Реферат на тему электрическое освещение и источники света
Обновлено: 07.07.2024
Мы живём в мире света и созданных им изображений. Солнечный свет был началом жизни и колыбелью Человека на Земле. Сознание человека стало определяться его образным мышлением. Природный свет, рождённый солнцем, создал для нас огромный мир ощущений и дал нам возможность определить своё отношение к окружающему нас миру, а свет искусственный стал началом человеческой цивилизации. Сегодня электрический свет определяет качество нашей жизни и комфортность состояния человека. Плохой свет, как и плохие очки, может стать причиной усталости, раздражительности, плохого настроения и других неприятных последствий. Искусство освещения пытаются постичь миллионы людей, обустраивая своё жилище и рабочее место. Принимаясь за улучшение светового комфорта и уюта в собственном доме или квартире, полезно иметь хотя бы самые элементарные сведения о светотехнике и правилах рационального освещения.
Улучшение светового комфорта в домашних условиях и на работе создаёт человеку не только настроение, но и позволяет длительное время сохранять работоспособность; а правильный световой дизайн и хорошо подобранная цветовая гамма окружающей обстановки определяют внутреннее состояние и помогают сохранить здоровье. Следует, конечно, не забывать, что здоровый образ жизни мы связываем со светлой и приятной глазу окружающей обстановкой, которая создаёт нам запас прочности во всех наших начинаниях в жизни.
Развитие технологии ламп
Конкуренция ламп накаливания появилась с разработкой поколения разрядных ламп в 30-х годах нашего столетия: люминесцентных и ртутных ламп, обладающих двумя выдающимися преимуществами: в несколько раз высокой энергоэкономичностью и продолжительностью работы. Несмотря на большую стоимость, необходимость применения для их включения и работы специальных пускорегулирующих аппаратов (ПРА) и многие другие недостатки, эти лампы стали быстро вытеснять лампы накаливания, и в первую очередь это коснулось областей промышленного и уличного освещения. С 50-х годов люминесцентные лампы стали занимать прочные позиции в освещении помещений общественных зданий (классы и аудитории, офисы, больницы и др.). В конце 60-х разрядные лампы пополнились новым классом – металлогалогенными лампами, которые, сохраняя преимущества ртутных ламп высокого давления (ДРЛ), отличаются более высокими показателями энергоэкономичности и цветопередачи.
Наиболее широко эти лампы стали применяться сначала в освещении спортивных сооружений (для обеспечения требований ТВ - трансляций). Вершиной в разработке энергоэкономичных ламп следует считать натриевые лампы высокого давления с жёлто – золотистым светом. Одна такая лампа мощностью 400 Вт заменяет лампу ДРЛ мощностью 1000 Вт и 10 ламп накаливания по 300 Вт каждая. Из–за недостаточной цветопередачи эти лампы в первую очередь применяются в уличном освещении. Для расширения области
применения разрядных ламп в жилых и общественных зданиях в 70-х годах были разработаны компактные люминесцентные лампы (КЛЛ), в том числе с таким же цоколем, как и у лампы накаливания. Ввернув такую лампу в обычный светильник, можно снизить его мощность в 5-6 раз (например, КЛЛ мощностью 13 Вт заменит лампу накаливания мощностью 75 Вт). В те же годы для подсветки экспозиций на выставках и в музеях появились галогенные лампы, отличающиеся от обычных исключительной компактностью, в 1,5-2 раза большими экономичностью и сроком службы. Наиболее эффективны и безопасны лампы, рассчитанные на напряжение 12 В, хотя при сетевом напряжении они и требуют установки понижающих трансформаторов. Сегодня зеркальные галогенные лампы накаливания стали эффективным и престижным источником света в освещении офисов, банков, ресторанов, магазинов и др. помещений.
Глава 1. История развития электрического освещения ……….
Глава 2. Электрические источники света …………………….
Мы все пользуемся электричеством в различных целях, будь то работа бытовых приборов, или банальное освещение комнаты в темное время суток.
Так, что же такое электрический ток и для чего он нужен?
Мы опросили 20 человек в возрасте от 11 до 73 лет
Нас интересовали следующие вопросы:
1) Что такое электрический ток?
2) Для чего нужен электрический ток?
3) Вы бы смогли прожить без электричества?
