Les lampes fluorescentes sont de conception beaucoup plus complexe que les ampoules à incandescence et plus efficaces. Une ampoule à incandescence génère très peu de lumière par rapport à la quantité de chaleur qu’elle génère, gaspillant beaucoup d’énergie. Les ampoules fluorescentes gaspillent très peu d’énergie et durent généralement jusqu’à six fois plus longtemps que les ampoules à incandescence. Ils sont de conception tubulaire, avec des extrémités coiffées qui comportent chacune deux broches externes. L’intérieur du tube de verre est recouvert de poudre de phosphore et une petite goutte de mercure est également placée à l’intérieur de l’ampoule, qui est remplie de gaz argon. Une électrode à chaque extrémité se connecte aux circuits électriques.
Une compréhension de base de la façon dont la lumière est produite est utile. Les atomes ont des électrons chargés négativement en orbite autour du noyau à différentes distances. Lorsqu’un atome absorbe suffisamment d’énergie, l’un des électrons peut sauter sur une orbite plus élevée. Lorsque l’électron perd de l’énergie, il retombe sur son orbite précédente. Lorsqu’il le fait, il émet un photon de lumière. La clé pour produire de la lumière est donc d’exciter suffisamment les atomes pour faire sortir les électrons de leurs orbites.
Lorsque l’électricité circule à travers les électrodes dans les lampes fluorescentes, elle produit une charge qui fait voyager les électrons libres à travers le tube rempli de gaz d’une électrode à l’autre. Cette énergie vaporise une petite partie du mercure à l’intérieur du tube. Des électrons et des ions (atomes chargés) entrent en collision avec des atomes de mercure gazeux, qui à leur tour libèrent des photons ultraviolets (UV).
Comme les humains ne peuvent pas voir la lumière UV, il y a une étape de plus dans la conception élaborée des ampoules fluorescentes. La clé réside dans le revêtement phosphoreux qui tapisse le tube de verre intérieur. Lorsque le phosphore est exposé à la lumière UV, il absorbe l’énergie et la renvoie sous forme de lumière visible. C’est là que les lampes fluorescentes excellent par rapport aux ampoules à incandescence, car l’énergie UV gaspillée sous forme de chaleur perdue dans une ampoule traditionnelle est transformée en lumière visible.
Étant donné que les atomes sont généralement stables avec une charge neutre et ne deviennent chargés ou ionisés que lorsqu’ils gagnent ou perdent un électron, les lampes fluorescentes ont des mécanismes de démarrage variés pour faire rouler la balle à l’intérieur du tube. Les lampes plus anciennes utilisaient un mécanisme de démarrage qui prenait parfois environ une minute pour ioniser complètement le gaz. Dans l’intervalle, la lumière scintillerait. Les ampoules d’aujourd’hui ont un déclencheur ionisant intégré dans le ballast, qui est le petit appareil qui contrôle le courant électrique qui alimente les électrodes.
La structure d’un atome dicte le type de photon produit, et donc la longueur d’onde ou la couleur de la lumière. Bien que les ampoules fluorescentes soient beaucoup plus efficaces que les ampoules à incandescence et durent beaucoup plus longtemps, les gens préfèrent généralement la lumière des ampoules à l’ancienne dans la maison, car elle est plus proche de la longueur d’onde rouge. Cela le fait paraître « plus chaud ». La lueur brillante des ampoules fluorescentes est déplacée vers le spectre bleu «plus froid». Les ampoules de presse conçues pour un usage domestique utilisent souvent un mélange de phosphore qui fournit une lumière plus chaude que les anciennes lampes fluorescentes.