§ 43. Люминесцентные лампы
Благодаря простым правилам эксплуатации и низкой стоимости лампы накаливания находят весьма широкое применение в бытовых осветительных приборах. Однако они начинают постепенно вытесняться люминесцентными лампами и светильниками на их основе. Это объясняется тем, что люминесцентные лампы создают сравнительно большой световой поток при относительно малом потреблении электрической энергии. Люминесцентная лампа представляет собой стеклянную трубку, из которой удалён воздух (рис. 87).
Внутренняя поверхность трубки покрыта люминофором — веществом, которое начинает светиться при облучении ультрафиолетовым светом. Трубку лампы заполняют небольшим количеством инертного газа, например аргона, и вводят капельку ртути. У каждого конца трубки смонтированы нити накала, которые являются одновременно электродами лампы. Нити накала при нагреве испускают электроны, нагревая аргон и ртуть. Под действием тепла капелька ртути испаряется и переходит в газообразное состояние. Ультрафиолетовое свечение паров ртути, имеющее слегка фиолетовый оттенок, возникает при электрическом пробое паров ртути.
Рис. 87. Конструкция люминесцентной лампы: а — вид в разрезе, б — конструкция; 1 — стеклянная трубка, 2 — нити накала, 3 — капля ртути, 4 — покрытие из люминофора, 5 — пластмассовый цоколь
Процесс пробоя паров ртути прохож на пробой воздуха при грозе, когда между заряженным облаком и землёй проскакивает поток электрических зарядов в виде молнии. В природе этот процесс кратковременен. В лампе же он поддерживается постоянно за счёт источника энергопитания и дросселя (Др) — катушки с железным сердечником. Дроссель служит как для ограничения силы тока в лампе, так и для создания дополнительного кратковременного напряжения, достаточного для эффекта пробоя. Когда ультрафиолетовое излучение падает на люминофорное покрытие, последнее начинает светиться ярким дневным светом.
Включение и выключение нитей накала в люминесцентной лампе происходит автоматически, с помощью специального пускового выключателя — стартёра. В случае отсутствия стартёра его можно заменить кнопкой или обычным выключателем (рис. 88).
Рис. 88. Схема включения люминесцентной лампы
Люминесцентные лампы работают 12 000 часов при коэффициенте полезного действия в несколько раз большем, чем у ламп накаливания. Однако люминесцентные лампы имеют более сложную систему запуска (включения).
Кроме того, с люминесцентной лампой следует обращаться с большой осторожностью, так как ртуть является опасным для жизни людей веществом. После выхода из строя люминесцентные лампы нельзя выбрасывать. Категорически запрещается разбивать трубку. Их следует утилизировать для удаления ртути на специальных пунктах утилизации.
Указанные трудности ограничивают использование люминесцентных ламп в быту, так как для их обслуживания требуется определённая квалификация. Тем не менее в последнее время отечественные и зарубежные производители стали выпускать декоративные светильники с люминесцентными лампами. Для упрощения эксплуатации в быту все дополнительные компоненты к светильнику смонтированы в едином герметизированном корпусе и не подлежат ремонту в бытовых условиях. Светильник подключается к электрической сети с помощью вилки и включается выключателем, вмонтированным в корпус, что вызывает некоторые трудности при установке светильника на большой высоте.
Неоновые лампы
Трубка неоновой лампы заполняется неоном в смеси с другими газами для получения свечения разного цвета. Чистый неон светится оранжевым цветом; добавляя к нему другие газы, можно получить синее, зелёное, красное и белое свечение. Чтобы возникло свечение, к трубке с помощью электродов от источника переменного тока подаётся высоковольтное напряжение, которое вызывает пробой в газе. Чем длиннее трубка, тем большее напряжение требуется для её зажигания. Однако небольшие неоновые лампы, используемые в устройствах индикации, например сигнальная лампочка утюга, работают от напряжения всего лишь в 110 В. Для питания неоновых рекламных надписей требуется напряжение в несколько десятков киловольт. Такое высокое напряжение для питания неоновых ламп получают с помощью повышающих трансформаторов. Схема включения неоновой лампы приведена на рисунке 89.
Рис. 89. Схема включения неоновой лампы: 1 — первичная обмотка, 2 — трансформатор, 3 — вторичная обмотка, 4 — электроды, 5 — газонаполненная трубка
Проверяем свои знания
- На какие мощности рассчитаны стандартные газонаполненные и вакуумные лампы накаливания?
- Чем отличается лампа накаливания от дуговой лампы?
- Почему дуговые лампы не находят применения в быту?
- Почему люминесцентные лампы чаще используются в общественных местах и относительно редко в домашних условиях?
- Почему в быту чаще используются лампы накаливания?
- Какой максимальный КПД имеют лампы накаливания?
- Каков средний срок службы лампы накаливания?
- Что является причиной разрыва спирали в лампах накаливания?