4) Возможно ли заменить электричество, и, если да, то, как и чем?
Возраст опрошенных распределился так:
Из них признались, что не знают, что такое электрический ток 6 человек, попытались предположить, что электрический ток, это напряжение, энергия – 12 человек; ток, дающий механическим приборам работать и свет по одному человеку.
На вопрос для чего нужен электрический ток, так же многие ответили, чтобы было светло, 11 человек; для работы бытовых приборов – 4, для энергии – 3 и 2 человека вообще сказали, что не знают, для чего нужен ток (видимо отшучивались).
Так же нашим респондентам было предложено подумать – а возможно ли заменить электрический ток, и, если да, то как, и чем?
То есть мы видим, что для нас электрический ток практически отождествляется с освещением .
В связи с чем основной целью нашего проекта является выяснить историю развития электрического освещения и составить классификацию электрических источников света по дате их изобретения, времени работы и экономичности.
Глава 1. История развития электрического освещения
Первым источником тепла, а заодно и света, является костер , где в качестве топлива используется древесина, или уголь. В этом случае мы имеем источник энергий химической природы . Рабочим органом является раскаленный газ, который образуется в зоне горения при термическом разложении топлива в присутствии кислорода воздуха. Трансмиссией работает сам материал.
Следующим этапом явилось изобретение восковой свечи . Как не странно, это устройство может быть помещено между костром и масляной лампой на общей линии развития. Дело в том, что топливо свечи находится в твердом состоянии, но при нагреве плавится и далее транспортируется фитилем к зоне горения.
Затем на долгое время прогресс для ламп сводился к вариациям в конструкции масляных ламп и свечей. Сам процесс развития конструкций тоже представляет значительный интерес, поскольку в ходе изменения в первую очередь росло количество свечей. Если условно считать огонь свечи точечным источником, то он превратился сначала в псевдолинейный (канделябр), круговой (традиционное колесо со свечами в качестве люстры) и объемный (многоярусные люстры дворцов) .
В начале ХIХ века появились парафиновые свечи и керосиновые лампы . В действительности, керосиновые лампы появились еще в Средние века. Но новую жизнь в них вдохнул польский изобретатель И. Лукашевич. Любопытно отметить, что и жидкостные лампы прошли развитие, сходное со свечами. Так обычный шнурок-фитиль (условно точечный источник света) превратился сначала в линейный, а потом в кольцевой (у последних керосиновых ламп).
Следующим шагом было изменение источника энергии на газ . В конце XVIII века появились первые водородные лампы с электрическим зажиганием . Однако широкого распространения они не получили по причине сложности и взрывоопасности. Первая настоящая газовая лампа была создана В. Мурдохом. В 1798 году он стал использовать лампы на угольном газе для освещения производственных помещений, а в 1802 году бывший сотрудник этой компании С. Клегг организовал фирму и стал массово внедрять газовое освещение. Следует отметить, что газовые лампы по сути дела являются модернизацией костра . Только в этом случае твердое горючее превращается в газ где-то на коксовом заводе (в надсистеме), и только затем транспортируется потребителю.
В принципе, на этом история развития ламп, использующих химическую энергию в качестве источник энергий практически прекратилась, хотя газовое освещение еще долго составляло конкуренцию электрическому. Появление ацетиленовой (карбидной) лампы не повлияло на этот процесс, тем более что она, будучи мобильной системой, использовалась для других целей (в шахтах, в фарах и т.д.). Однако сам переход в такой лампе Твердое – Газ дополняет общую картину. Необходимо отметить, что вопреки некритичному пониманию Теории Решения Изобретательских Задач, газовые лампы вовсе не исчезли. Они вернулись к нам сегодня в виде источников света для туристов, причем их характеристики немного выросли.
Ул. Одесская в Санкт-Петербурге оснащена лампочками А.Н. Лодыгина, а также ряд помещений, например, аудитории Технологического института.
Освещение железнодорожного пути электрическим прожектором, смонтированным на поезде. Проект П.Н. Яблочкова.
П.Н. Яблочков изобрел специальные свечи из двух параллельных угольных стержней.
В Англии исследователь Сван предлагает лампу с использованием угольного стержня.
Исследователь Томас Эдисон получает на руки патент на лампу с использованием угольной нити.
