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水銀ランプのガス圧と温度

 水銀(Hg)の融点は-38.86℃、沸点は356.7℃である。金属としては値が低いので室温では液体である。
Hgの沸点より高い温度で作動するランプのHgガス圧は、放電管内のHgが全てガス化しているので、封入Hg量とランプバルブの内容積との比及び管壁の平均温度で決まる。高圧Hgランプや超高圧Hgランプ或いはメタルハライドランプがこれに該当する。
 ex. 内径 20mm、管長 120mmの管状ランプにHg 1gを入れて放電させ、その時のバルブ平均温度が700℃であるとすると、管内のHgガス圧は約7.6atm(5.78×103torr)になる。
 Hgの原子量は200、完全気体の0℃,1atmにおける容積は22.4Lなので、封入Hg量からHgガスの容積を求め、バルブ容積で割ってガス圧を計算し、それを作動時の温度で補正する。ガス全体の平均温度を求めるのは難しいので、管壁の平均温度でそれに換える。
 封入金属の沸点より低い温度で作動するランプの管内ガス圧は、沸点より高い温度で作動するランプよりはるかに複雑で制御が難しい。低圧水銀ランプの他では、ルビジュームランプや照明用低圧ナトリウムランプがこれに該当する。低圧ランプの放電時の管壁温度は、一般には高い物でも200℃以下である。ランプのガス圧はボイル・シャールの法則とは関わりが無く、管壁温度と関連する蒸気圧が封入金属のガス圧となる。しかしランプの管壁温度は場所によって異なるので、ガス圧は最も低い管壁温度、即ち最冷点の蒸気圧と一致する。しかし、最冷点の面積は管壁全体の1%程度あれば効果があるとされ、それより面積が小さい時は、管内のガス圧は不安定になり制御できなくなる。