Электрические устройства, состоящие из прозрачного контейнера, в котором газ питается от напряжения, благодаря чему происходит процесс свечения, называются газоразрядные лампы. Предлагаем рассмотреть, чем разнятся лампы газоразрядные высокого давления и лампы накаливания, как работает данное устройство и где их купить.
Газоразрядная лампа является источником свечения, который генерирует свет, создавая электрический разряд через ионизированный газ. Как правило, эти лампы используют такие газы, как:
Много ламп заполнены дополнительными газами, такими как натрий и ртуть, в то время как другие используют металлогалогенные добавки.
При подаче питания на лампу, электрическое поле генерируется в трубке. Это поле образует включения свободных электронов в ионизированный газ, т.е. обеспечивает столкновение электронов с газом и атомами металла. Некоторые электроны, вращающиеся вокруг этих атомов, обеспечивают столкновения в более высокое энергетическое состояние. В таких случаях высвобождается энергия фотонов. Этот свет может быть каким угодно от инфракрасного видимого и до ультрафиолетового излучения. Некоторые лампы имеют люминесцентное покрытие на внутренней стороне колбы для преобразования ультрафиолетового излучения в видимый свет.
Некоторые лампы трубчатой формы содержат специальный источник бета-излучения, чтобы обеспечить ионизацию газа внутри. В этих трубах, тлеющий разряд, обеспеченный катодом, сведен к минимуму, в пользу так называемого положительного столба энергии. Самый яркий пример такой технологии – энергосберегающие неоновые лампы, газоразрядные импульсные ифк и флуоресцентные.
Многие слышали термин газоразрядные люминесцентные лампы с холодным катодом CCFL и приборы для освещения с горячим катодом. Но в чем разница, какая их маркировка и какие выбрать?
В горячие катоды генерирует электроны сам электрод с термоэлектронной эмиссией. Именно поэтому они еще называются термоэлектронными катодами. Катод обычно представляет собой электрическую нить из вольфрама или тантала. Но теперь они еще покрываются слоем эмиссионного материала, что может производить больше меньше тепла и света, тем самым увеличивая эффективность и световой поток газоразрядной лампы. В некоторых случаях, когда жужжание переменного тока является проблемой, нагреватель электрически изолирован от катода. Этот метод широко используют газоразрядные металлогалогенные лампы (hpi-t plus, deluxе, hid-8) и светильники низкого давления.
Фото: металлогалогеновые лампы с горячим катодомИсточники света с горячими катодами производят значительно большее количество электронов, чем холодные катоды с той же площадью поверхности. Их используют индикаторные устройства, микроскопы, и даже такие лампы применяют для модернизации электронных пушек.
Фото: металлогалогеновые лампы вытянутой формы с горячим катодом
С холодным катодом не производится термоэлектронная эмиссия. Высоковольтные лампы в данном случае, работают на электродах, генерирующих сильное электрическое поле (допустим, марки make), которое ионизирует газ. Поверхность внутри трубки способна производить вторичные электроны, и при этом свести их «падение» к минимуму. Некоторые трубы содержат специальное заземление, которое улучшает эмиссию электронов.
Другой метод работы холодных световых приборов основан на генерации свободных электронов без термоэлектронной эмиссии, за счет полевой электронной эмиссии. Полевая эмиссия происходит в электрических полях, которые создают очень высокое напряжение. Этот метод используется в некоторых рентгеновских трубках, микроскопах, работающих за счет электрических полей, а также его применяют газоразрядные натриевые лампы (lhp, днат 400 5, днат 70, днат 250-5, днат-70, hb4).
Термин «холодный катод» не означает, что он остается в температуре окружающей среды все время. Рабочая температура катода может увеличиваться в некоторых случаях. Например, при использовании переменного тока, из-за чего электроды поменялись местами – стали катод стал анодом. Некоторые электроны также могут вызвать локализацию тепла. Например, люминесцентные лампы: после запуска, вольфрамовая проволока холодная, лампа работает с холодным катодом и явление, описанное выше, используется для нагрева нити. Когда она достигла нужного уровня света, светильник работает нормально, как с горячим катодом. Подобное явление могут демонстрировать некоторые газоразрядные ксеноновые лампочки дрл (d2s, h4 категории d).
Холодный катод устройства требует высокого напряжения, но при этом высоковольтный источник питания не требуется. Это часто явление называется CCL инвертором. Работа инвертора заключается в создании высокого напряжения для организации начального пространственного заряда и первой электрической дуги тока в трубке. Когда это происходит, внутреннее сопротивление трубки уменьшается и увеличивает ток. Преобразователь реагирует на такие перепады, и если температура превышает норму – отключается. Чаще всего такие системы устанавливают для уличного освещения.