Изобретена лампа с использованием металлической нити накаливания. Автор изобретения — Нернст.
Купер-Хьюит совершает прорыв, представив публике ртутную лампу низкого давления (РЛНВ).
Больтен разработал концепт лампы накаливания (ЛН), в основе которой используется танталовая нить.
Первая лампа с вольфрамовой спиралью увидела свет в мастерской Ауэра.
Очередной прорыв — изобретена ртутная дуговая лампа высокого давления знаменитым ученым Кухом.
Мир узнал о существовании галогенного цикла — ключевое открытие.
Лангье представил публике газонаполненную лампу, в основе которой — вольфрамовая спираль. В последствии лампа получила название по имени своего изобретателя.
После долгого перерыва в области светотехнических открытий Пирани предложил натриевую лампу низкого давления (НЛНД).
Господин Шульц удивляет научное сообщество ксеноновой лампой.
Группа исследователей завершила работу над созданием ртутной лампы высокого давления с люминофором (РЛВД).
В середине XX века свет увидели галогенные лампы накаливания (ГЛН).
Усовершенствование ртутных ламп высокого давления. Благодаря йодистым соединениям, использованным в тех. процессе создания лампы, удалось значительно улучшить тех. характеристики лампы.
Появились натриевые лампы высокого давления.
Ник Холоньяк мл., работавший в те годы на компанию General Electric, сумел создать первый светоизлучающий диод с красным спектром.
Представлены низковольтные ГЛН.
Компактные люминесцентные лампы.
Глава 2. Электрические источники света
Практически параллельно с развитием химических источников света развивались электрические, причем они появились даже немного раньше газовых рожков.
В 1799 году итальянский физик Алессандро Вольта создал первый химический источник тока, который получил название "вольтов столб".
Итак, следующим классом источников света являются электрические, то есть такие устройства, которые используют в качестве источника энергий электричество, причем источник энергий не входит в технические системы. Основными классами будут являться:
- дуговые лампы, где под действием электрического разряда светится газ между электродами;
- лампы накаливания, у которых свет излучает нагретая нить;
- газосветные лампы, где используется тлеющий разряд, который формируется при низком давлении газа и малом токе;
- безэлектродные лампы (СВЧ);
а) натриевая лампа низкого давления; б) люминесцентная лампа; в) ртутная лампа высокого давления с исправленной цветностью; г) ксеноновая лампа сверхвысокого давления; д) натриевая лампа высокого давления с колбой из поликристаллического оксида
Сначала начали развиваться системы, которые использовали электрическую дугу. Наблюдали это явление одновременно Х. Дэви в Англии и В. Петров в России, что в очередной раз подтверждает неизбежность изобретений. Интересно отметить, что и горение электрической дуги и свечение раскаленной проволоки под действием тока наблюдались в один и тот же год.
Однако только через 42 года французский физик Фуко создал первую дуговую лампу с ручным регулированием длины дуги, которая нашла достаточно широкое применение. Однако ручное регулирование было крайне неудобным и в дни коронационных торжеств в Москве на башнях Кремля зажглись дуговые лампы с автоматическим регулированием расстояний между углями - детище изобретателя Александра Шпаковского (Не путать с Николаем!).
Основной проблемой оставалось быстрое сгорание электродов. Не раз у изобретателей являлась мысль заключить вольтову дугу в лишенную кислорода атмосферу. Ведь благодаря этому лампа могла бы гореть значительно дольше. Американец Джандус первый придумал помещать под купол не всю лампу, а только ее электроды. При возникновении вольтовой дуги кислород, заключенный в сосуде, быстро вступал в реакцию с раскаленным углеродом, так что вскоре внутри сосуда образовывалась нейтральная атмосфера. Хотя кислород и продолжал поступать через зазоры, влияние его сильно ослаблялось, и такая лампа могла непрерывно гореть около 200 часов.
От использования вакуума вскоре перешли к использованию инертных газов. Сейчас в качестве источников особо яркого света используются ртутные и ксеноновые дуговые газоразрядные лампы.
В большинстве газоразрядных ламп используется излучение положительного столба дугового разряда, в импульсных лампах искровой разряд, переходящий в дуговой. Существуют лампы дугового разряда с низким [от 0,133 н/м2 (10-3 мм рт. ст.)], например натриевая лампа низкого давления, высоким (от 0,2 до 15 ат,1 ат= 98066,5 н/м2) и сверхвысоким (от 20 до 100 ат и более, например ксеноновые газоразрядные лампы) давлением.