- Как расходуется электроэнергия в лампе накаливания?
- Для каких целей помимо освещения можно использовать лампы накаливания?
- Кто изобрёл лампу накаливания и дуговую лампу?
- Кто и как усовершенствовал лампу накаливания?
- Почему спираль лампы накаливания изготовляют из вольфрама?
- Каково назначение стартёра люминесцентной лампы?
- Почему вышедшую из строя люминесцентную лампу следует утилизировать?
- Перечислите достоинства и недостатки люминесцентных ламп и ламп накаливания.
- Каким образом изменяется цвет свечения неоновых ламп?
- Где используются неоновые лампы?
Практическая работа № 34
Задание. Провести энергетический аудит школы.
- Исследуйте разные помещения школы. Оцените использование электроэнергии по потреблению света или тепла.
- Выясните, существуют ли санитарные государственные нормы освещённости в школах и сравните их с условиями в вашей школе, классе, мастерской.
- Выясните у завхоза школы, учителей:
- Какие лампы применяются в разных помещениях?
- Энергетическую эффективность типов используемых ламп.
- Как часто остаётся невыключенным ненужное освещение в классах и подсобных помещениях?
- Как часто меняются перегоревшие лампы?
- В каких помещениях лампочки перегорают чаще всего? Почему?
- Отыщите другие используемые в школе электронагревательные приборы, например электрические камины, обогреватели. Определите их мощность и продолжительность ежедневной работы.
- Оцените состояние дверей и окон: есть ли сквозняки, установлены ли двойные рамы?
- Свои исследования оформите в письменном виде в качестве доклада. Он должен включать конкретные данные, подтверждающие ваши выводы, и рекомендации. Ознакомьте с ними своих товарищей и учителей.
- Аналогичную работу проделайте дома. Результаты представьте в виде письменного отчёта с рекомендациями по экономии электроэнергии в быту. Поделитесь вашими выводами с членами семьи, соседями.
- Возьмите лампу накаливания и ознакомьтесь с её электрическими параметрами; исходя из этих параметров вычислите сопротивление нити накала, а затем измерьте его с помощью электроизмерительного прибора. Объясните, почему измеренное вами сопротивление нити накала довольно значительно отличается от рассчитанного его значения.
Это интересно
Первую электрическую лампу накаливания изобрёл в 1872 году русский инженер Александр Николаевич Лодыгин. В его лампочке электрический ток проходил по угольной нити, которая не выдерживала высокой температуры накала и взрывалась. Никак не удавалось подобрать металл, тоненькая нить которого, накаляясь, не плавилась бы. Пробовались самые редкие и самые стойкие металлы. И лишь после 20 лет поисков решил эту задачу опять-таки А.Н. Лодыгин. Нужным материалом оказался вольфрам. Теперь во всём мире из него делают нити накала для электроламп.
Источник
Презентация «Современные осветительные приборы»
Просмотр содержимого документа
«Презентация «Современные осветительные приборы»»
Современные виды электроосветительных приборов
- Первая лампа накаливания, нашедшая практическое применение, была изобретена в 1872 году русским электротехником Л.Н. Лодыгиным.
- Изобретателем дуговой лампы был русский ученый П.Н. Яблочков.
- Современная лампа накаливания имеет стеклянный баллон, к которому крепится металлический цоколь с винтовой нарезкой.
- Для увеличения срока службы лампы воздух из стеклянной колбы удаляется (вакуумные лампы) или заполняют колбу инертным газом (газонаполненные лампы)
- Срок службы лампы накаливания составляет в среднем 1000 часов непрерывной работы или один год работы в домашних условиях
1 — цоколь, 2 — контакт, 3 — стеклянная колба, 4 — нить накала, 5 — газ (аргон, криптон), 6 — предохранитель
- Промышленность выпускает лампы накаливания разных форм и размеров. Мощность ламп накаливания в бытовых осветительных устройствах колеблется в пределах 15-300 Вт.На колбе и цоколе электрической лампы есть надписи, информирующие о значении рабочего напряжения лампы и ее мощности в ваттах.
- Большая часть электрической энергии (до 95%) в лампе накаливания превращается в невидимое инфракрасное излучение, т.е. в тепло. В некоторых случаях это позволяет использовать лампу накаливания в качестве источника тепла.
- Известно, что при нагревании металлов до 530 °С они начинают излучать особый розовый свет. При 700 °С свет становится темно-красным, а при 1500 °С – ослепительно белым, что и используется в электрической лампе накаливания.
- При длительном сроке эксплуатации лампы ее нить накала утончается за счет испарения вольфрама. Процесс разрушения нити накала заканчивается ее разрывом. Перед тем как окончательно потухнуть, свет сначала меркнет, потом ярко вспыхивает, а иногда стеклянный баллон даже взрывается.