Лампы холодного излучения часто встречаются в электронных устройствах. CCFLs (с холодным катодом люминесцентные лампы) используются как диодные лампочки для компьютеров, модемов, мультиметров, газоразрядных индикаторов ин-14, ин 18 и нв 3, и прочего. Кроме того, они широко применяются в качестве ЖК-подсветки. Еще одним примером широкого использования является трубы Nixie.
Перед тем, как купить какое-либо устройство, нужно обязательно изучить все его характеристики.
Фото: ртутная лампа
Эти лампы содержат газ внутри трубы, находящийся в более низком давлении, чем атмосферное. Классические люминесцентные лампы way относятся к этой категории, хорошо известные сейчас неоновые лампы, а также натриевые лампы низкого давления, которые используются для уличного освещения. Все они имеют очень хорошую эффективность, но наиболее эффективными среди всех газоразрядных ламп являются натриевые лампы son. Проблема этого типа ламп (с цоколем r7s) является то, что она производит только почти монохроматический желтый свет (исключение – бездроссельные люминесцентные лампы).
В этой категории, находятся лампы, которые излучают свет при помощи электрической дуги между электродами (е-27). Электроды обычно представлены вольфрамовыми электродами, которые находится внутри полупрозрачного или прозрачного материала. Есть много различных примеров HID (High Intensity) ламп, продажа которых осуществляется у нас в стране, таких как галогеновые (ipf h4 х-41, мн-кх7s-150вт, hq-т), ксеноновые дуговые, и светильники сверхвысокой производительности (UHP).
Любые устройства имеют свои недостатки, и газоразрядные светильники не стали исключением:
Широкое применение получили автомобильные газоразрядные лампы высокой интенсивности – и неоновые, также для авто иногда применяется диодное освещение (их цена несколько ниже). Разряд автомобильной фары заполнен смесью газообразного ксенона и металло-галоидных солей (как например использует Тойота Королла – d2r для toyota estima 2000, или БМВ 5, для Опеля astra j)). Света создается путем удара дуги между двумя электродами. Лампа имеет встроенный воспламенитель.
Для освещения промышленных помещений (гу-23а, лд30, тн-0, 3, гу26а), уличных площадей (olympiad 250, Сильвиана производства Украина), билбордов, фасадов зданий, также газоразрядные лампы высокого давления дневного света в квартирах и домах (гост 500-9006-083) и в ПРА.
Монтаж и схема подключения точно такие же, как и при установке простых ламп накаливания.
Энергосберегающая лампа – это осветительный прибор, причём эффективнее, нежели обычная лампочка с нитью накала. Под определение попадает сегодня несколько типов устройств. Поговорим про разрядные и светодиодные лампы, их разновидности.
Заметим, что про высокую светоотдачу некоторых разновидностей ламп известно давно. С момента появления в 1938 году ртутных ламп низкого давления с приемлемой цветопередачей стало понятно, что за последним классом устройств будущее. Но теперь, когда вышли первые приборы на светодиодах, конкурентоспособность сравнительно тусклых и сложных разрядных ламп уже ставится под сомнение. Однако европейские стандарты делят технику не по признаку вложенных в неё технологий, а по мере энергосбережения.
Рассмотрением вопроса занимаются правила № 874/2012, 12 июля 2012 года выпуска, в поддержку директивы Европейского парламента 2010/30/EU. В документе приводятся сведения о лампах, полезные или интересные читателям:
Коэффициент энергоэффективности различается для направленных и ненаправленных источников света. К примеру, правила Евросоюза доводят до покупателей информацию, представленную в виде таблицы на скрине. Из приведённых цифр понятно, что индекс энергоэффективности (IEE) для направленных источников света бывает выше и значительно больше единицы. Самыми лучшими признаны устройства класса А++, наименее эффективные – Е. В быту принято называть энергосберегающими лампы, для которых параметр укладывается в диапазон от А и выше.
Узнаем, как подсчитывается индекс энергоэффективности. В ходе вычислений реальный световой поток источника света сравнивается с идеальным: I I E = Pcor / Pref. Где Pcor – номинальная мощность потребления, которую для устройств с внешними драйверами полагается корректировать согласно данным таблицы, представленной на рисунке. Для прочих устройств число берётся непосредственно, без изменений.
Напоминаем, что драйвером лампы называют модуль для преобразования напряжения сети к нужному формату. К примеру, внутри цоколя Е27 часто стоит микросхема импульсного блока питания. Это драйвер, причём внутренний. Pref – это некое потребление эталона, своеобразной идеальной лампы. Вычисляется по формулам, представленным на рисунке, сообразно тому, больше световой поток 1300 люменов или меньше.
