Оформление предметного стенда " Лампы свет "

Керосиновая лампа — бытовой источник освещения на основе сгорания керосина в воздухе. Устройство лампы весьма несложно. В металлическую емкость заливается керосин, в который опущен одним концом фитиль. Верхний конец фитиля можно регулировать по вертикали. Над горелкой устанавливается ламповое стекло в виде трубы переменного диаметра. Колба обеспечивает тягу, и защищает пламя от ветра.

П ервую керосиновую лампу описал багдадский поэт Ар-Рази еще в IX веке. Прообразом ее был масляный светильник, состоящий из емкости с маслом и плаваю- щим в ней хлопковом фитиле. Такой источник давал слабенький свет и нещадно коптил. Технология совершенствовалась по пути увеличения яркости, уменьшения копоти и повышения безопасности прибора. Современная керосиновая лампа сконструирована аптекарями Игнатием Лукасевичем и Яном Зехом в 1853 году во Львове.

Лампа плакала в углу,
За дровами на полу:
— Я голодная, я холодная!
Высыхает мой фитиль.
На стекле густая пыль.
Почему — я не пойму —
Не нужна я никому?
А бывало, зажигали
Ранним вечером меня.
В окна бабочки влетали
И кружились у огня.

Самуил Марш «Вчера и сегодня»

Чтобы пламя не давало копоти, стали использовать более чистое чем масло топливо – керосин. Чтобы пламя было более ярким, усовершенствовали тягу и стали использовать калильную сетку. Сетка раскаляется, нагреваясь от пламени, увеличивая яркость лампы. Яркость так же можно было регулировать, поднимая или опуская фитиль. Вскоре, новый вид осветительных приборов завоевывает всю Европу. Использование дешевого топлива-керосина в керосиновых лампах было гораздо более экономичным, чем использование свечей или масла, да и горели они ярче. В России они такие лампы появились уже в 1861 году, буквально через год вытеснив все остальные источники света.

Лампы накаливания: Принцип действия всех ламп накаливания похож. Электрический ток, проходя по нити накаливания, обычно свитой в спираль, чтобы увеличить длину нити, нагревает нить, изготовленную из тугоплавкого материала, чаще всего вольфрама, до очень высокой температуры (2500-3000°). При этом часть тепловой энергии преобразуется в световое излучение. Чтобы вольфрам не вступал в реакцию с атмосферным кислородом при столь высокой температуре, спираль помещается в колбу, которая на стадии изготовления вакуумируется ли заполняется инертным газом.

Устройство обычной лампы накаливания 1 - Вольфрамовая нить (спираль). 2 - Стеклянная колба. Для наполнения колбы используются инертные газы: азот, аргон, криптон, или их смеси. Вакуумные лампы делаются преимущественно небольших мощностей потому, что делать большую и толстую стеклянную колбу, выдерживающую перепад давлений между вакуумом и атмосферным давлением неэкономично. 3 - Электроды. На рисунке обозначены красным и синим цветом условно (для наглядности). Обычно эти цвета используются для обозначения типа проводов, синий - для нулевого провода, красный для фазного провода, однако при подключении проводов к патрону, в который будет вкручиваться лампа, соблюдать показанную на рисунке полярность не нужно. 4 - Цоколь (гильза), вкручиваемый в патрон. Лампы, используемые для освещения, как правило имеют цоколь с резьбой Эдисона. Обычно гильза изготавливается из ржавеющей стали, защищенной от воздействия окружающей среды хромированием или цинкованием. Чем дешевле лампа, тем тоньше защитный слой, а это приводит к тому что при высокой влажности гильза ржавеет и соответственно электрический контакт ухудшается или пропадает вовсе. 5 - Керамическая изоляция. Обеспечивает изоляцию между электрическими контактами, вынесенными на цоколь лампы.

