Le luci fluorescenti sono molto più complesse nel design rispetto alle lampadine a incandescenza e più efficienti. Una lampadina a incandescenza genera pochissima luce rispetto alla quantità di calore che genera, sprecando molta energia. Le lampadine fluorescenti sprecano pochissima energia e generalmente durano fino a sei volte più a lungo delle lampadine a incandescenza. Hanno un design tubolare, con estremità ricoperte che presentano due perni esterni ciascuno. L’interno del tubo di vetro è verniciato a polvere con fosforo e una piccola goccia di mercurio è posta anche all’interno del bulbo, che è riempito con gas argon. Un elettrodo ad entrambe le estremità si collega ai circuiti elettrici.
Una conoscenza di base di come viene prodotta la luce è utile. Gli atomi hanno elettroni carichi negativamente che orbitano attorno al nucleo a varie distanze. Quando un atomo assorbe abbastanza energia, può far sì che uno degli elettroni salti su un’orbita più alta. Quando l’elettrone perde energia, ritorna alla sua orbita precedente. Quando lo fa, emette un fotone di luce. La chiave per produrre luce, quindi, sta nell’eccitare gli atomi abbastanza da far cadere gli elettroni dalle loro orbite.
Quando l’elettricità scorre attraverso gli elettrodi nelle luci fluorescenti, produce una carica che fa sì che gli elettroni liberi viaggino attraverso il tubo pieno di gas da un elettrodo all’altro. Questa energia vaporizza una piccola porzione del mercurio all’interno del tubo. Elettroni e ioni (atomi carichi) entrano in collisione con atomi di mercurio gassoso, che a loro volta rilasciano fotoni ultravioletti (UV).
Poiché gli esseri umani non possono vedere la luce UV, c’è un altro passo nell’elaborato design delle lampadine fluorescenti. La chiave è nel rivestimento di fosforo che riveste il tubo di vetro interno. Quando il fosforo è esposto alla luce UV, assorbe l’energia e la irradia come luce visibile. È qui che le luci fluorescenti eccellono rispetto alle lampadine a incandescenza, poiché l’energia UV sprecata come calore perso in una lampadina tradizionale viene invece trasformata in luce visibile.
Poiché gli atomi sono generalmente stabili con una carica neutra e si caricano o si ionizzano solo quando acquistano o perdono un elettrone, le luci fluorescenti hanno vari meccanismi di partenza per far rotolare la palla all’interno del tubo. Le luci più vecchie utilizzavano un meccanismo di interruttore di avviamento che a volte impiegava circa un minuto per ionizzare completamente il gas. Nel frattempo, la luce tremolava. Le lampadine odierne hanno un grilletto ionizzante integrato nel ballast, che è il piccolo dispositivo che controlla la corrente elettrica che alimenta gli elettrodi.
La struttura di un atomo determina il tipo di fotone prodotto, e quindi la lunghezza d’onda o il colore della luce. Sebbene le lampadine fluorescenti siano molto più efficienti delle lampadine a incandescenza e durino molto più a lungo, le persone generalmente preferiscono la luce delle lampadine vecchio stile in casa, poiché è più vicina alla lunghezza d’onda del rosso. Questo lo fa sembrare “più caldo”. Il bagliore luminoso delle lampadine fluorescenti viene spostato verso lo spettro blu “più freddo”. Le nuove lampadine progettate per l’uso domestico utilizzano spesso una miscela di fosfori che fornisce una luce più calda rispetto alle vecchie lampade fluorescenti.