Электрические источники света
Электрическими источниками света служат лампы накаливания, люминесцентные лампы низкого давления и ртутные лампы высокого давления.
Наиболее распространены электрические лампы накаливания. Принцип их действия основан на преобразовании электрической энергии, проходящей через ее нить, в энергию видимых излучений, воздействующих на органы зрения человека и создающих у него ощущение света, близкого к белому.
Этот процесс происходит при нагреве нити лампы до 2600—2700°С. Нить лампы не перегорает, так как температура плавления вольфрама, из которого сделана нить, значительно выше (3200—3400°С) температуры накала нити, а также вследствие того, что из колбы лампы удален воздух либо колба заполнена инертными газами (смесью азота, аргона, ксенона), в среде которых металл не окисляется.
Срок службы ламп накаливания колеблется в широких пределах, поскольку зависит от условий работы, в том числе от стабильности номинального напряжения, наличия или отсутствия механических воздействий на лампу (сотрясения, вибрации), температуры окружающей среды и др. Средний срок службы ламп накаливания общего назначения составляет 1000—1200 ч.
При продолжительной работе лампы накаливания ее нить под
воздействием высокой температуры нагрева постепенно испаряется, уменьшается в диаметре и, наконец, перегорает.
Чем выше температура нагрева нити накала, тем больше света излучает лампа, но при этом интенсивнее протекает процесс испарения нити и сокращается срок службы лампы. В связи с этим для ламп накаливания устанавливается такая температура накала нити, при которой обеспечиваются необходимая светоотдача лампы и определенная продолжительность ее службы.
Вакуумными называют лампы накаливания, из внутреннего объема (колбы) которых удален воздух.
Лампы с колбами, заполненными инертными газами, называют газополными.
Газополные лампы при равных условиях имеют большую светоотдачу, чем вакуумные, так как газ, находящийся в колбе под давлением, препятствует испарению нити накала, что позволяет повысить ее рабочую температуру.
Недостатком газополных ламп является некоторая дополнительная потеря в них тепла нити накала через конвекцию газа, заполняющего внутреннюю полость колбы.
С целью снижения тепловых потерь газополные лампы заполняют газами с низкой теплопроводностью. Другое направление сокращения тепловых потерь — это уменьшение размеров и изменение конструкции нити накала: ее выполняют в виде плотной винтообразной моноспирали или двойной спирали (биспирали).
Недостаток ламп накаливания — низкая светоотдача: только 2—4 % потребляемой ими электрической энергии превращается в энергию видимых излучений, воспринимаемых глазом человека; остальная часть энергии переходит преимущественно в тепло, излучаемое лампой.
Широкое применение в осветительных электроустановках предприятий, учреждений, учебных и лечебных заведений получили люминесцентные лампы, которые представляет собой герметически закрытую стеклянную трубку,
внутренняя поверхность которой покрыта тонким слоем люминофора. Люминофорами называются химические вещества, в которых под действием внешних факторов (электрического разряда и др.) возникает свечение, или люминесценция. Из трубки удаляется воздух и вводится небольшое количество газа (аргона) и определенное количество ртути. Внутри трубки в ее стеклянных ножках укреплены биспиральные электроды из вольфрама, соединенные с двухштырьковыми цоколями, служащими для присоединения лампы к электрической сети. При подаче к лампе напряжения между ее электродами в парах ртути возникает электрический разряд, и лампа начинает излучать свет. Чтобы обеспечить более интенсивное излучение электронов, электроды люминесцентных ламп покрывают активирующими веществами (оксидами стронция, бария или кальция).
Световой поток, излучаемый люминесцентными лампами, не одинаков по цвету. В зависимости от цветности излучаемого лампой светового потока различают:
- лампы дневного света (ЛД);
- белого света (ЛБ);
- холодно-белого света (ЛХБ);
- тепло-белого света (ЛТБ) и др.
При выполнении работы, требующей точного определения цветовых оттенков, например в типографии при изготовлении цветных репродукций, в художественной мастерской, на текстильном или швейном предприятии и т.д., применяют лампы ЛД, предназначенные для правильной цветопередачи.
Люминесцентные лампы низкого давления являются газоразрядными электрическими источниками света.
Люминесцентные.лампы низкого давления изготовляют на напряжение 127 В мощностью 15 и 20 Вт; на напряжение 220 В мощностью 30, 40, 80 и 125 Вт. Срок службы и нормальной работы люминесцентных ламп — около 5000 ч при условии нечастых включений, стабильности номинального напряжения и
обеспечения оптимальной окружающей температуры (15—25°С).