Не бойтесь сложных выражений, авторы отредактировали скрины, снабдив уместными пояснениями. Вы увидите, что номинальная мощность эталона вычисляется из светового потока подопытной лампы по простым формулам. В таблице указано три варианта:
Спрашивается, как измерить световой поток. Во-первых, часто энергосберегающие лампы снабжаются упаковками, где прописано конкретное число, во-вторых, при помощи приборов значение получается в лабораторных условиях. Энергоэффективность выявляют по результатам тестов, сложностей не возникает. Собственно, всю информацию на английском языке нетрудно прочитать со скринов. Мы перевели на русский для лучшего восприятия.
Сегодня под определение энергосберегающих подпадает два больших класса ламп:
Энергосберегающая лампа на светодиодах по всем признакам скоро вытеснит прочие разновидности. Судите сами: эффективность обычно выше А, срок службы находится в диапазоне люминесцентных приборов. Типовые значения – от 20 до 50 тыс. часов. Легко отличить светодиодную модель от прочих по двум признакам:
Срок жизни лампочки накала составляет 1000 часов. Если присмотритесь, на пачке (см. фото) увидите тождество, где одна светодиодная приравнена к тридцати обычным. Здесь как раз подразумевается срок жизни в 30000 часов. Этого хватит на 10 лет интенсивной работы. Причём это далеко не главная причина популярности светодиодных лампочек. Последние до 10 раз меньше потребляют электрической энергии на прежний суммарный световой поток в видимом диапазоне. Много экономится за счёт отсутствия нагрева. В результате инфракрасный спектр ощутимо беднее, впрочем, человеку он и не нужен.
Нельзя сказать, что светодиодные лампочки намного лучше люминесцентных, но при одинаковой светимости, указанной на упаковке, первые создают визуально более благоприятное впечатление. Невооружённым глазом видна разница. Снижение затрат заметно уже после первого месяца эксплуатации. После внедрения в обиход светодиодных лампочек главным врагом семейного бюджета становится холодильник, на втором месте идут экономные персональные компьютеры. Делайте выводы: при покупке дюжины светодиодных лампочек по цене 180 рублей за штуку каждый месяц сберегается цена одной.
Приблизительно через год в описанном выше случае уже уместно говорить о возврате средств, вложенных в иллюминацию жилища. Самое главное, что о вопросе экономии света допустимо забыть и спокойно включать свет при необходимости. Упомянем и о прочих преимуществах: требования к проводке и выключателям становятся намного более мягкими. Токи снижаются в 10 раз, сечение по меди возможно урезать до минимума, это уже прямая прибавка к бюджету на ближайший ремонт. Люстры допустимо приобретать менее стойкие к нагреву, до пожароопасной температуры эти лампочки не нагреваются. Аварийные случаи не в счёт.
К единственному минусу светодиодных ламп авторы склонны отнести сложность ремонта. Крайне непросто добраться до драйвера, в результате невозможно отремонтировать прибор. У люминесцентных ламп цоколь просто снимается, что повышает шансы на возврат изделия к жизни.
В семейство входят все лампы, где свечение образуется за счёт медленно тлеющего разряда. Первой успешной версией, вероятно, считаются трубки Гислера, бытовавшие ещё в XIX веке в развлекательных заведениях Европы. Упоминалось о факте ранее, в обзоре про люминесцентные лампы, сегодня остановимся на более практической части. На рубеже XX и XXI веков до 80% светового потока в развитых странах приходилось на разрядный тип приборов. Срок службы тоже немаленький – от 10 до 50 тыс. часов.
В начале развития направления стало понятно, что ртутные лампы высокого давления и натриевые лампы низкого давления чрезвычайно хороши, но применять их для бытовых нужд не решались: слишком плохая цветопередача. Людская кожа попросту выглядела страшно в подобном соседстве. Напомним, что цветопередачей оптического источника называется степень схожести освещаемых им различных цветовых оттенков с истинным положением на спектральной шкале. Кстати, светодиодные лампы дают изумительные результаты.
Для разрядных первый приемлемый эффект получен с люминесцентными лампами дневного света (ртутные низкого давления). Они появились в 1938 году, стало понятно, что устройства постепенно завоюют сегмент бытового применения. В 50-х годах XX века появились ртутные лампы высокого давления (дуговые ДРЛ). Потом последовали разрядные лампы высокой интенсивности, где впервые удалось преодолеть КПД в 100 лм/Вт. Это сильнее увеличило привлекательность приборов для обывателя. Спектр излучения подбирается наполнением колбы (газ, пар, их смеси) либо условиями горения дуги.
Широкое распространение получили люминесцентные разрядные лампы, где спектр получается за счёт облучения ультрафиолетом специального вещества (люминофора). Возникла и немалая путаница. К примеру, к разрядным часто причисляют и галогенные лампы. Но это далеко не всегда правильно. К примеру, в кварцевых нагревателях применяются нити накала, дуга там отсутствует. А галогениды металлов служат иным целям: испаряющийся со спирали вольфрам немедленно вступает в соединение, которое не осаждается на стеклянной колбе. В результате возвращения молекулы на поверхность горячей нити (за счёт случайных процессов) металл восстанавливается. Так значительно возрастает срок службы.
