mini|desno|250px|Fluorescente svjetiljke.
250px|desno|mini|Fluorescencija nekih minerala (emisija vidljive svjetlosti) kad su izloženi ultraljubičastom zračenju.
250px|desno|mini|Tipična F71T12 dvopolna fluorescentna cijev od 100 W koja se koristi za umjetno sunčanje. Simbol Hg označava da ova svjetiljka sadrži živu. U SAD-u je ovaj simbol sada potreban za sve fluorescentne cijevi koje sadrže živu.
250px|desno|mini|Jedan stil držača žarulje za dvopolne fluorescentne svjetiljke T12 i T8.
250px|desno|mini|Tip štedne žarulje, koji se najčešće koristi u Europi.
250px|desno|mini|Tip štedne žarulje, koji se najčešće koristi u SAD-u.
250px|desno|mini|Gore: dvije štedne žarulje; dolje, dvije ravne dvopolne fluorescentne cijevi. Šibica je prikazana zbog usporedbe veličina.
Fluorescentna cijev je električno rasvjetno tijelo kojemu svjetlost emitira fluorescentni sloj na stijenki cijevi, pobuđen električnim izbojem u smjesi živinih para i plemenitog plina (argona ili kriptona) pod niskim tlakom (luminiscencija). Na krajevima cijevi ugrađene su dvije serijski spojene žičane elektrode, koje se prolaskom električne struje užare, a elektroni nastali termionskom emisijom ioniziraju živine pare i plemeniti plin i tako olakšavaju električno izbijanje u plinu između elektroda i pri nižim električnim naponima. Zato se fluorescentne cijevi napajaju izravno iz gradske električne mreže, za razliku od visokonaponskih svjetlećih cijevi kao što su na primjer neonske, koje se napajaju preko visokonaponskog transformatora (Geisslerova cijev).
Nakon kratkotrajna žarenja elektroda, njihova se serijska veza prekida vanjskim toplinskim prekidačem, takozvanim starterom. U strujnom krugu napajanja cijevi nalazi se i vanjska električna zavojnica velike samoinduktivnosti (prigušnica). Zbog samoindukcije pri isključivanju startera nastaje u električnoj zavojnici kratkotrajni naponski udar, što je uz već emitirane elektrone dovoljno za nastanak električnog izbijanja kroz ioniziranu plinsku smjesu, i to frekvencijom dvostruko većom od frekvencije gradske mreže. Kako je električni otpor cijevi vrlo malen, prigušnica ograničava prekomjeran porast električne struje kroz cijev.
Ionizacija i električno izbijanje u cijevi popraćeno je emisijom pretežito ultraljubičastog zračenja, a ono uzrokuje fluorescenciju na posebnom sloju nanesenom na unutarnjoj stijenki cijevi. Emisija ili svjetlosna učinkovitost je fluorescentnih cijevi oko 30 do 90 lm/W, za razliku od električnih žarulja, kojima iznosi oko 20 lm/W.
Trajnost je fluorescentnih cijevi i do deset tisuća sati, desetak puta veća od trajnosti električnih žarulja. Ona ovisi o gubitku emisijskog sloja na elektrodama, do kojeg dolazi pri svakom paljenju, ali i tijekom uporabe. Trajnost standardnih fluorescentnih cijevi s magnetskom predspojnom napravom iznosi 8 000 sati, a s elektroničkom predspojnom napravom produžuje se do 20 000 sati. Svjetlosni tok fluorescentnih i fluokompaktnih žarulja smanjuje se tijekom korištenja zbog fotokemijske degradacije fosfornog omotača i skupljanja naslaga unutar cijevi koje apsorbiraju svjetlost.
Nedostatak je fluorescentnih cijevi titranje svjetlosti frekvencijom od 100 Hz, što na pomičnim tijelima uzrokuje stroboskopski učinak. Taj se nedostatak smanjuje inertnim fluorescentnim slojem te uporabom svjetiljki s više cijevi, napajanih fazno pomaknutim strujama.
Fluorescentne se cijevi proizvode u različitim oblicima i veličinama, kao ravne ili savijene cijevi za unutarnju i vanjsku rasvjetu, na primjer za rasvjetu uredskih prostorija, industrijskih pogona (ali ne ondje gdje bi stroboskopski učinak mogao uzrokovati neželjene posljedice, na primjer privid mirovanja rotirajućih tijela) te za rasvjetu javnih prostora kao što su trgovine, kolodvori, prolazi i slično.