Цвет получаемого света зависит от вещества, пары которого находятся в лампе. Сравнительные характеристики газоразрядных ламп представлены в таблице.
- Для учеников 1-11 классов и дошкольников
- Бесплатные сертификаты учителям и участникам
Выберите документ из архива для просмотра:
Выбранный для просмотра документ Электрические источники света.docx
Электрические источники света
Солнечный свет играет большую роль в жизни человека. Однако помимо солнечного света человек широко использует и искусственные источники, чтобы сделать окружающую среду более пригодной для работы и отдыха. В современном обществе роль света (естественного и искусственного) столь велика, что без него жизнь человека просто немыслима. Тысячи различных типов ламп и систем освещения дают людям свет и создают новую, более красивую среду существования. Однако ввиду богатого выбора, мы хотели бы ответить на вопросы: с чего же начать? И как подобрать нужный источник света?
Областью наших исследований являются физические принципы работы основных искусственных источников освещения, а предметом - их экономические показатели и влияние на здоровье человека.
Цель исследования - определение наиболее эффективных источников искусственного освещения для квартиры.
Для достижения поставленной цели, были определены следующие задачи исследования:
узнать историю создания электрической лампочки,
проанализировать принципы работы основных источников искусственного света, сравнить их достоинства и недостатки,
выявить и обосновать наиболее эффективные с точки зрения экономии и влияния на здоровье человека источники искусственного света.
История создания электрической лампочки
Во все времена ученые и изобретатели искали возможность создать долговечный и безопасный осветительный прибор. После того как человечество узнало об электричестве, исследования вышли на качественно новый уровень.
В 1874 г. выдающийся ученый Александр Николаевич Лодыгин запатентовал свою лампу накаливания в России. Это была вакуумированная колба с угольным стержнем внутри.
В 1879 г. американский патент получил изобретатель Томас Эдисон. Именно Эдисон создал первую промышленную компанию по производству ламп накаливания. Большой заслугой стало то, что он сумел добиться длительной продолжительности работы – более 1200 часов.
Целый год профессор Василий Петров проводил эксперименты с мощным устройством, состоявшим из 420 пар гальванических элементов, пока в 1908 году не открыл знаменитую электрическую дугу. Она представляет собой разряд, возникающий между угольными стержнями-электродами, разведенными на определенное расстояние. Тогда же и было предложено использовать электрическую дугу как источник света.
Принципы работы основных источников искусственного света, их достоинства и недостатки.
А теперь рассмотрим виды основных источников искусственного света.
Ла́мпа нака́ливания — искусственный источник света, в котором свет испускает тело накала , нагреваемое электрическим током до высокой температуры. В качестве тела накала используется спираль из тугоплавкого металла (чаще всего — вольфрама) либо угольная нить. Чтобы исключить окисление тела накала при контакте с воздухом, его помещают в вакуумированную колбу, либо колбу, заполненную инертными газами или парами.
Энергосберегающая лампа (компактная люминесце́нтная ла́мпа ) — газоразрядный источник света, в котором электрический разряд в парах ртути создаёт ультрафиолетовое излучение, которое преобразуется в видимый свет с помощью люминофора.
Светодиодная лампа – это осветительный прибор бытового и промышленного назначения, в котором в качестве источника света используют светодиоды.
При покупке ламп, вы, вероятно, привыкли смотреть на ватты, думая о том, насколько будет яркой лампа. Вопреки общепринятому мнению, мощность является не показателем яркости, а мерой потребления энергии. Для ламп накаливания существует взаимосвязь между принятыми ваттами и яркостью, но для светодиодов ватты ничего не говорят о яркости. Их яркость определяется немного по-другому.
С помощью, эксперимента мы решили выяснить, какая лампа потребляет больше энергии: лампа накаливания, люминесцентная или светодиодная лампа.
Цель эксперимента показать наглядно, что светодиодная лампочка потребляет меньше электричества. На демонстрационном стенде видно, что яркость ламп примерно одинаковая, а вот потребление энергии значительно отличается друг от друга.
