stringtranslate.com

Газоразрядная лампа

Бактерицидные лампы представляют собой простые ртутные разрядники низкого давления в колбе из плавленого кварца.

Газоразрядные лампы — это семейство искусственных источников света, которые генерируют свет путем пропускания электрического разряда через ионизированный газ — плазму .

Обычно такие лампы используют благородный газ ( аргон , неон , криптон и ксенон ) или смесь этих газов. Некоторые включают дополнительные вещества, такие как ртуть , натрий и галогениды металлов , которые испаряются во время запуска, становясь частью газовой смеси.

Одноцокольные самозапускающиеся лампы изолированы слюдяным диском и заключены в боросиликатную стеклянную газоразрядную трубку (дуговую трубку) и металлический колпачок. [1] [2] К ним относятся натриевые лампы , которые являются газоразрядными лампами уличного освещения. [3] [4] [1] [2]

В процессе работы некоторые электроны вынуждены покидать атомы газа вблизи анода под действием электрического поля, приложенного между двумя электродами, оставляя эти атомы положительно ионизированными . Свободные электроны, таким образом, высвобождаются и текут к аноду, в то время как катионы, таким образом, ускоряются электрическим полем и текут к катоду .

Ионы обычно проходят лишь очень короткое расстояние, прежде чем столкнуться с нейтральными атомами газа, которые отдают ионам свои электроны. Атомы, потерявшие электрон во время столкновений, ионизируются и ускоряются к катоду, в то время как ионы, получившие электрон во время столкновений, возвращаются в более низкое энергетическое состояние , высвобождая энергию в виде фотонов . Таким образом, излучается свет характерной частоты. Таким образом, электроны передаются через газ от катода к аноду.

Цвет излучаемого света зависит от спектра излучения атомов, составляющих газ, а также от давления газа, плотности тока и других переменных. Газоразрядные лампы могут производить широкий спектр цветов. Некоторые лампы производят ультрафиолетовое излучение, которое преобразуется в видимый свет флуоресцентным покрытием на внутренней стороне стеклянной поверхности лампы. Флуоресцентная лампа, возможно, является самой известной газоразрядной лампой.

По сравнению с лампами накаливания , газоразрядные лампы обеспечивают более высокую эффективность , [5] [6], но их сложнее производить, и большинство из них имеют отрицательное сопротивление , что приводит к уменьшению сопротивления в плазме по мере увеличения тока. Поэтому для них обычно требуется вспомогательное электронное оборудование, такое как балласты, для управления током через газ, предотвращая выход тока из-под контроля ( вспышка дуги ).

Некоторые газоразрядные лампы также имеют ощутимое время запуска для достижения полной световой отдачи. Тем не менее, из-за их большей эффективности, газоразрядные лампы были предпочтительнее ламп накаливания во многих осветительных приложениях, до недавних усовершенствований в технологии светодиодных ламп . [ необходима цитата ]

История

История газоразрядных ламп началась в 1675 году, когда французский астроном Жан Пикар заметил, что пустое пространство в его ртутном барометре светилось, когда ртуть покачивалась, когда он нес барометр. [7] Исследователи, включая Фрэнсиса Хоксби , пытались определить причину этого явления. Хоксби впервые продемонстрировал газоразрядную лампу в 1705 году. [8] Он показал, что вакуумированный или частично вакуумированный стеклянный шар, в который он поместил небольшое количество ртути, будучи заряженным статическим электричеством, может производить свет, достаточно яркий для чтения. Явление электрической дуги впервые описал Василий В. Петров в 1802 году. [9] [10] [11] В 1809 году сэр Гемфри Дэви продемонстрировал электрическую дугу в Королевском институте Великобритании. [12] [13] С тех пор источники разрядного света исследовались, поскольку они создают свет из электричества значительно эффективнее, чем лампы накаливания .

Отцом газоразрядной трубки низкого давления был немецкий стеклодув Генрих Гейсслер , который в 1857 году начал конструировать красочные художественные трубки с холодным катодом , содержащие различные газы, которые светились множеством разных цветов, называемые трубками Гейсслера . Было обнаружено, что инертные газы, такие как благородные газы неон, аргон, криптон или ксенон, а также углекислый газ, хорошо работают в трубках. Эта технология была коммерциализирована французским инженером Жоржем Клодом в 1910 году и стала неоновым освещением , используемым в неоновых вывесках .

Введение лампы на парах металла, включающей различные металлы внутри разрядной трубки, было более поздним достижением. Тепло газового разряда испаряет часть металла, и разряд затем производится почти исключительно парами металла. Обычными металлами являются натрий и ртуть из-за их видимого спектра излучения.