Преимущества : - Низкая цена - Широкая доступность - Разнообразие дизайна обычных ламп накаливания достигается за счет изменения формы, размера, покрытия стеклянной колбы - Быстрое включение, загораются практически сразу

Недостатки: - Низкая надежность - ресурс работы таких ламп редко превышает тысячу часов. Основная причина выхода из строя обычных ламп накаливания - это перегорание нити - Низкая эффективность - в световое излучение преобразуется не более 5-10 % от потребленной электрической энергии, вся остальная электрическая энергия преобразуется в тепловую. Другими словами обычная лампа в первую очередь электронагреватель и только во вторую источник света. - Вред для здоровья - слепящая яркость обычных ламп накаливания отрицательно влияет на сетчатку глаза подобно электросварке и потому прямо смотреть на лампы накаливания не рекомендуется.

Галогенные (галогеновые) лампы

Устройство галогенных ламп накаливания: а - низковольтная капсульная, b - с отражателем для встраиваемых светильников, с - под патрон с резьбой Эдисона

1 - Вольфрамовая нить (спираль) 2 - Стеклянная колба 3 – Электроды 4 - Контактная группа 5 - Отражатель (рефлектор)

Принцип действия галогенные лампы похож на обычные лампы накаливания, нить накаливания также изготавливается из вольфрама. Но в инертном газе, наполняющем колбу, содержатся добавки галогенов йод, хлор, бром, фтор (отсюда и название "галогенные лампы"). Галогены в момент свечения вступают в реакцию с вольфрамом, нить накаливания частично восстанавливается и срок службы лампы продляется. Сейчас в галогеновых лампах все чаще используется бромистый метилен или бромистый метил.

Преимущества галогенных ламп накаливания:

• Высокая надежность – могут прослужить более 10 лет даже при активном режиме использования. Заявляемый производителями срок службы галогеновых ламп 5000-8000 часов.

• Компактность - стеклянные колбы галогенных ламп редко превышают объем 1-1.5 см³. Даже если галогенная лампа выполнена в виде обычной лампы накаливания (рис. с), то внутри большой колбы можно увидеть основную маленькую, очень похожую на консольную (рис. а), в которой и находится нить накаливания. Да и в галогенных лампах для врезных светильников (рис. b) большую часть лампы занимает рефлектор.

Недостатки:

• Искажение видимого спектра - в этих лампах происходит небольшое поглощение светового излучения в желто-зеленой части спектра, поэтому свет галогеновых ламп явно искусственный

• Низкая эффективность - в галогенных лампах в световую энергию преобразуется незначительная часть электрической энергии, остальная электрическая энергия превращается в тепловую

Газоразрядные лампы

Главное преимущество всех газоразрядных ламп по сравнению с лампами накаливания в их высокой эффективности. В световую энергию преобразуется до 30-40% электрической энергии. В газоразрядных лампах электрический ток течет через пары металла (ртути или натрия) или инертный газ (неон, аргон, криптон или ксенон). При обычном напряжении, температуре и давлении электрический ток через пары металла или газ конечно пройти не может, а происходит это только во время электрического разряда. Чтобы электрический разряд произошел (зажглась дуга), нужно увеличить разницу потенциалов или силу тока, или повысить температуру электродов или испарить металл или изменить давление внутри лампы или изменить расстояние между электродами или скомбинировать эти методы. Такая вариативность позволила создать множество видов газоразрядных ламп.

Обычные люминисцентные лампы (ГРЛНД).

Люминисцентные лампы называются так потому, что в них используется люминофор. Стеклянные трубки люминисцентных ламп заполняются инертным газом и небольшим количеством ртути. Таким образом люминисцентные лампы относятся к газоразрядным ртутным лампам низкого давления, отсюда и аббревиатура - ГРЛНД.

Устройство и подключение обычной люминисцентной лампы

1 - Вольфрамовая нить (спираль) электрода. Назначение электродов испускать электроны при нагреве. 2 - Стеклянная колба. Наполняется инертным газом, как правило аргоном под давлением 100-400 Па (0.001-0.004 атмосферы) и небольшим количеством ртути. 3 - Слой порошкообразного люминофора, который наносится на внутреннюю поверхность стеклянной трубки и преобразует ультрафиолетовый спектр электрического разряда в видимый спектр излучения. 4 - Диэлектрический цоколь 5 - Электрические контакты 6 - Дроссель 7 - Стартер (автоматический пусковой выключатель) 8 - выключатель