Рассмотрим достоинства и недостатки различных видов ламп.
Просты по конструкции, надежны,
не имеют дополнительных устройств при включении,
практически не зависят от температуры окружающей среды,
Имеют не очень большой срок службы, около 1000 часов,
низкий световой КПД, только 5% энергии преобразуется в свет, остальные 95% - в тепло,
высокая рабочая температура, нужно соблюдать осторожность, чтобы не получить ожог.
Энергосберегающая (люминесцентная) лампа
Служат в 8 раз дольше, чем обычные лампы накаливания,
на 80% меньше потребляют электроэнергии,
дают в 5 раз больше света при равном потреблении энергии,
могут работать в постоянном режиме в местах, где требуется освещение на протяжении всех суток,
менее чувствительны к тряске и вибрациям,
слабо нагреваются, не гудят и не мерцают.
Медленно разогреваются (около двух минут),
нельзя использовать в открытых уличных светильниках (не работают при температуре ниже 15 °С),
нельзя использовать с регуляторами освещенности и датчиками движения,
после использования обязательная утилизация ламп как ртуть содержащие отходы и только в специальные контейнеры.
Светодиодные лампы
Экономичность (затраты на электроэнергию по сравнению с лампами накаливания меньше в 10 раз),
большой срок службы (20000 часов и выше),
при производстве используются безопасные компоненты (не содержат ртути),
устойчивы к скачкам напряжения,
не требуют разогрева (в отличие от энергосберегающих ламп).
Довольно высокая цена,
светодиоды постепенно теряют яркость,
не могут работать при температуре выше 100 °С (жарочные шкафы и т.д.).
Расчеты потребления электроэнергии для однокомнатной квартиры (с применением ламп накаливания)
В месяц (30 дней) - 276 р (без учёта работы холодильника, телевизора, стиральной машины и т.д.)
Расчеты потребления электроэнергии для однокомнатной квартиры (с применением энергосберегающих ламп)
В месяц (30 дней) - 69,3 р (без учёта работы холодильника, телевизора, стиральной машины и т.д.)
Расчеты потребления электроэнергии для однокомнатной квартиры (с применением светодиодных ламп)
В месяц (30 дней) - 36,6 р (без учёта работы холодильника, телевизора, стиральной машины и т.д.)
Важнейшей проблемой энергосбережения является переход не на люминесцентные, а сразу на светодиодные лампы. К сожалению, многим из нас важнее цена покупки сейчас , а не то, что разница в стоимости полностью окупается через 2-3 года. Но даже не это главное. А главное заключается в том, что мы не подвергаем риску наше здоровье, контактируя с лампами, содержащими пары ртути и другие вредные составляющие. Потребление электроэнергии в светодиодных лампах в 10-12 раз меньше, чем в обычной лампочке накаливания и в 5 раз по сравнению с люминесцентными. Это экономия только электроэнергии в отдельно взятой квартире. А в масштабе государства необходимо учитывать совокупность косвенных показателей, таких как:
снижение затрат на утилизацию люминесцентных ламп,
уменьшение объемов нового строительства,
уменьшение потребления кабельно-проводниковой продукции и т. д.
Все это даст эффект, который реально сокращает окупаемость в масштабах страны как минимум в половину.
Источники света — это излучатели электромагнитной энергии и видимой части спектра. Источники света характеризуются электрическими и светотехническими параметрами — напряжением, мощностью, световым потоком, световой отдачей, силой света и продолжительностью горения.
Световой поток — это величина, которой оценивается мощность оптического излучения. Например, световой поток электролампы накаливания мощностью 25 Вт напряжением 220 В равен около 220 лм.
Мощность лампы — количество электрической энергии, потребляемой лампой в единицу времени.
Освещенность (Е) — световой поток, приходящийся на единицу освещаемой поверхности. Единицей освещенности является люкс (лк).
Сила света определяет плотность светового потока в данном направлении, и равна отношению светового потока, распространяющегося от источника внутри телесного угла к этому углу. Единицей силы света является кандела (кд).
Поверхностная плотность силы света в заданном направлении называется яркостью. Единицей яркости является кандела на квадратный метр — кд/м².