Спустя сто лет исследований были созданы лампы без электродов, которые вместо этого питаются от микроволновых или радиочастотных источников. Кроме того, были созданы источники света с гораздо меньшей выходной мощностью, что расширило применение разрядного освещения для домашнего или внутреннего использования.

«Лампа Румкорфа» Жюля Верна

Лампа "Румкорфа"

Лампы Румкорфа были ранней формой переносной электрической лампы, названной в честь Генриха Даниэля Румкорфа и впервые использованной в 1860-х годах. Лампа состояла из трубки Гейсслера , которая возбуждалась питаемой от батареи индукционной катушкой Румкорфа ; ранний трансформатор, способный преобразовывать постоянный ток низкого напряжения в быстрые высоковольтные импульсы. Первоначально лампа генерировала белый свет с помощью трубки Гейсслера, заполненной углекислым газом. Однако углекислый газ имел тенденцию к разрушению. Поэтому в более поздних лампах трубка Гейсслера была заполнена азотом (который генерировал красный свет), а прозрачное стекло было заменено урановым стеклом (которое флуоресцировало зеленым светом). [14]

Предназначенная для использования в потенциально взрывоопасной среде горнодобывающей промышленности, а также в бескислородных средах, таких как дайвинг, или в качестве безнагревной лампы для возможного использования в хирургии, лампа была фактически разработана как Альфонсом Дюма, инженером на железных рудниках Сен-Приест и Лак, недалеко от Прива , в департаменте Ардеш , Франция, так и доктором Камиллом Бенуа, врачом из Прива. [15] В 1864 году Французская академия наук наградила Дюма и Бенуа премией в 1000 франков за их изобретение. [16] Лампы, передовые технологии своего времени, приобрели известность после того, как были описаны в нескольких научно-фантастических романах Жюля Верна . [17]

Цвет

Каждый газ, в зависимости от своей атомной структуры, испускает излучение определенных длин волн, свой спектр излучения , который определяет цвет света от лампы. В качестве способа оценки способности источника света воспроизводить цвета различных объектов, освещаемых источником, Международная комиссия по освещению (CIE) ввела индекс цветопередачи (CRI). Некоторые газоразрядные лампы имеют относительно низкий CRI, что означает, что цвета, которые они освещают, выглядят существенно иначе, чем при солнечном свете или другом освещении с высоким CRI.

Типы

Лампы делятся на семейства в зависимости от давления газа и от того, нагревается ли катод. Лампы с горячим катодом имеют электроды, которые работают при высокой температуре и нагреваются током дуги в лампе. Тепло выбивает электроны из электродов посредством термоионной эмиссии , что помогает поддерживать дугу. Во многих типах электроды состоят из электрических нитей , изготовленных из тонкой проволоки, которые нагреваются отдельным током при запуске, чтобы зажечь дугу. Лампы с холодным катодом имеют электроды, которые работают при комнатной температуре. Чтобы начать проводимость в лампе, необходимо приложить достаточно высокое напряжение ( напряжение зажигания ), чтобы ионизировать газ, поэтому для этих ламп требуется более высокое напряжение для запуска.

Компактная люминесцентная лампа

Газоразрядные лампы низкого давления

Лампы низкого давления имеют рабочее давление, значительно меньшее атмосферного. Например, обычные люминесцентные лампы работают при давлении около 0,3% от атмосферного.

Люминесцентные лампы — лампы с подогреваемым катодом, наиболее распространенные лампы в офисном освещении и во многих других областях применения, вырабатывают до 100 люменов на ватт.

Неоновое освещение — широко используемая форма специального освещения с холодным катодом, состоящая из длинных трубок, заполненных различными газами под низким давлением, возбуждаемыми высоким напряжением, используемая в рекламе в неоновых вывесках .

Натриевые лампы низкого давления , наиболее эффективный тип газоразрядных ламп, вырабатывающий до 200 люмен на ватт, но за счет очень плохой цветопередачи . Почти монохромный желтый свет приемлем только для уличного освещения и аналогичных применений.

Небольшая разрядная лампа, содержащая биметаллический выключатель , используется для запуска люминесцентной лампы . В этом случае тепло разряда используется для приведения в действие выключателя; стартер заключен в непрозрачный корпус, а небольшой световой поток не используется.

Лампы непрерывного свечения производятся для специальных применений, где электроды могут быть вырезаны в форме буквенно-цифровых символов и фигурных фигур. [18]

Мерцающая лампочка, мерцающее пламя лампочки или мерцающая лампа накаливания — это газоразрядная лампа, которая производит свет путем ионизации газа , обычно неона , смешанного с гелием и небольшим количеством азота , электрическим током, проходящим через два электродных экрана в форме пламени, покрытых частично разложившимся азидом бария . Ионизированный газ хаотично перемещается между двумя электродами, что создает эффект мерцания, часто рекламируемый как напоминающий пламя свечи (см. изображение). [19]

Разрядные лампы высокого давления

Лампы высокого давления имеют разряд, который происходит в газе под давлением от немного меньшего до большего, чем атмосферное. Например, натриевая лампа высокого давления имеет дуговую трубку под давлением от 100 до 200 торр , что составляет около 14% - 28% от атмосферного давления; некоторые автомобильные HID-фары имеют давление до 50 бар или в пятьдесят раз больше атмосферного.