Галогениды часто используются и в разрядных лампах. Причём для аналогичных целей. Ключевым признаком металлогалогенных разрядных ламп (появились в 60-х годах XX века) считается горящая дуга. В последнем случае галогениды (йод, бром, хлор) играют дополнительную роль: изменяют спектр свечения, создают нужную плотность металлов в объёме газов и паров. В результате возникают уникальные свойства источников света, невозможные в других условиях. Известно третье свойство, не настолько очевидное: отдельные металлы с привлекательным спектром излучения при нагреве кварцевой колбы до 300 градусов Цельсия ведут себя агрессивно. Прежде всего щелочные, кадмий, цинк. Одновременно их галогениды намного более инертны, разрушения кварцевой колбы уже не происходит.
Особенно замечательный эффект отмечается при смешивании нескольких типов веществ. К примеру, металлы I и III группы таблицы Менделеева дают отдельные спектральные полосы в диапазоне:
Скандий, лантан, иттрий и редкоземельные металлы дают спектр из множества полос, заполняющих видимый спектр. Часть читателей спрашивает – зачем это, собственно, нужно? Дело здесь не только в разнообразной цветопередаче. Важна цветовая температура лампочки. На фото, к примеру, красуется светодиодная на 4500 К. Это холодный оттенок, но до дневного света ей далеко. Рубеж начинается с 6000 К.
Подбирая нужным образом цветовую температуру, удаётся задавать циркадные ритмы человеческой психики. Явление означает улучшение работоспособности днём, хороший сон в ночной период, успокоение или нагнетание напряжённости. Ниже авторы привели таблицу, где показаны индексы цветопередачи и прочие параметры для металлогалогенных ламп с различным заполнением. Быстро отыскать подобное изделие на прилавке поможет кодировка ДРИ (и другие похожие).
Позднее расскажем про натриевые лампы и керамические горелки, индексы цветопередачи и влияние температуры на психику. Любое знание ограничено, и лишь незнание не имеет границ.
Газоразрядная лампа – осветительный прибор, принцип действия базируется на горении дуги ионизированного газа. Это обширное семейство, в начале XXI века захватившее в мире едва ли не три четверти сегмента иллюминации. Сюда входят популярные люминесцентные лампы дневного света, лампы ДРЛ. Ещё до внедрения в обиход осветительные устройства, работающие за счёт газового разряда, встречаются в романе Жюля Верна «Путешествие к центру Земли» (1864 год).
Принято считать годом рождения газоразрядных ламп 1675. Однажды ночью французский учёный Жан-Феликс Пикар заметил свечение ртутного барометра, когда переносил его из обсерватории в порт святого Майкла. Чтобы читатели представили явление, нужно учесть особенности конструкции. В ртутном барометре имеется трубка, запаянная с конца. Вдобавок наличествует чаша. Оба предмета заполнены металлической ртутью.
Для определения давления трубку резко переворачивают и опускают в чашу. Тогда ртуть под действием земного тяготения стекает вниз, образуя выше себя вакуум. В результате запаянный конец трубки остаётся полым, и протяжённость пустого пространства зависит от атмосферного давления, которое, действуя на ртуть в чаше, призвано уравновесить силу тяжести.
При транспортировке барометра Пикар спешил и сильно растряс прибор. В результате произошла электризация стекла трением о ртуть, и статический заряд вызвал ионизацию металлических паров. Процесс сильно облегчался, благодаря созданному вакууму. Пары ртути и сегодня используются в отдельных газоразрядных источниках света. К примеру, ультрафиолетовая составляющая свечения активизирует люминофор лампы дневного света.
Пикар не смог объяснить обнаруженного явления, но немедленно доложил о произошедшем в научных кругах. Позднее изучением занялся известный швейцарский математик Иоганн Бернулли. Ему задача оказалась также не по зубам, но сей учёный муж активно практиковал опыт со свечением, дал представление французской академии наук. В 1700 году на демонстрации явление лицезрел английский механик, по совместительству учёный, Фрэнсис Хоксби. На базе Королевского научного общества Британии Хоксби принимается активно ставить опыты.
За основу решающего эксперимента Хоксби берет модель электростатического генератора Герике (1660 год). По описаниям машина представляла солидных размеров шар из серы, вращающийся на железном стержне. Трением о ладони оператора объект приобретал при вращении значительный заряд. Дальнейший ход мыслей Хоксби понятен. В инструкции Герике фигурировало предложение залить серу в стеклянный шар, потом разбить. Английский учёный пропустил указанный шаг. К сожалению, неизвестно, имели ли ранние работы (к примеру, трактат Гильберта 1600 года) представление об электризации стекла, но Хоксби выдвинул соответствующее предположение.