Световая отдача (лм/Вт) — отношение светового потока лампы к ее мощности. Эта величина характеризует экономичность лампы. При одинаковой мощности ламп накаливания, но при различном номинальном напряжении световая отдача ламп также различна. Так, для лампы накаливания при номинальном напряжении 127 В световая отдача примерно на 10% выше, чем для лампы той же мощности на напряжение 220 В.
Средняя продолжительность горения (ч) — среднее арифметическое число часов продолжительности горения партии ламп. Как правило, срок службы ламп накаливания равен 1000 ч горения при нормальном напряжении сети.
Современные источники света подразделяются на две основные группы — лампы накаливания и газоразрядные.
Рис. 44. Лампа накаливания (а), ДРЛ (б) и люминесцентный (в) источники света:
1 — колба; 2 — нить накала; 3 — кварцевая горелка; 4 - слой люминофора; 5 — цоколь; 6 — трубка стеклянная.
Лампа накаливания (рис. 44, а) - это источник света, в котором преобразование электрической энергии в световую происходит за счет накаливания тугоплавкого проводника электрическим током. Лампа накаливания представляет собой стеклянную колбу, внутри которой в вакууме или инертном газе находится нить из тугоплавкого проводника. Чаще всего нить накала выполняют в виде одинарной или двойной спирали.
Лампы, из объема которых выкачан воздух, называются вакуумными, в отличие от газонаполненных, колбы которых заполняются инертным газом (смеси азота, аргона, ксенона, криптона). Газонаполненные лампы по сравнению с вакуумными имеют лучшую светоотдачу, т. е. газ, находящийся в колбе под давлением, препятствует испарению вольфрама. Это позволяет повысить температуру накала, за счет чего увеличивается световой поток лампы и улучшается ее цветность.
Недостатком ламп накаливания является низкий коэффициент полезного действия. В энергию светового потока превращается только 4% всей потребляемой электрической энергии, а остальная часть преобразуется в тепловую энергию, излучаемую лампой.
Электрические, светотехнические характеристики и продолжительность горения ламп накаливания зависят от изменения питающего напряжения. При пониженном напряжении уменьшается световой поток, а при повышенном — резко снижается продолжительность горения лампы : при превышении напряжения на 15% выше номинального лампы выходят из строя.
Несмотря на относительно малую среднюю продолжительность горения и невысокую световую отдачу (10-13 лм/Вт) лампы накаливания широко применяются в различных областях народного хозяйства. Это объясняется простотой и удобством их эксплуатации, универсальностью применения, удовлетворительным спектром излучения, компактностью конструкции и дешевизной. Промышленность выпускает лампы накаливания общего назначения на следующие стандартные мощности (Вт): 15, 25, 40, 60, 75, 100, 150, 200, 300, 500, 750, 1000, 1500.
Для освещения открытых площадей и территорий предприятий применяют галогенные лампы накаливания. Конструктивно лампа устроена в виде кварцевой трубки, заполненной инертным газом с добавкой галогенов или их соединений, обеспечивающих замедленное испарение тела накала. Галогенные лампы при одинаковой с обычной лампой накаливания мощностью имеют меньше размеры, значительно более высокую световую отдачу (22-30 лм/Вт), срок службы их в два раза превышает обычные лампы накаливания. Промышленность выпускает галогенные лампы мощностью от 500 Вт до 20 кВт.
Газоразрядные источники света — лампы, в которых излучение диапазона длин волн возникает в результате электрического разряда в среде инертных газов, паров металлов или их смесей (рис. 44, б, в).
К газоразрядным источникам света относятся люминесцентные лампы, дуговые ртутные лампы с люминофором (ДРЛ), ксеноновые газоразрядные лампы (ДКсТ), дуговые ртутные лампы с иодидами (ДРИ), дуговые натриевые лампы высокого давления (ДНаТ).