Металлогалогенные лампы производят почти белый свет и достигают светового потока 100 люмен на ватт. Области применения включают внутреннее освещение высотных зданий, парковок, магазинов, спортивных площадок.

Натриевые лампы высокого давления , производящие до 150 люмен на ватт, производят более широкий спектр света, чем натриевые лампы низкого давления. Также используются для уличного освещения и для искусственной фотоассимиляции при выращивании растений.

Ртутные лампы высокого давления являются старейшим типом ламп высокого давления и были заменены в большинстве случаев металлогалогенными и натриевыми лампами высокого давления. Им требуется более короткая длина дуги.

Газоразрядные лампы высокой интенсивности

Ксеноновая короткодуговая лампа мощностью 15 кВт , используемая в проекторах IMAX

Лампа высокой интенсивности разряда (HID) — это тип электрической лампы , которая производит свет с помощью электрической дуги между вольфрамовыми электродами, размещенными внутри полупрозрачной или прозрачной дуговой трубки из плавленого кварца или плавленого глинозема . По сравнению с другими типами ламп, относительно высокая мощность дуги существует для длины дуги. Примерами ламп HID являются ртутные лампы , металлогалогенные лампы , керамические газоразрядные металлогалогенные лампы , натриевые лампы и ксеноновые дуговые лампы

Лампы HID обычно используются, когда требуются высокие уровни освещенности и энергоэффективности.

Другие примеры

Ксеноновая импульсная лампа производит одну вспышку света в диапазоне миллисекунд-микросекунд и обычно используется в кино, фотографии и театральном освещении. Особо прочные версии этой лампы, известные как стробоскопические лампы , могут производить длинные последовательности вспышек, что позволяет проводить стробоскопическое исследование движения . Это нашло применение в изучении механического движения, в медицине и в освещении танцевальных залов.