В результате экспериментальная установка содержала вместо серного шара стеклянный с каплями ртути на дне, а внутри по возможности создали вакуум. При вращении сферы на железном стержне и электризации путём трения ладонями наблюдалось свечение, чтобы читать книгу в непосредственной близости. В 1705 году английское научное общество продемонстрировало первую газоразрядную лампу. Предоставлялось верное объяснение, что к обнаруженному явлению причастны пары ртути. Потом – ход работ замер на целый век. Не находилось практического применения вновь открытому явлению.
Нельзя сказать, чтобы XVIII век прошёл бесполезно для исследований в сфере электричества, несмотря на фразу, оброненную выше. Значимыми считаются работы Дюфе, в 1733 году предположившего наличие двух родов зарядов с целью теоретического обоснования наблюдаемого явления. Он их назвал смоляными и стеклянными. Речь идёт об объяснении феномена, рассмотренного Гильбертом в 1600 году:
В понимании Дюфе объект приобретал заряд аналогичного знака при соприкосновении. Чем объясняется рассмотренное явление. Но истинный прогресс в науке начался, когда государства отменяли наказание за занятие колдовством. В результате на свет появилась Лейденская банка, а Бенджамин Франклин доказал электрическую природу молнии, Вольта изобрёл первый электрохимический источник энергии. В 1729 году произошло революционное открытие, ставшее основой для прочих: Стивен Грей додумался собрать проводники воедино и получил первую в мире электрическую цепь. С тех пор ток стали передавать на расстояние.
Изобретённая в 1746 году Вильямом Ватсоном электрическая машина сплавляла заряд по шёлковым шнурам, что позволило Жану-Антуану Нолле продемонстрировать эффектную дугу в среде разряженного газа. В указанное Готфрид Груммерт высказал предположение, что подобное освещение подойдёт для использования в шахтах и местах, где открытое пламя повышает вероятность взрыва. Иоганн Винклер заметил, что неплохо вместо шаров использовать длинные колбы, согнутые по форме букв алфавита, предвосхитив появление на свет трубок Гейслера и экрана телевизора.
Чуть позднее, в 1752 году, Ватсон частично реализовал перечисленные задумки (первый дисплей запатентован в 1893 году). К примеру, демонстрируя опыт с горением дуги в трубке длиной 32 дюйма. Благодаря столь блистательным открытиям, в 1802 году произошло сразу два значимых для рассматриваемой темы события:
Достижения Петрова оказались забыты под влиянием событий Отечественной войны 1812 года и в силу российского наплевательства. В Англии к электричеству подошли серьёзно. Заслуга Хампфри Дэви немалая. Он, будучи химиком, повторяя опыты зарубежного коллеги, начал экспериментировать с различными газовыми средами. Конечно, член Королевского научного общества был знаком с опытами Фрэнсиса Хоксби и захотел проверить, не стало ли новое открытие повторением ранних попыток создать искусственные источники света.
Эти эксперименты привели к открытию линейных спектров газовых разрядов. Попутно замеченные Волластоном и Фраунгофером особенности излучения Солнца в последующем позволили Кирхгофу и Бунзену высказывать предположения о составе атмосферы светила. Это тесно связно с рассматриваемой темой, спектр разряда также линейчатый. К примеру, натриевые лампы дают оранжевый свет, и при помощи люминофора приходится распределение частот корректировать (лампы ДРЛ). Потом эстафету принял Майкл Фарадей (с середины 30-х годов XIX века), показал процесс возникновения дуги в среде разреженных газов. Внёс лепту и Генрих Румкорф, предоставив в руки физиков инструмент для получения импульсов высокого напряжения (катушка Румкорфа, 1851 год). В 1835 году Чарльз Уитстон зарегистрировал спектр разряда дуги в парах ртути, попутно отметив ультрафиолетовую составляющую.
Первыми коммерчески успешными считаются творения Гейслера. Датой рождения принято считать 1857 год. Упомянутый стеклодув и по совместительству физик догадался в колбу с разряженным газов вставить 2 электрода. Подавая на них напряжение, лицезрел красочный разряд дуги. Гейслер соединил воедино открытия Петрова и Хоксби. Дуга тлеет в колбе с атмосферой из паров газа. А дальнейшее – выбор цвета – уже не составило труда, опираясь на наработки сэра Хампфри Дэви и Майкла Фарадея.
С 80-х годов трубки Гейслера широко выпускаются для целей развлечения населения. Сегодня неоновые огни считаются лицом США. Примечательно, что будучи помещены рядом с источниками сильного электромагнитного излучения — катушки Тесла — лампы Гейслера загораются самопроизвольно. Выполняются условия ионизации разреженной газовой среды. Исследования, сопряжённые с поиском технических решений для целей освещения привели учёных к открытию электрона, измерению его заряда и массы, появлению на свет электронных ламп.