Люминесцентная лампа — это газоразрядный источник света, световой поток которого определяется свечением люминофоров под воздействием ультрафиолетового излучения. Основные светотехнические характеристики люминесцентных ламп приведены в таблице ниже.
| Параметр | Тип лампы | |||
| ЛБ-20 | ЛБ-40 | ЛБ-80 | ЛБ-125 | |
| Мощность, Вт | 20 | 40 | 80 | 125 |
| Световой поток, лм | 1180 | 3000 | 4550 | 6500 |
| Световая отдача, лм/Вт | 49 | 62 | 54 | 52 |
| Срок службы, ч | 10000 | 10000 | 10000 | 10000 |
Конструкция люминесцентной лампы (рис. 44, в) обеспечивает длительное, устойчивое ее горение. Стеклянная трубка лампы (прямая, U-образная, кольцевая или другой формы) изнутри покрыта тонким слоем люминофора и концы ее герметично запаяны. Из трубки удален воздух и внутрь ее введен при низком давлении инертный газ —аргон и капля ртути. В торцах трубки укреплены вольфрамовые специальные электроды с оксидным покрытием, которое служит для получения необходимой электронной эмиссии. При подключении лампы к источнику переменного тока происходит нагрев электродов, ртуть испаряется и между электродами возникает электрический разряд. Разряд сопровождается интенсивным ультрафиолетовым излучением, под действием которого люминофор испускает свет. Различную цветность люминесцентных ламп можно получить путем изменения состава люминофора.
Люминесцентные лампы широко применяются для общего освещения. При этом их световая отдача, достигающая 75 лм/Вт, и срок службы в несколько раз больше, чем у ламп накаливания того же назначения.
Так, люминесцентная лампа мощностью 40 Вт имеет световой поток 3000 лм и средний срок службы 10000 ч, в то время, как лампа накаливания той же мощности имеет световой поток 460 лм и срок службы 1000 ч. Через 4000 ч горения световой поток люминесцентной лампы остается достаточно большим (2250 лм для лампы 40 Вт), в то время как лампа накаливания уже отслужила свой срок.
Недостатком этих ламп являются периодические пульсации их светового потока с частотой, равной удвоенной частоте электрического тока. Человеческий глаз не в состоянии заметить эти мелькания света благодаря зрительной инерции, но если частота движения детали совпадает с частотой импульсов света, то деталь может показаться неподвижной или медленно вращающейся в противоположную сторону из-за стробоскопического эффекта. В этом случае лампы включают в различные фазы трехфазного тока (пульсация светового потока будет в разные полупериоды).
Люминесцентные лампы при включении в сеть снабжаются пускорегулирующими аппаратами, так как при непосредственном включении лампы в сеть любое кратковременное снижение напряжения приводит к резкому нарастанию тока и перегоранию ее электродов.
Применение люминесцентных ламп в наружных осветительных установках связано с рядом трудностей. Для работы лампы при пониженной температуре необходимо значительное повышение напряжения зажигания: при снижении температуры ниже 0°С световой поток уменьшается в 6—10 раз. Поэтому при использовании люминесцентных ламп для освещения территорий, улиц, площадей применяют специальные светильники с двумя или тремя лампами, групповой теплоизоляцией и последовательным включением ламп с одним пускорегулирующим аппаратом. Эти светильники эффективно работают в диапазоне температур от +35 до -20 °С. При более низкой температуре применяют в светильниках специальные дополнительные трубчатые нагреватели, которые обеспечивают поддержание оптимального теплового режима на стенках ламп.
Промышленность выпускает около 100 различных типоразмеров люминесцентных ламп общего назначения. Наиболее распространенные типы ламп мощностью 15, 20, 30 Вт на напряжение 127 В и 40, 80, 125 Вт на напряжение 220 В. Средняя продолжительность горения ламп составляет 10000 ч.
В обозначениях маркировки люминесцентных ламп применяются следующие буквы: Л — люминесцентная, Д — дневного, Б — белого, ХБ — холодно-белого, ТБ — тепло-белого света, Ц — улучшенной цветопередачи, А — амальгамные.
Лампы дуговые ртутные с люминофором (ДРЛ) состоят из цоколя 5, баллона (колбы) 1 и кварцевой горелки 3 (рис. 44, б). Кварцевая трубчатая горелка с двумя основными и двумя поджигающими электродами заполнена чистым аргоном под давлением 2,5 —4,5 кПа и дозированным количеством ртути (40 — 60 мг). Цоколь обычного резьбового типа. Колба, внутренняя поверхность которой покрыта люминофором, служит для защиты деталей горелки от окисления и механических повреждений, предотвращает выход ультрафиолетового излучения наружу и обеспечивает необходимый температурный режим на горелке и слое люминофора. Колба после откачки воздуха заполняется аргоном до давления в несколько десятков кПа.