Принцип действия люминисцентной лампы 1. Разогрев лампы Когда электрическая цепь замыкается, ток проходит через дроссель, стартер и электроды. Стартер представляет собой небольшую газоразрядную лампу и конденсатор и при замыкании электрической цепи между электродами стартера возникает тлеющий разряд, при этом электроды стартера (неоновой лампы) нагреваются. Один или оба электрода стартера изготавливаются из биметаллических пластин, меняющих свою форму при изменении температуры. При нагреве до определенной температуры электроды замыкаются и начинают остывать, так как ток уже течет через замкнутые электроды стартера. Все это время вольфрамовые нити (1) электродов люминисцентной лампы при прохождении электрического тока нагреваются и начинают испускать электроны. Инертный газ внутри стеклянной колбы также нагревается и ртуть, содержащаяся в лампе, испаряется. 2. Срабатывание стартера Когда биметаллическая пластина-электрод стартера остывает и возвращается в исходное положение, электрическая цепь между электродами стартера размыкается и тут включается дроссель. 3. Создание дуги Для создания электрической дуги обычного напряжения в 220 Вольт не достаточно. Чтобы дуга зажглась, необходимо создать разницу потенциалов в несколько тысяч вольт. Для этого используется дроссель (6) - проволочная катушка, намотанная на сердечник. При включении выключателя электрический ток проходит через дроссель, при этом вокруг дросселя генерируется магнитное поле. Когда стартер (7) размыкает цепь, в катушке наводится мгновенное высокое напряжение. При этом всплеске напряжения возникает электрическая дуга между электродами и лампа начинает светиться. Конденсатор, подключенный параллельно лампе стартера, продляет время всплеска, и предотвращает возникновение дуги между электродами стартера. После зажигания дуги сопротивление лампы быстро падает и соответственно сила тока, проходящего через лампу начинает быстро возрастать. Чтобы лампа не перегорела, опять же используется дроссель. Обладая определенным сопротивлением, дроссель регулирует силу тока, проходящего через лампу и в данном случае выступает в роли балласта. Если дуга не зажглась, а это может происходить по разным причинам, то между электродами стартера опять возникает тлеющий разряд и процесс включения повторяется. После того, как зажглась дуга, необходимости в подогреве электродов нет, они могут спокойно остывать. Пока цепь будет замкнутой посредством дуги, лампа будет работать. Таким образом стартер, размыкая электрическую цепь нагрева электродов, значительно увеличивает ресурс работы люминисцентных ламп. 4. Основной режим работы – свечение После возникновения дуги электрический ток течет уже между электродами и лампа начинает работать в основном режиме. Электроны, перелетая от одного электрода к другому на высокой скорости сталкиваются с атомами ртути и выбивают электроны этих атомов на более высокую орбиту (или следующую энергетическую ступень). Когда электроны атомов ртути возвращаются на прежнюю орбиту, выделяется энергия в виде ультрафиолетового излучения. Ультрафиолетовое излучение, проходя через люминофор, возбуждает свечение люминофора в видимом спектре.
Преимущества :

• Простота конструкции 

• Низкая стоимость 

• Относительно высокая надежность. Люминисцентные лампы подключенные с использованием электромагнитного балласта могут гореть многие годы. Срок службы люминисцентных ламп с использованием электромагнитного балласта 6000-12000 часов.Чем реже лампа будет включаться-выключаться, тем дольше она прослужит

Недостатки :

• Долгое включение - 1-5 сек в зависимости от напряжения в сети, температуры окружающей среды и степени износа лампы.

• Низкочастотное гудение дросселя (около 100 Гц). Чем старее дроссель, тем гудение громче.

• Возможное мерцание лампы.

• Большие размеры и вес дросселя, что непосредственно влияет на размеры светильника

• Уменьшение яркости при снижении температуры окружающей среды из-за уменьшения давления газа в стеклянной колбе (актуально для наружных осветительных приборов). При отрицательной температуре люминисцентную лампу с электромагнитным балластом вообще не включишь.