Возможность розжига порохового заряда электрической искрой известна примерно с 1745 года. Но едва ли сапер мог унести лейденскую банку или терпеливо натирать шерстью янтарь в любых погодных условиях. Долгое время военное дело не брало во внимание подобные мелочи. В 1812 году российский офицер Шиллинг сумел через электрический элемент питания произвести подводный взрыв. Считается, что военное дело дало толчок к развитию исследований электричества в России. Первая дуговая лампа установлена в 1849 году изобретателем (Якоби) на башне Адмиралтейства Санкт-Петербурга. Ее свет оказался столь ярок, что сравнивался обывателями с солнечным.
Применение прожекторов с разрядными лампами ограничивается военным делом, за малым исключением, когда источники указывают путь кораблям с маяка. Нас в теме интересуют наработки Джона Томаса Рея, датированные 1860 годом, догадавшимся объединить электрическую дугу (Петров и Якоби) с атмосферой паров ртути (Майкл Фарадей) при нормальном давлении.
Несмотря на явные преимущества, газоразрядные лампы Гейслера демонстрировали существенные недостатки. К примеру, малый срок службы. С 90-х годов XIX века некто Дэниэл МакФарлен Мур работал в компании Эдисона и вскоре после поступления на службу стал изучать историю. Его заинтересовали газоразрядные лампы Гейслера. Что не так с моим светом? – вопрошал Эдисон. Мур ответил: он слишком тусклый, слишком горячий и чересчур красный. Это вся правда о лампах накаливания того времени.
В 1892 году ртутная газоразрядная лампа усовершенствована Мартином Лео Аронсом. Наработка в 1901 году усовершенствована Петером Купером Хьюиттом и обрела коммерческий успех.
С 1894 Мур организовывает две собственные компании, занимающиеся проблемами освещения. Главной особенностью ламп (1896 год) стало то, что газ по мере расходования возобновлялся. В результате устройство работало сколь угодно долго. Первое коммерческое использование зарегистрировано в 1904 году. Лампа с отдачей 10 люменов на 1 Вт осветила магазин оборудования и приборов. Как писали очевидцы, несмотря на сложность и громоздкость (50 ярдов длиной) отдача того стоила. КПД новых газоразрядных ламп в 3 раза превышал аналогичные цифры для ламп накаливания.
Отличительной особенностью стало использование в лампах Мура паров азота и углекислого газа. В результате получался дневной свет. А пары азота давали мягкое свечение и низкую цветовую температуру. Появление на свет вольфрамовых нитей сделало невыгодным дальнейшее производство, компании поглощены (1912 год) Дженерал Электрик, а патенты скуплены. Но Мур не остался без работы, перейдя в лаборатории своего преемника в бесконечной эстафете. Позже изобрёл неоновую лампу.
Желающие узнать больше могут заглянуть в разделы про лампы ДРЛ и люминесцентные лампы.
В наш век повсеместной электрификации мы привыкли считать электрический разряд чем-то неправильным и где-то даже опасным. Поэтому в словах «газоразрядная лампа» многим видится некий парадокс.
Уже давно электричество перестало быть диковинкой. Нас оно окружает буквально со всех сторон. В стенах домов, квартир проложена проводка, по которой непрерывно течет электрический ток, даже если не включен телевизор и выключены все лампочки. Холодильник все равно все время тихо включается и сохраняет нам продукты, подпитываясь от сети. Так же и прочие приборы: светодиоды на выключателях – и те хоть чуть-чуть, но ток пропускают. А вот разряд в наших сетях – нечто неординарное. Если нечаянно замкнутся два провода в одной розетке, будет короткое замыкание, то есть разряд. А это авария и мгновенное отключение сети защитной автоматикой. Или если мы сами зарядились, просто от трения одежды, то, как только прикоснемся к чему-нибудь металлическому – будет разряд: несильно, но чувствительно уколет или даже тряхнет. Но обычно один раз. Ну, и заряженный конденсатор может ударить током, то есть через нас разрядиться.
Разновидностей разрядов достаточно много. Чаще всего нам встречается искровой разряд, как раз его-то мы и не любим. Хотя знаем, что в автомобиле он заставляет двигатель работать.
Слева направо: искровой, дуговой, коронный, тлеющий. Есть еще экзотические виды – частичный и таунсендовский (темный – здесь его нет).
Какие-то из них мы используем, какие-то только пытаемся поставить на службу, с какими-то боремся.
Но вот тлеющий разряд, быть может, и назван так «смягченно», чтобы сообщить: да, это разряд, но не такой уж и страшный. Действительно, он не бьет, как искра или молния, в доли секунды, чтобы сразу же и прекратиться. Он тлеет, то есть течет, как обыкновенный и привычный для нас всех электрический ток. И не просто течет, но и светит – это все электрические лампы, где светится газ, а не металлическая проволока. Именно газоразрядные лампы.
Самое интересное во всей этой истории то, что обнаружили свечение газа под действием разряда еще до того, как появились «настоящие» электрические приборы. То есть такие устройства, в которых бы гарантированно работала электрическая энергия.
Сначала свечение газа показывали как фокус. А в качестве источника энергии использовались не генераторы, не аккумуляторы, а электризация предметов путем различных ухищрений, что позволяло вызвать некоторый заряд на поверхности. Электризация известна была давно, просто ее старались как-то усилить, в соответствии со своим пониманием. Например, рукой крутили большой шар из серы, насаженный на металлический стержень, и получали в довольно большом количестве «электричество», которое заявляло о себе искрением или свечением газа. Были и другие опыты, которые принято было проводить со сцены для публики или в модных светских салонах для избранного общества. Изучали и демонстрировали «животный магнетизм», алхимические превращения, которые уходили корнями в «герменевтическую философию».
Соответственно, и сбор электроэнергии для целей демонстрации мог происходить не на промышленном каком-то оборудовании, а на вещах, скорее принадлежавших к разряду театральной бутафории.
Однако от таких опытов получилось благое дело: люди увидели не просто физическое – то есть не магическое – явление, а поняли, что в нем заключена определенная, доступная людям, сила, которую можно накопить и измерить.
И с тех пор дальнейшее изучение электричества пошло в направлении его приручения и широкого использования человечеству во благо.
Многие исследователи тех времен получали таинственное свечение. Например, Ломоносов обнаружил свечение в стеклянном сосуде газообразного водорода. И не все эти свечения являлись тем, что теперь называется «тлеющий разряд». Дело в том, что газ способен получать энергию разными путями, и потом эту энергию излучать в виде света определенной длины волн. Это может быть внешнее электрическое напряжение, приложенное к двум установленным в сосуде с газом электродам. При некоторой величине напряжения, а также при некоторой разреженности газа, поток электронов устремится от электрода с избыточностью электронов к электроду с их недостаточным количеством. И, «натыкаясь по дороге» на атомы газа, электроны их активируют, при этом и получается тлеющий разряд.
Но нечто подобное может происходить не только от потока бегущих электронов. А, например, непосредственно от воздействия внешнего магнитного поля. Будет тлеющий разряд, очень похожий на полярное сияние. Я сам такое видел на лампах дневного света, отключенных от сети питания, но на которые воздействовало магнитное поле от вращающихся магнитных барабанов. На старых компьютерах иногда встречались такие устройства, большие как шкаф. Вот в темноте около таких шкафов лампы дневного света и давали интересные световые разводы, похожие на Северное сияние.
Цвет свечения газоразрядных ламп не зависит от источника энергии. Газ состоит обычно из однородной массы простейших молекул в один-два атома (H2 – водород, Ar – аргон) и работает как один атомарный механизм. В нем электроны, получая энергию от внешнего источника, перескакивают на другой уровень – в «возбужденное» состояние, а потом возвращаются обратно, выбрасывая свою «возбудившую» их энергию в виде кванта света строго определенных длин волны. Так и получаются свечения одного цвета, монохромные. Или нескольких цветов, соответствующих энергетическим переходам электронов в электронных оболочках атомов газа. Таким образом можно получить лампы, светящиеся конкретными цветами, в отличие от солнца с его непрерывным спектром или пламени костра, свечи или света лампы накаливания.
Энергетические процессы при этом очень просты, поэтому и весьма эффективны, имеют высокий КПД. То есть лампа накаливания дает целый спектр, который получается от хаотического теплового движения молекул твердой вольфрамовой спирали. Молекулы раскаленного вольфрама мечутся как угорелые вокруг своих мест в кристаллической решетке и исступленно испускают во всех возможных направлениях кванты света всех мыслимых энергий и частот. В этом спектре есть видимый нам свет, и есть инфракрасное излучение, которого мы не видим. А есть еще просто конвекция – передача непосредственно молекулам газовой среды лампы энергии тепла. От этого нагревается стеклянный баллон, который, в свою очередь, нагревает воздух в помещении, цоколь, патрон, провода… Получается, что на свет от лампы накаливания идет энергии всего лишь 5–10 %. Тогда как газовый свет дает, по разным оценкам, от 25 до 40 %.
Газоразрядные лампы представляют собой стеклянный (из стекол особого состава) баллон, накачанный газом и с электродами, установленными внутри. Электрическое напряжение на него подается через цоколь. Газ внутри может быть под низким давлением или под высоким. По этому признаку и различаются газоразрядные лампы низкого давления, лампы высокого давления и лампы сверхвысокого давления. Остальные различия касаются, в основном, составов газовых сред внутри баллона и покрытия баллона. От этого зависят характеристики свечения ламп.