Fluokompaktna cijev (štedna žarulja) je fluorescentna cijev malih izmjera (dimenzija) koju čini jedna ili više savijenih fluorescentnih cijevi, učvršćenih na postolju s grlom jednakim onomu u većine standardnih žarulja i s ugrađenom elektroničkom predspojnom napravom koja zamjenjuje starter i prigušnicu. Pale se brzo i bez treperenja. Razvijene su kao zamjena za žarulje snage 25 do 100 W, ali im se područje primjene stalno širi, zamjenjuju obične žarulje u javnim prostorima, a sve više i u kućanstvima.
Povijesne činjenice
Otkriće Fluorescencija nekih stijena i minerala je bila primjećena stotinama godina prije nego što je bila shvaćena. Sredinom 19-tog stoljeća, pokusi su pokazali da će se pojaviti slaba svjetlost na nekim staklenim posudama, ako se kroz njih pusti električna struja. Među prvima koji su objasnili tu pojavu je bio irski znanstvenik George Stokes, sa Sveučilišta Cambridge, koji je nazvao tu pojavu “fluoroscencija”, nakon što je primijetio da mineral fluorit može jako svijetliti, pogotovo zbog svojih nečistoća. Povezanost između električne struje i svjetlosti su dalje razvili britanci znanstvenik Michael Faraday i James Clerk Maxwell u 1840-im.Gribben, John; "The Scientists; A History of Science Told Through the Lives of Its Greatest Inventors"; Random House; 2004; pp 424–432;
Malo toga se dalje razvijalo, sve do 1856., kada je njemački puhač stakla Heinrich Geisler stvorio živinu vakuumsku pumpu, iz koje je isisao više zraka nego itko prije toga. Kada bi se propustila električna struja kroz Geislerovu cijev, pojavilo bi se jako zeleno svjetlo na staklenim stijenkama, blizu katode. Zbog svojih zanimljivih svjetlosnih efekata, počela se koristiti u zabavnim parkovima. Jedan od prvih znanstvenika, koji je počeo raditi pokuse s Geislerovom cijevi, bio je Julius Plücker, koji je primijetio da se položaj svjetla mijenja, ako je u blizini neki izvor elektromagnetskog polja. Alexandre Edmond Becquerel je primijetio 1859., da neke tvari odbijaju svjetlost, kada se smjeste unutar Geislerove cijevi i prvi je počeo raditi pokuse s fluorescentnim tvarima. Ispitivanja s Geislerovom cijevi su se nastavila, a počele su se dobivati sve bolje i efikasnije vakuumske pumpe. Sav napredak u pokusima doveo je do otkrića elektrona 1897., koji je otkrio Joseph John Thomson.
Prve plinske svjetiljke Dok se Becquerel više bavio sa znanstvenim pokusima, Thomas Alva Edison je više razvijao fluorescentno svjetlo zbog komercijalnog uspjeha. 1896. je izumio fluorescentnu svjetiljku, u koju je stavio sloj kalcijevog volframata, a pobudu je vršio s rendgenskim zrakama. Iako je dobio za to patent 1907., s proizvodnjom nikad nije započeo.patent|US|865367 Fluorescent Electric Lamp I Nikola Tesla je radio slične pokuse, s visokofrekventnim fluorescentnim svjetiljkama u 1890-tim, koje su davale zelenkastu svjetlost, ali također nije postigao komercijalni uspjeh.
Edisonov zaposlenik, Daniel McFarlan Moore je 1895. prikazao svjetiljke duge 2 do 3 metra, koje je punio s ugljičnim dioksidom ili dušikom, i dobicao je bijelo ili ružičasto svjetlo. Budući da su takve svjetiljke bile jako komplicirane, na tržištu je više uspjeha imala obična volframova električna žarulja. Paid access.
Godine 1901. Peter Cooper Hewitt otkrio je svjetiljku sa živinim parama, koja je za razliku od Mooreve svjetiljke, radila s puno nižim naponima. Te su svjetiljke već imale bolji stupanj iskorištenja od električne žarulje, ali budući su davale plavo-zelenkasto svjetlo, nisu našle širu primjenu.
Prve neonske svjetiljke
1898. je prvi puta neon izdvojen iz okolnog zraka. Kada su ga stavili u Geisler-ovu cijev, davao je jako crveno svjetlo. Oko 1910., francuz Georges Claude je počeo razvijati neonske cijevi, koje su 1930-tih bile glavni izvor osvjetljenja u Francuskoj. On je punio cijevi, osim neona, s argonom i živinim parama, ali budući su imale manji stupanj iskorištenja od električne žarulje, počele su se koristiti za reklame. Claude je uspio usavršiti elektrode na svjetiljkama. Osim toga, usavršio je i fluorescentni premaz unutar cijevi.
Komercijalni uspjeh fluorescentnih svjetiljki Godine 1934., Arthur Holly Compton izvijestio je o prvim uspješnim pokusima s fluorescentnim svjetiljkima. Na osnovu tog izvještaja, George E. Inman, sa svojim timom iz firme General Electric je napravio prvi prototip, koji se kasnije nakon poboljšanja uspio probiti na tržište. ref patent| country=US |number=1790153 |status=patent |title=Electrical Discharge Device and Method of Operation |gdate=1931-01-27 |fdate=1927-10-15 |invent1=Albert W. Hull |invent2= |assign1=General Electric Company
Kako radi fluorescentna svjetiljka Kada se svjetiljka upali, električna snaga zagrijava katodu dovoljno da izbaci elektrone. Ti elektroni sudaraju se s atomima plemenitih plinova, koji se ioniziraju, unutar žarne niti unutar cijevi, da bi se tako stvorila plazma postupkom udarne ionizacije. Kao rezultat nastaje ionska lavina, čime provodljivost plemenitog plina naglo raste, dopuštajući da više električne struje teče kroz svjetiljku.
Osnovni način kako se električna energija pretvara u svjetlosnu energiju kod fluorescentnih svjetiljki, zasniva se na neelastičnom sudaranju elektrona. Ulazni elektroni s katode sudaraju se s atomima žive u plinu. Ako slobodni elektron ima dovoljnu kinetičku energiju, onda on prenosi tu energiju na elektrone u vanjskoj orbiti atoma, uzrokujući da on skoči privremeno na viši energetski nivo. Viši energetski nivo elektrona u atomu žive je nestabilan, tako da se elektron vraća na niži energetski nivo, koji je stabilniji, i pri tome emitira foton. Većina fotona koja izlaze iz atoma žive imaju valnu duljinu od 253,7 nm i 185 nm. Ti atomi nisu vidljivi za ljudsko oko, jer se nalaze u ultraljubičastom području. Te fotone zatim upijaju elektroni u fluorescentnom sloju na unutrašnjoj strani cijevi, koji emitiraju fotone u vidljivom području za ljudsko oko. Razlika u energiji između ulaznog elektrona s katode i izlaznog fotona s fluorescentnog sloja, pretvara se u zagrijavanje fluorescentnog sloja.Raymond Kane, Heinz Sell Revolution in lamps: a chronicle of 50 years of progress (2nd ed.), The Fairmont Press, Inc. 2001
Građa svjetiljke Fluorescentna svjetiljka sadrži plin koji ima pare žive i argona, ksenona, neona ili kriptona pod niskim tlakom. Tlak unutar cijevi je oko 0,3% atmosferskog tlaka zraka. Unutrašnja površina cijevi je prevučena fluorescentnim (a često i fosforescentnim) premazom, koji se izrađuje od mješavine različitih metalnih soli i soli rijetkih zemalja. Lukovica elektrode je obično napravljena od zavojite niti volframa i naziva se katoda, jer joj je prvenstvena uloga izbacivanje elektrona. Zbog toga, katoda je obično prevučena s mješavinom barija, stroncija i kalcijevog oksida, da bi imala nisku termoelektronsku temperaturu.The pressure of the mercury vapor alone is about 0,8 Pa (8 millionths of atmospheric pressure), in a T12 40-watt lamp. See Kane and Sell 2001 page 185.
Fluorescentne svjetiljke su cijevi duljine obično od 100 mm do 2,43 m. Ponekad se cijevi savijaju u krug ili u obliku slova U. Fluorescentne štedne žarulje imaju manji promjer, i obično se savijaju u spiralu, da bi omogućile veliku količinu svjetla u malom volumenu.
Fluorescentna tvar koja emitira svjetlo nanosi se kao sloj boje zajedno s organskim otapalom. Cijev se grije skoro do temperature topljenja stakla da bi se izbacili organski sastojci i da bi se fluorescentna tvar sljepila sa stijenkom cijevi nakon hlađenja. Veoma je važna pažljiva kontrola veličine zrna fluorescentnog sloja; velika zrna, 35 μm ili veća, stvaraju veoma slab sloj, dok premala zrna, 1 μm ili manja, ne mogu stvoriti jako svjetlo. Najbolja zrna su veličine 10 μm. Premaz mora biti dovoljno debeo da uhvati sve ultraljubičasto zračenje sa žive, ali ne i toliko debeo da upije previše vidljive svjetlosti.
Utjecaj temperature