Общий недостаток : всех люминисцентных ламп - наличие в лампах паров ртути, поэтому утилизация люминисцентных ламп - очень важная задача. Выбрасывать люминисцентные лампы в обычный мусорник для бытовых отходов ни в коем случае нельзя

КСЕНОНОВЫЕ лампы

В последние годы получают все более широкое рас­пространение газоразрядные лампы сверхвысокого дав­ления, в которых используются не пары металлов, а тя­желые газы, в частности ксенон. Применение ксенона вносит существенные изменения в характеристики этих ламп. Период разгорания в ксеноновых лампах практи­чески отсутствует, так как плотность газа в лампе не зависит от температуры колбы. Поэтому сразу же после зажигания в лампе разряда она начинает работать в но­минальном режиме. Это удобно с точки зрения эксплуа­тации. Разряд в ксеноне имеет хорошие спектральные характеристики излучения, близкие к спектру солнеч­ного света. В связи с этим ксеноновые лампы имеют хо­рошую цветопередачу.

Схема подключения ксеноновой лампы.

Ртутные лампы высокого давления (РЛВД)

Ртутные лампы высокого давления используются в основном для наружного освещения. Вариантов ртутных ламп также не мало: двухэлектродные лампы, затем четырехэлектродные, трехэлектродные.

У стройство ртутной лампы высокого давления.

1 - Разрядная колба (горелка), наполненная инертным газом аргоном и небольшим количеством ртути. Давление газа может достигать 100 КПа (1 атмосфера). Горелки изготавливаются из кварца или керамики. 

2 - Основной электрод (катод).

3 - Зажигающий электрод (анод).

4 - Сопротивление для ограничения силы тока, проходящего через лампу.

5 - Стеклянная колба. На поверхность колбы с внутренней стороны может наноситься люминофор.

6 - Цоколь с резьбой Эдисона.

При включении лампы в электрическую сеть между основными и зажигающими электродами, расположенными на близком расстоянии возникает тлеющий разряд. При этом электроды нагреваются, ртуть начинает испаряться. Так как расстояние между основными электродами намного больше, то сразу зажигания дуги между основными электродами, расположенными в противоположных концах разрядной колбы, не происходит. При разогреве электродов количество излучаемых электронов и положительных ионов увеличивается до тех пор, пока не происходит пробой изоляции инертного газа. При этом возникает тлеющий разряд между основными электродами который очень быстро переходит в дуговой разряд. Для ограничения силы тока, проходящего через лампу используются сопротивления (4), в двухэлектродных лампах используется дополнительно электромагнитный балласт. Разогрев ртутных ламп происходит достаточно долго - в течение 10 — 15 минут после включения. И чем холоднее на улице, тем время включения будет дольше. Лучше всего ртутные лампы работают в горизонтальном положении.

Дуга в разрядной колбе генерирует мощное ультрафиолетовое излучение, а также видимое излучение фиолетового или голубого цвета. Если на внутреннюю поверхность стеклянной колбы нанесен люминофор, то ультрафиолетовое излучение преобразуется в видимый спектр. Ртутные лампы без люминофора часто используются в лечебных целях, так как ультрафиолетовое излучение убивает микробов и часто их называют просто кварцевыми или ртутно-кварцевыми.

Неоновые лампы

Неоновые лампы используются в основном для рекламы, иногда в качестве дополнительного освещения, поэтому сильно углубляться в устройство неоновых ламп не будем. Неоновые лампы наполняются неоном, откуда и получили свое название. Чистый неон светится оранжевым цветом, добавки к неону других газов позволяют получить зеленые, красные, синие и белые оттенки. В стеклянные трубки неоновых ламп вставляются электроды, чем больше длина неоновой лампы, тем большим будет напряжение, при котором между электродами возникнет разряд, поэтому для неоновых ламп часто требуются повышающие трансформаторы. Для изготовления неоновых ламп практически любой формы никакого особенно дорогостоящего оборудования не требуется, поэтому даже в относительно небольших городах есть фирмы, занимающиеся изготовлением неоновых ламп и, в частости неоновой рекламы, самостоятельно, поэтому говорить о сроке службы неоновых ламп не приходится, он может быть разный.

