licht, maar de kleurweergave bij deze lampen is veel beter dan die van de lage druk natriumlamp. Voor straatverlichting worden ook nog de oudere hoge druk kwiklampen toegepast.

Waar de temperatuur in het gas bij lage druk beperkt blijft tot enkel tientallen graden Celsius, kan het gas in een hogedrukgasontladingslamp een temperatuur van over de duizend graden Celsius halen. Deze hoge temperatuur laat toe om in het gas andere ionen dan die van het gas te creëren door toevoeging van (soms meerdere) zouten, kwik en/of broom. In vele gevallen zullen de zouten bromides of jodides zijn omdat dit de levensduur van de lamp positief beïnvloedt. Het metaal in het zout zorgt dan voor een specifiek spectrum en lichtkleur. Dit maakt de samenstelling van deze zouten erg belangrijk om een zo correct mogelijke kleurweergave te bieden.

[bewerk] Enkele andere gasontladingslampen

Flitslampen, gebruikt in elektronenflitsers
Neonlampen voor lichtreclame
Xenon projectielamp
Diverse soorten UV lampen, met kwikvulling en kwarts lampglas (uitharding van lakken, waterzuivering, lichaamsbruining, en bij de productie van IC's).
Inductie lamp

[bewerk] Voorschakelapparatuur

Een gasontladingslamp kan niet, zoals een gloeilamp direct op een spanningsbron, zoals het lichtnet of een accu worden aangesloten. Ten eerste zullen de meeste lampen niet ontsteken, omdat daarvoor een hoge spanning nodig is. Als de lamp echter eenmaal ontstoken is, zou zonder verdere maatregelen de stroom onbeperkt toenemen door een sterke ionisatie van het gas in de lamp, waardoor de lamp defect zou raken. De meest eenvoudige vorm van stroombegrenzing is de weerstand in serie geschakeld met het neonlampje in een spanningszoeker. Meestal wordt echter een voorschakelapparaat gebruikt, in de vorm van een spoel. In dat geval heeft de wisselstroom door de lamp de frequentie van het openbare elektriciteitsnet, in Europa 50 Hertz. Het licht van de lamp varieert dan met een frequentie van 100 Hertz. Om een hoge spanning, nodig voor het starten van de lamp op te wekken, worden soms aparte starters gebruikt. Bij elektronische voorschakelapparaten is de startfunctie meestal in het voorschakelapparaat geïntegreerd. Elektronische voorschakelapparaten genereren een hogere frequentie om de lamp te voeden. Deze kan variëren van 400 Hertz voor zeer grote vermogens metaal halide lampen tot 13 MHz voor sommige inductielampen. Meestal ligt de werkfrequentie echter tussen 20 en 100 kHz. Elektronische voorschakelapparaten zijn ook nodig als een accu als voedingsbron wordt gebruikt. Dat gebeurt bijvoorbeeld om TL-lampen in bussen en treinen aan te sluiten, of metaal halide lampen in de koplampen van duurdere auto's.

[bewerk] Externe link

lichthistorie

[bewerk] Zie ook

{{{afb_links}}}	Lampen	{{{afb_rechts}}}
Argandse lamp · Booglamp · Davylamp · Elektrodeloze lamp · Gasontladingslamp · Gloeilamp · Halogeenlamp · Lamp · Lantaarn · LED lamp · Kaars · Knijpkat · Metaalhalidelamp · Natriumlamp · Neonlamp · Olielamp · Spaarlamp · TL-buis · Zaklantaarn