Широкое применение в современных осветительных электроустановках промышленных предприятий находят дуговые ртутные лампы (ДРЛ) высокого давления. Эти лампы выпускаются с двумя и четырьмя электродами.
Четырехэлектродная ДРЛ состоит из резьбового цоколя, колбы (баллона) и кварцевой горелки. Внутри горелки находится определенное количество ртути и газ аргон. В концы горелки впаяны активированные основные и дополнительные электроды из вольфрама, а внутренняя поверхность колбы покрыта тонким слоем люминофора.
При подаче напряжения к электродам лампы в парах ртути высокого давления происходит электрический разряд, сопровождаемый интенсивным излучением света, в спектре которого отсутствуют оранжево-красные лучи, что делает лампу непригодной для освещения, поэтому состав люминофора, покрывающего внутреннюю поверхность колбы, подобран так, что под воздействием ультрафиолетовых лучей спектра он излучает оранжево-красный свет, который, смешиваясь с основным световым потоком лампы, образует свет, воспринимаемый человеческим глазом как белый с легким зеленоватым оттенком.
Четырехэлектродные ДРЛ отличаются от двухэлектродных наличием двух дополнительных электродов, подключенных к основным электродам через добавочные сопротивления. Это облегчает зажигание лампы: при подаче напряжения к лампе между основным и ближайшим дополнительным электродами возникает тлеющий разряд, под действием которого пары ртути ионизируются, способствуя разряду между основными электродами. ДРЛ с цоколем диаметром 40 мм выпускают мощностью 250—1000 Вт.
Значительно экономичнее ламп накаливания газоразрядные источники света (люминесцентные лампы и ДРЛ) — их светоотдача и срок службы в несколько раз превосходят светоотдачу и срок службы ламп накаливания.
Для создания современного экономичного освещения в жилых домах и
квартирах, офисных, производственных и других типах помещений, а также для подсветки архитектурных объектов различного назначения предназначены энергосберегающие и светодиодные лампы, светильники и прожекторы.
Светильники для энергосберегающих и светодиодных ламп разделяются по типу конструкции на следующие типы.
Встраиваемые – светильники, которые могут крепиться к поверхности натяжных и подвесных потолков, устанавливаться в нишах шкафов-купе, гардеробных, на карнизах кухонь.
Накладные – светильники, которые устанавливаются на поверхность натяжного потолка, стен или предметов. При этом весь корпус устройства остается на поверхности.
Поворотные – к данной группе товаров относятся светильники, устанавливаемые на кронштейнах, и модели встроенного типа. В устройствах предусмотрена возможность регулирования направления светового потока.
Лампы классифицируются следующим образом:
1. традиционные лампы накаливания - в качестве источника света здесь используется спираль из сплава на основе вольфрама. Средний срок службы таких ламп – до 1000 часов;
2. люминесцентные лампы – устройства, где в качестве источника света используется люминофор. Средний срок службы энергосберегающей лампы люминесцентного типа до 10 раз дольше, а светоотдача в несколько раз (в зависимости от модели) превышает аналогичные показатели традиционных ламп накаливания;
3. светодиодные лампы – устройства данного типа работают на основе полупроводников, непосредственно преобразующих электрическую энергию в свет. Светодиодная лампа излучает свет в узкой части спектра, благодаря чему практически отсутствуют энергопотери и не происходит выделение тепла наружу. Светодиодные энергосберегающие лампы используют для установки на всех типах поверхностей, т.к. устройства не могут привести к перегреву и порче
натяжных потолков, деревянной основы и т.д.;
4. специальные:
- рефлекторы – люминесцентные лампы, заключенные в колбу с зеркальными отражающими стенками, что позволяет создавать направленное освещение;
- цветные – люминесцентные или светодиодные лампы, применяемые для декоративного оформления помещений;
-для диммера – данный тип ламп подходит для работы с устройствами плавного старта (диммерами, вариаторами и пр.), позволяющими регулировать яркость освещения;
- для прожекторов – лампы, устанавливаемые в концентрирующую оптику для создания мощного направленного освещения;
- лампы-рули – устанавливаются в потолочные светильники с одним патроном. Дают возможность установить в стандартный патрон Е27 лампу мощностью до 54 ватт (эквивалент лампы накаливания около 300 ватт);
- прожекторы.