Сверхпроводящие кольца, левитация, прыгающее кольцо (часть 1)

4. Люминесцентная лампа: принцип работы и роль индуктивности Устройство. Люминесцентная лампа — стеклянный баллон с парами ртути и двумя вольфрамовыми спиральками-катодами на концах. К спиралькам через дроссель (катушку индуктивности) подключается сеть переменного тока ($U_\mathrm{rms} = 220$ В, $U_\mathrm{amp} \approx 311$ В). Параллельно спиралькам подключён стартер . Почему лампа не зажигается без стартера. Для пробоя газового промежутка при холодных электродах требуется напряжение порядка 600 В, что вдвое превышает амплитудное значение сетевого напряжения. Стартер. Стартер — небольшая газоразрядная лампа (наполнение: неон), параллельно которой подключён конденсатор малой ёмкости. Внутри стартера расположены два контакта, один из которых выполнен в виде биметаллической пластины. Процесс запуска. При включении сети к стартеру прикладывается полное сетевое напряжение (220 В), достаточное для зажигания неоновой лампочки (порог — 20–40 В). Неон горит, нагревая биметаллическую пластину. Пластина изгибается и замыкает контакты стартера. Ток идёт через спиральки люминесцентной лампы, нагревая их. Через неон ток прекращается, газ и пластина остывают. Пластина разгибается, разрывая цепь. В этот момент ток через дроссель $L$ ненулевой, и дроссель формирует импульс ЭДС самоиндукции. Ток заряжает параллельный конденсатор, и напряжение на электродах люминесцентной лампы кратковременно превышает 600 В. При наличии разогретых катодов возникает газовый пробой. Лампа зажигается. В рабочем режиме дроссель ограничивает ток: на нём падает значительная часть напряжения, а на лампе остаётся $\sim$80–100 В — недостаточно для повторного срабатывания стартера. Пульсации света. Ток через газ меняется с частотой 50 Гц, поэтому яркость пульсирует с частотой 100 Гц. Благодаря инерционности зрения ($\sim$30 кадров/с) мерцание не воспринимается. Люминофор. Пары ртути излучают в ультрафиолетовом диапазоне ($\lambda \approx 230$ нм). Люминофор, нанесённый на внутреннюю поверхность колбы, поглощает УФ и переизлучает свет в видимом диапазоне (400–800 нм), формируя нужный спектр. Практическое применение: контроль исправности приборов. Включив испытуемый прибор последовательно с лампой накаливания в сеть 220 В, можно диагностировать его состояние по яркости лампы: Лампа горит полным накалом — прибор короткозамкнут. Лампа не горит — в приборе обрыв цепи (или перегорел предохранитель). Лампа горит неполным накалом — прибор исправен. 5. Цепи переменного тока. Принцип суперпозиции Активные и реактивные элементы. В цепях переменного тока различают: активный элемент — резистор $R$: необратимо рассеивает энергию; реактивные элементы — катушка индуктивности $L$ и конденсатор $C$: накапливают и возвращают энергию. Комплексные импедансы (делители): $$ Z_R = R, \qquad Z_L = i\omega L, \qquad Z_C = \frac{1}{i\omega C}. $$