Натриевые лампы

Натриевые лампы являются самыми эффективными источниками света. Если для так называемых экономных или энергосберегающих ламп световая отдача составляет 80-120 Люмен на Ватт потребленной электроэнергии, то для натриевых ламп этот показатель составляет 140-160 Лм/Вт. Натриевые лампы бывают низкого давления (НЛНД) и высокого давления (НЛВЛ). В натриевых лампах низкого давления электрический разряд происходит в парах натрия, в горелки ламп высокого давления добавляют ртуть и ксенон. Как и ртутные лампы высокого давления, натриевые лампы используются в основном для наружного освещения, и не только из-за длительности выхода на полную световую мощность (10-15 минут), а и из-за смещения цветового спектра в сторону желтого цвета. Срок службы натриевых ламп может достигать 25000 часов.

Металлогалогенные лампы (МГЛ)

Металлогалогенные лампы высокого давления отличаются от ртутных газоразрядных ламп тем, что в разрядную колбу помимо инертного газа и ртути добавляются галогениды некоторых металлов, что позволяет корректировать спектр излучения. Световая отдача достигает 140-150 Лм/Вт. Время выхода на полную световую мощность 3-10 минут в зависимости от мощности лампы. Все остальные отличия в маркировке. Возможность создания различных цветовых оттенков позволяет применять металлогалогенные лампы как для внутреннего освещения, так и для наружного.

Начиная с 90 годов прошлого века большое распространение получили ртутно-ксеноновые лампы, больше известные автомобилистам как ксеноновые лампы. Тем не менее эти газоразрядные лампы скорее нужно отнести к металлогалогенным лампам, а не рассматривать их как отдельный вид. Ксеноновые лампы с короткой дугой используются в основном в разного рода проекторах.

Светодиодные лампы На сегодняшний день светодиодные лампы являются самыми перспективными в плане экономии электроэнергии из-за максимально высокого КПД. Световая отдача светодиодных ламп достигает 100-200 Лм/Вт, в зависимости от мощности светодиодов и работы по увеличению светоотдачи ведутся постоянно. Светодиоды являются одним из видов полупроводниковых диодов, работающих по принципу использования p-n перехода.

Устройство светодиода лампового типа

1 - Кристалл полупроводника, в котором осуществляется p-n переход. 2 - Пластмассовая колба, защищающая кристалл и одновременно служащая линзой. От формы линзы зависит угол рассеивания излучаемого света 3 - Соединительный провод. 4 - Встроенный отражатель (рефлектор). Лампы, в которых используются светодиоды, могут оборудоваться дополнительными отражателями 5 - Анод. 6 - Катод.

При прохождении электрического тока через p-n переход выделяется энергия. Меняя параметры p-n перехода можно изменять силу выделяющейся энергии фотонов видимого спектра, минимизировать выделение тепла, варьировать цветовую гамму. Светодиоды являются твердотельными, они не требуют газовых или вакуумных колб, потому малогабаритные, могут работать при малых напряжениях. Мощность светодиодов может составлять от 0.1 до 100 Вт. Заменяя обычную лампу накаливания , используют несколько штук или несколько десятков светодиодов малой мощности. Сверхмощные светодиоды, способные 1:1 заменить обычную лампу, очень дорогие.

Преимущества светодиодных ламп:

• Высокая эффективность. В световую энергию преобразуется до 50-80% электрической энергии

• Большое разнообразие.

• Высокая надежность - срок службы светодиодных ламп 50000-100000 часов.

• Безопасность для здоровья - в спектре излучения светодиодных ламп нет инфракрасного и ультрафиолетового излучения. Кроме того в составе ламп нет потенциально опасных для здоровья материалов - никакой ртути, галогенов и др.

Недостатки:

• Высокая цена. Цена зависит от мощности и от производителя. Если мощность лампы умножить на 2 то это и будет приблизительная цена лампы в долларах.

• Потускнение. При перегреве полупроводникового кристала диод потускнеет намного раньше, чем предполагалось, поэтому качественное теплоотведение в светодиодных лампах - очень важная задача.

Да

будет

свет!!!Бб