При подаче напряжения на электроды лампы в парах ртути образуется электрический разряд, создающий интенсивное ультрафиолетовое излучение в сине-зеленой части спектра. Под воздействием ультрафиолетовых лучей люминофор излучает световой поток оранжево-красного цвета, создавая смешанный с основным световым потоком видимый человеческим глазом белый свет с зеленоватым оттенком. Оптимальная температура для люминофоров ламп ДРЛ равна 250 — 350 С.
Лампы ДРЛ имеют компактную конструкцию, высокую концентрацию светового потока, достаточно большую удельную световую отдачу (40 — 55 лм/Вт), практическую независимость светового потока от температуры окружающей среды, высокий срок службы (6000 — 8000 ч). Однако срок службы ламп зависит от числа включений. Например, при работе лампы в 10-ти часовом режиме в сутки их срок службы снижается в 1,5 раза по сравнению с режимом непрерывного горения.
| Параметр | Тип лампы | ||||
| ДРЛ-80 | ДРЛ-125 | ДРЛ-250 | ДРЛ-400 | ДРЛ-700 | |
| Мощность, Вт | 80 | 125 | 250 | 400 | 700 |
| Световой поток, лм | 3200 | 5600 | 11000 | 19000 | 35000 |
| Световая отдача, лм/Вт | 35 | 38,5 | 40 | 45 | 47 |
| Ток, А | 0,8 | 1,115 | 2,15 | 3,25 | 5,45 |
| Срок службы, ч | 7500 | 7500 | 7500 | 7500 | 7500 |
Промышленность выпускает лампы мощностью 80, 125, 250, 400, 700, 1000 и 2000 Вт со световым потоком от 3200 до 50000 лм.
При использовании ламп ДРЛ в установках наружного освещения следует учитывать их характеристики зажигания. При температурах окружающего воздуха +20 С лампы должны загораться при напряжении до 180 В, при снижении температуры до -25 °С потребуется напряжение 205 В, 250 и 300 В для ламп мощностью 400, 700 и 1000 Вт соответственно. Для районов страны с пониженными температурами (Крайний Север, Сибирь) выпускают специальные лампы в северном исполнении мощностью 125-1000 Вт (например, типы ДРЛ-125 ХЛ1, ДРЛ-250 ХЛР).
Лампы дуговые ртутные иодидные (ДРИ) — конструктивно напоминают лампы ДРЛ, но внешняя колба не покрыта люминофором, кварцевая горелка более короткая и имеет на концах теплоотражающее покрытие, а внутрь колбы горелки вводятся наряду со ртутью и наполняющим газом аргоном иодиды некоторых металлов (натрия, таллия, индия и др.). Введение этих металлов позволяет варьировать в широких пределах спектральный состав излучения разряда, увеличивать видимую часть излучения и отказываться от использования люминофора. Световая отдача этих ламп достигает 90-100 лм/Вт, что в 1,5-2 раза выше, чем у ламп ДРЛ. Мощности ламп ДРИ соответствуют обычному ряду мощности ламп ДРЛ, а их электрические характеристики практически совпадают или очень близки. Срок службы ламп ДРИ меньше, чем у ламп ДРЛ и составляет 3000—5000 ч. Катоды в лампах ДРИ активируют окисью или торием, поэтому в сети для зажигания ламп даже при положительной температуре требуется повышенное напряжение.
Дуговые натриевые лампы высокого давления (ДНаТ) — представляют собой цилиндрическую разрядную трубку из светопропускающей поликристаллической окиси алюминия. Концы трубки герметично закрыты ниобиевыми колпаками, на которых укреплены активированные вольфрамовые электроды. Внутрь трубки введено дозированное количество натрия, ртути и газа ксенона. Внешний баллон для теплоизоляции имеет глубокий вакуум 10 -4 - 10 -5 Па. В рабочем состоянии давление паров натрия составляет 25 — 27 кПа, при этом лампа излучает мощный световой поток с заметно желтым светом. Световая отдача ламп составляет 115-125 лм/Вт, а средняя продолжительность горения 15-20 тыс. ч, что дает возможность применять их для освещения больших открытых пространств: высокопролетных цехов, карьеров, строительных площадок, территорий предприятий, площадей и т. д.
Читайте также: