Leuchtstoffröhre
Die Leuchtstoffröhre ist eine Gasentladungslampe, die innen mit einem fluoreszierenden Leuchtstoff beschichtet ist. Sie wird im Volksmund oft fälschlicherweise als Neonröhre bezeichnet, obwohl sie kein Neon sondern Quecksilber (Quecksilberdampf) enthält. Eine ebenso verbreitete falsche Annahme ist, dass Leuchtstofflampen beim Einschalten so viel Energie verbrauchen würden wie bei einem mehrstündigen Betrieb. Leuchtstoffröhren zeichnen sich durch eine sehr lange Lebensdauer aus, die durch die Adsorption des Quecksilbers an den Lampenkomponenten und durch die Lebensdauer der Kathoden begrenzt ist. Leuchstoffröhren haben eine hohe Lichtausbeute von ca. 80 lm/W (Glühlampe: weniger als 20 lm/W) und damit einen niedrigeren Energiebedarf. Die neue Generation von Leuchtstoffröhren des Typs T5 kommen sogar auf bis zu 104 lm/W.Erfunden von Carl Auer von Welsbach im frühen 20. Jahrhundert wurden die ersten marktreifen Leuchtstoffröhren mangels Durchsetzungsvermögen erst in den 20er und 30er Jahren des 20. Jahrhunderts gebaut.
Im Allgemeinen unterscheidet man zwischen so genannten Heißkathodenröhren und Kaltkathodenröhren.
Heißkathodenröhren
Bei den Heißkathodenröhren ist an den Enden jeweils ein Heizdraht eingebaut. Eine geeignete Beschichtung reduziert die Austrittsarbeit der Elektronen, damit der Heizdraht bei moderaten Temperaturen genügend Elektronen emittiert. Zusätzlich zu der Heizspannung wird zwischen den Kathoden eine weitere Spannung angelegt. Da an der einen Seite eine positive Spannung, und an der anderen Seite eine negative Spannung anliegt, handelt es sich um eine Kathode (negative Spannung) und eine Anode (positive Spannung).
Diese Spannung sorgt dafür, das sich die Elektronenwolke die sich um den Kathodenheizdraht gebildet hat, sich im elektrischen Feld in Richtung Anode bewegt. Bei ihrem Flug durch die Röhre stoßen die Elektronen mit den Quecksilberatomen zusammen. Dabei wird das Gas ionisiert, und es entsteht ein Plasma innerhalb der Glasröhre.
Dieses Plasma strahlt Licht aus, im Falle von Quecksilbergas überwiegend UV-Strahlung. Der Anteil des sichtbaren Lichts, welches das Plasma abstrahlt, ist eher gering. Um den Anteil des sichtbaren Lichts zu erhöhen, wird die Röhre von innen mit einem Leuchtstoff beschichtet (daher der Name Leuchtstoffröhre), der im sichtbaren Spektrum zu leuchten beginnt, sobald er mit UV-Licht bestrahlt wird (in diesem Fall von innen). Der Leuchtstoff setzt einen Großteil der UV-Strahlung in sichtbares Licht um, was den positiven Nebeneffekt hat, dass der Anteil UV-Strahlung der aus der Röhre kommt sehr gering ist und daher keine gesundheitsschädliche Wirkung mehr hat. Der eingesetzte Leuchtstoff muss allerdings nicht zwangsläufig weiß leuchten. Die Industrie bietet praktisch jede beliebige Farbe an.
Röhren ohne Leuchtstoff werden ebenfalls eingesetzt, zum Beispiel in Solarien oder in Discotheken zu Dekorationszwecken (so genannte Schwarzlichtröhren).
Vorschaltgerät und Starter: die Zündung der Leuchtstoffröhre
Zur Zündung einer Leuchtstoffröhre sind zwei Elemente wesentlich. Die Drosselspule, in Reihe zur Röhre geschaltet, hat die Aufgabe, die zur Zündung der Röhre erforderliche Spannung zu erzeugen und im Betrieb den durch die Röhre fließenden Strom zu drosseln. Die Drosselspule wird oft auch als Vorschaltgerät bezeichnet.
Der Starter ist dafür zuständig, die Drosselspule zur Erzeugung der Zündspannungsimpulse zu veranlassen. Er wird zur Röhre parallel geschaltet und besteht in seiner traditionellen Ausführung neben einem Entstörkondensator vor allem aus einer Glimmlampe, deren eine Elektrode als Bimetallstreifen ausgeführt ist.
Sowohl Vorschaltgeräte als auch Starter gibt es auch in elektronischen Ausführungen, die es im Falle des Vorschaltgerätes z.B. erlauben, über Phasenabschnitt die Lampe zu dimmen oder mittels Frequenzerhöhung das Restflimmern zu entfernen (mit Frequenzen, die weit über dem Auflösungsvermögen des menschlichen Auges liegen). Ebenso können diese elektronischen Vorschaltgeräte erkennen, ob die Röhre defekt ist, um gegebenenfalls abzuschalten.
Mit einer Drosselspule und einem Bimetallstarter geht der Startvorgang wie folgt vor sich: Nach dem Einschalten liegt, da durch die Röhre noch kein Strom fließt, die volle Netzspannung am Starter an. Durch das Gas in der Glimmlampe des Starters findet eine Entladung statt, sodass sich der Bimetallstreifen erwärmt und sich dadurch so verbiegt, daß er Kontakt zu der zweiten Elektrode der Glimmlampe herstellt. Nun fließt ein großer Strom durch die Heizwendeln in der Leuchtstoffröhre und die Drosselspule. Die fehlende Glimmentladung im Starter lässt das Bimetall abkühlen und den Kontakt öffnen. Die Selbstinduktion durch den schnellen Abfall des Stromes in der Drosselspule erzeugt nun kurzzeitig eine hohe Spannung, die das mit Ladungsträgern angereicherte Gas in der Röhre zündet. Die Betriebsspannung teilt sich nun an Röhre und Vorschaltgerät so, dass eine ausreichende Spannung (zwischen 50 V und 110 V) erhalten bleibt, um die Röhre am Leuchten zu halten. Diese Spannung reicht aber nicht aus, um einen weiteren Startvorgang auszulösen.
Energiesparlampen
Auch die so genannten Energiesparlampen sind Leuchtstofflampen (sog. Kompaktleuchtstofflampen). Die Röhre, in der sich das Plasma ausbreitet, ist bei diesen Lampen oft mehrfach gebogen, um sie platzsparender unterzubringen.
Während klassische Leuchtstoffröhren direkt mit den 50 Hz Wechselspannung aus dem Netz betrieben werden, besitzen Energiesparlampen z.T. interne Vorschaltgeräte, welche eine Gleichrichtung der Netzspannung und eine Umrichtung in hochfrequente Wechselspannung vornehmen. Bei Energiesparlampen wird neben dem Wirkungsgrad vielfach auch durch Beimischung von Edelgasen und seltenen Erden (Lanthaniden) die ähnlichste Farbtemperatur in Hinblick auf menschliches Farbempfinden optimiert.
Auch viele andere chemische Elemente wie z.B. Natrium können im gasförmigen Zustand zum Leuchten angeregt werden und finden als Hauptbestandteil oder als Zusatzstoff in verschiedenen Lampen Verwendung: Metalldampflampe, Natriumdampflampe.Umgang mit Leuchtstoffröhren
Sowohl der Quecksilberdampf als auch der Leuchtstoff sind giftig, defekte Leuchtstoffröhren gehören somit auf den Sondermüll!Kaltkathodenröhren
Kaltkathodenröhren sind prinzipiell genauso aufgebaut wie die Heißkathodenröhren, nur dass hier keine Heizdrähte vorhanden sind. Bei diesen Röhren wird der Elektronenfluss zwischen Kathode und Anode durch eine höhere Spannung und in der Regel durch eine zusätzliche Zündspannung erreicht.Neonröhren
Die eigentlichen Neonröhren werden ähnlich wie Leuchtstofflampen angeregt. Im Gegensatz zum Quecksilberdampfplasma leuchtet Neonplasma aber intensiv rot. Damit ist es zu Beleuchtungszwecken weniger geeignet, wird aber zum Beispiel in der Lichtwerbung (Leuchtreklame) verwendet.