Еще одна важная конструктивная особенность ламп (газоразрядных в том числе) – конструкция и размер цоколя, от чего зависит конструкция патрона для лампы, а значит, и возможности установки таких ламп в светильниках.
А, б – низкого давления;
в, д – высокого давления;
г – сверхвысокого давления
а – натриевая, б – люминесцентная, в – ртутная, г – ксеноновая, д – натриевая
(с особым покрытием колбы – поликристаллическим оксидом алюминия)
Инертные газы, которыми наполняются лампы, способны светиться цветами собственного полосчатого спектра испускания. Получается цветное свечение, которое сразу же полюбилось рекламщикам, и они стали использовать его для изготовления эффектных красочных надписей. Разные инертные газы дают различную окраску свечения.
|
|
|
|
| Криптон | |
|
Для обычных же целей освещения обычно используются лампы, содержащие смесь газов или смесь газов и паров металлов – ртути или натрия в частности.
Газовый свет может содержать ультрафиолетовые компоненты, в этом случае можно:
Такие вещества называются люминофорами, а лампы – люминофорными или люминесцентными.
Разновидностью люминесцентных ламп являются и повсеместно используемые сейчас газосветные энергосберегающие лампы.
Энергосберегающие лампы выпускают разных оттенков цвета, но такого, чтобы человеческий глаз воспринимал его как можно более естественным. При этом варьируются оттенки цвета или световая температура: от более теплого до приближенного к белому дневному. Энергосберегающие лампы выпускаются градацией светимости примерно так же, как это делается с лампами накаливания, эта система сложилась годами. Маленькие лампы накаливания – 25 ватт (настольные), побольше – 60, 75 ватт (люстры, торшеры), 100–120 ватт (залы, большие помещения) и так далее. Аналогично выпускаются по светимостям и лампы энергосберегающие, хотя мощность потребления энергии у них снижена раза в 2–4 за счет того, что выше КПД. Еще одно следствие этого – то, что они почти не греются. И в этом тоже есть множество плюсов: не греются патроны, не плавятся пластиковые абажуры, и так далее
Другие лампы дают сильный направленный свет: например, ксеноновые используют в прожекторах и автомобильных фарах.
Есть лампы такого цвета, который не очень хорош для человеческих глаз, но действенен при освещении растений. Это натриевые лампы различной мощности. Они дают ярко-желтое свечение, от них хорошо вегетируют растения, поэтому их используют в теплицах.
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Классификация пускорегулирующих аппаратов - светотехнических изделий, с помощью которых осуществляется питание разрядной лампы от электрической сети. Стартерные и бесстартерные ПРА для люминесцентных ламп. Зажигающие устройства для ламп высокого давления.
курсовая работа , добавлен 02.05.2011
Спектральные характеристики излучения разных видов производимых ламп – источников света. Принцип действия, срок службы стандартных ламп накаливания, галогеновых, люминисцентных, разрядных ламп высокого давления, светодиодов. Оценка новых разработок.
реферат , добавлен 04.03.2012
Применение разрядных ламп в различных областях народного хозяйства. Технические данные некоторых трубчатых ксеноновых ламп. Перспективность дальнейшего совершенствования трубчатых ксеноновых ламп. Конструктивные особенности, виды режимов работы ламп.
презентация , добавлен 24.06.2012
Основные сведения о природе и свойствах ультрафиолетового излучения. Обозначение области применения УФ-света в медицине в лечебных, профилактических и бактерицидных целях. Рассмотрение источников излучения и принципа работы ртутно-кварцевой лампы.
методичка , добавлен 30.04.2014
Сущность и способы получения спектра, особенности его формы в изолированных атомах и разреженных газах. Принцип работы и назначение спектрографов, их структура и компоненты. Методика возбуждения излучения неоновой и ртутной ламп и лампы накаливания.
лабораторная работа , добавлен 26.10.2009
Типы источников излучения, принципы их классификации. Источники излучения симметричные и несимметричные, газоразрядные, тепловые, с различным спектральным распределением энергии, на основе явления люминесценции. Оптические квантовые генераторы (лазеры).
реферат , добавлен 19.11.2010
Технико-эксплуатационные характеристики металлогалогенной лампы. Срок службы, безопасность и особенности эксплуатации. Структура рынка металлогалогенных ламп в РФ. Основные организации, которые занимаются продажей металлогалогенных ламп в г. Саранске.
реферат , добавлен 27.12.2014
Лампы общего назначения, их принцип действия, конструкция. Преимущества и недостатки ламп накаливания. Декоративные и иллюминационные лампы. Ограничения импорта, закупок и производства ламп накаливания. Утилизация отработавших люминесцентных ламп.