- Для защиты от пожаро- и травмоопасного явления в отечественных лампах мощностью 60 Вт и выше в одном из медных выводов лампы устанавливается плавкий предохранитель. Он представляет собой участок вывода, выполненный из легкоплавкого металла, который при повышении температуры от разряда электрической дуги успевает расплавиться раньше, чем вольфрамовая нить, окончательно разрывает цепь и в конечном счете предотвращает взрыв стеклянного баллона.
- Импортные лампы, лишенные этой защиты, имеют дополнительную маркировку, указывающую, в каком положении должна использоваться лампа: баллоном вверх или вбок, но не вниз (в этом случае стекло баллона наиболее уязвимо).
- Разновидностью лампы накаливания является галогенная лампа. Данные лампы лишены упомянутых недостатков обычных ламп благодаря тому, что к находящемуся внутри инертному газу добавлено немного галогена, например йода. Благодаря химической реакции между галогеном и вольфрамом нить восстанавливается. Таким образом, нить служит дольше и внутренняя поверхность лампы остается прозрачной. Галогенная лампа делается из жаропрочного кварца, что позволяет нагреть нить до более высокой температуры. Поэтому лампа дает более яркий свет.
- Все работы, связанные с уходом за светильником, в целях безопасности следует проводить при выключенном напряжении и охлаждении лампы накаливания до комнатной температуры.
Люминесцентное и неоновое освещение
- Люминесцентные лампы. Благодаря простым правилам эксплуатации и низкой стоимости лампы накаливания находят весьма широкое применение в бытовых осветительных приборах. Однако они се больше вытесняются люминесцентными лампами и светильниками на их основе. Это объясняется тем, что люминесцентные лампы создают сравнительно большой световой поток при относительно малом потреблении электрической энергии.
- Заслуга разработки люминесцентного освещения принадлежит русскому академику С. И. Вавилову и его ученикам.
а — вид в разрезе, б — конструкция;
1 — стеклянная трубка, 2 — нити накала, 3 — капля ртути,
4 — покрытие из люминофора, 5 — пластмассовый цоколь
Люминесцентные лампы работают 12 000 часов при коэффициенте полезного действия в несколько раз большем, чем у ламп накаливания. Эти лампы еще называют энергосберегающими за то, что они потребляют электроэнергии приблизительно в 5 раз меньше, чем лампы накаливания и служат в 10 раз дольше.
- Люминесцентная лампа представляет собой стеклянную трубку, из которой удален воздух. Внутренняя поверхность трубки покрыта люминофором – веществом, которое начинает светиться при облучении ультрафиолетовым светом. Трубку лампы заполняют небольшим количеством инертного газа, например аргона, и вводят капельку ртути. У каждого конца трубки смонтированы нити накала, которые являются одновременно электродами лампы. Нити накала при нагреве испускают электроны, нагревая аргон и ртуть. Под действием тепла капелька ртути испаряется и переходит в газообразное состояние. Когда ультрафиолетовое излучение падает на люминофорное покрытие, последнее начинает светиться ярким дневным светом.
- Кроме того, с люминесцентной лампой следует обращаться с большей осторожностью, так как ртуть является опасным для жизни людей веществом. После выхода из строя люминесцентные лампы нельзя выбрасывать. Категорически запрещается разбивать трубку. Отработанные лампы следует сдавать в специальные пункты утилизации.
- Трубка неоновой лампы заполняется неоном в смеси с другими газами для получения свечения разного цвета. Чистый неон светится оранжевым цветом; добавляя к нему другие газы, можно получить синее, зеленое, красное и белое свечение. Чтобы возникло свечение, к трубке с помощью электродов от источника переменного тока подается высокое напряжение, которое вызывает газовый разряд.
- Небольшие неоновые лампы используются в устройствах индикации (сигнальная лампочка утюга).
- Для питания неоновых рекламных надписей требуется напряжение в несколько десятков киловольт.
Светодиодные источники света
- Современные светодиоды имеют сложную структуру, состоящую из слоев разных полупроводниковых материалов. Впервые в мире такие структуры создал выдающийся российский физик Ж.И. Алфёров в 60-е гг. прошлого века, за что в 2000 г. ему была вручена Нобелевская премия.
- В светодиоде, в отличие от лампы накаливания или люминесцентной лампы, электрический ток преобразуется непосредственно в световое излучение, причем с минимальными потерями. Светодиод – низковольтный электроприбор, он мало нагревается, что делает его более безопасным. Чем другие источники света. Светодиод механически прочен и исключительно надежен, его срок службы может достигать 100 тысяч часов, что почти в 100 раз больше, чем у лампы накаливания, и в 5-10 раз больше, чем у люминесцентной лампы.
- В настоящее время светодиоды используются в автомобилях для подсветки экранов электронных устройств, в дизайнерском оформлении интерьеров и изделий, в качестве индикаторов в различной аппаратуре, бытовой технике и т.д.
Источник