Альтернативы

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ ab "Натриевая лампа низкого давления".
  2. ^ ab "Натриевая лампа низкого давления".
  3. ^ "Сравнение освещения: светодиоды и натриевые лампы высокого/низкого давления". www.stouchlighting.com .
  4. ^ «Натриевая лампа — как она работает и история». edisontechcenter.org .
  5. ^ "Типы освещения". Energy.gov . Министерство энергетики США . Получено 10 июня 2013 г. .
  6. ^ "Технологии освещения: руководство по энергоэффективному освещению" (PDF) . Energy Star . Агентство по охране окружающей среды США . Получено 10 июня 2013 г. .
  7. ^ См.:
    • (Посох) (1676). «Experience faire à l'Observatoire sur la Barometre simple touchant un nouveau Phenomene qu'on ya découvert» [Эксперимент, проведенный в [Парижской] обсерватории на простом барометре относительно нового явления, которое там было обнаружено]. Journal des Sçavans (парижское издание) (на французском языке): 112–113. Со стр. 112–113: «On sçait que le Barometre simple n'est autre выбрал qu'un tuyau de verre… toutes les circonstances qu'on y découvrira». (Известно, что простой барометр представляет собой не что иное, как стеклянную трубку, герметично запаянную сверху и открытую снизу, в которой находится ртуть, обычно стоящая на определенной высоте, остальная часть [трубки] над ней будучи пустым. У г-на Пикара есть один из них в обсерватории [в Париже], который в темноте — если его достаточно встряхнуть, чтобы ртуть затряслась — создает искры и бросает определенный мерцающий свет, который заполняет всю часть трубки, которая пустота: но это происходит во время каждого колебания только в пустоте и только во время спуска ртути. Один пытался провести тот же эксперимент на различных других барометрах того же состава; но до сих пор удалось только с [этим] одним . Поскольку мы решили исследовать эту вещь всеми способами, мы дадим более подробно все обстоятельства этого дела по мере их обнаружения.)
    • Перепечатано в: (Сотрудники) (1676 г.). «Experience faire à l'Observatoire sur la Barometre simple touchant un nouveau Phénomène qu'on ya découvert» [Эксперимент, проведенный в [Парижской] обсерватории на простом барометре относительно нового явления, которое там было обнаружено]. Journal des Sçavans (Амстердамское издание) (на французском языке): 132.
    • (Посох) (1694 г.). «Sur la lumiere du baromètre» («В свете барометра»). Histoire de l'Académie Royale des Sciences (на французском языке). 2 : 202–203. Со стр. 202: "Vers l'année 1676, M. Picard faisant transporter son Baromètre, … il ne s'en trouva aucun qui fit de la lumière". (Примерно в 1676 году, [когда] г-н Пикар [ночью] перевозил свой барометр из обсерватории [в Париже] в порт Сен-Мишель, он заметил свет в той части трубки, где двигалась ртуть; это явление его удивило, он немедленно сообщил об этом в [Journal des] Sçavans , и те, у кого были барометры, осмотрев их, не нашли ничего, что могло бы излучать свет.) К моменту смерти Пикара (1682) его барометр утратил способность производить свет. Однако после того, как Филипп де Ла Гир (1640–1718) восстановил барометр Пикара, он снова стал производить свет. Кассини (1625–1712) также владел барометром, который излучал свет.
    • См. также: Барометрический свет
  8. ↑ Hauksbee, Francis (1 января 1705 г.). «Несколько экспериментов с ртутным фосфором, проведенных перед Королевским обществом в Грешем-колледже». Philosophical Transactions of the Royal Society of London . 24 (303): 2129–2135. doi :10.1098/rstl.1704.0096. S2CID  186212654.
  9. ^ Петров, Василий (1803). Извѣстие о Гальвани-Вольтовских Опытахъ [ Новости гальвано-вольтаических экспериментов ] (на русском языке). Санкт-Петербург, Россия: Типография Государственного медицинского колледжа. Со стр. 163–164: «Естьли на стеклянную плитку или на скамеечку со стеклянными ножками будут положены или два три куска древесного угля ,… и отъ которого темный покой довольно ясно освѣщенъ можетъ быть». (Если на стеклянной пластинке или на скамейке со стеклянными ножками положить два или три куска древесного угля, способных производить светоносные явления посредством гальвано-вольтаической жидкости, и если таковые имеются, то изолированные металлические проводники (электроды) , сообщаясь с обоими полюсами огромной батареи, приблизите их друг к другу на расстояние [т. е. разделение] в одну-три линии [2,5-7,5 мм] тогда между ними возникнет очень яркий белый свет или пламя, от которого эти угли горят быстро или медленно и с помощью которых тьма может быть совершенно ясно освещена.)
  10. ^ Андерс, Андре (2003). «Отслеживание происхождения науки о дуговой плазме. II. Ранние непрерывные разряды». Труды IEEE по плазменной науке . 31 (5): 1060–1069. Bibcode : 2003ITPS...31.1060A. doi : 10.1109/TPS.2003.815477. S2CID  11047670.
  11. ↑ Петров также наблюдал электрические разряды в воздухе низкого давления. Из (Петров, 1803), с. 176: «Впрочем, свѣтъ, сопровождавшийся течением Гальвани-Вольтовской жидкости в безвоздушномъ мѣстѣ, был ярким, белым цвѣта, и при томъ не рѣдко от разкаленнаго конца иголки, либо и ото дна стакана отскакивали искры или какъ бы маленькія звѣздочки." (Однако свет, сопровождавший поток гальвано-вольтаической жидкости в безвоздушном пространстве, был ярким, белого цвета; и в то же время нередко от накаленных концов игл [т. е. электродов] или от нижней части по стеклу полетели искры, подобные маленьким звездочкам.) Из (Петров, 1803), с. 190: "3) Электрического свѣтъ въ весьма изтонченномъ воздухѣ предстовляет несравненно окончательноѣйшія явленія, эффект какія могъ я примѣтить отъ свѣта Гальвани-Вольтовской жидкости." (Электрический свет в очень разреженном воздухе представляет собой несравненно более величественное явление, чем любое, которое я мог бы воспринять при свете гальвано-вольтаической жидкости.)
  12. ^ В 1801 и 1802 годах Дэви наблюдал яркие электрические искры, но не непрерывную дугу. Его батарея не имела достаточного напряжения и тока, чтобы поддерживать электрическую дугу.
    • Дэви, Х. (1802). «Отчет о некоторых экспериментах по гальваническому электричеству, проведенных в театре Королевского института». Журналы Королевского института Великобритании . 1 : 165–167.
    • Дэви, Х. (1802). «Отчет о некоторых экспериментах, проведенных в лаборатории Королевского института, касающихся влияния гальванического электричества на производство тепла и осуществление изменений в различных жидких веществах». Журналы Королевского института Великобритании . 1 : 209–214.
    • (Айртон, 1902), стр. 20-21.
    Только в 1808 году Дэви получил батарею с достаточным напряжением и током для поддержания электрической дуги. В 1808 и 1809 годах он записал наблюдения за электрическими дугами:
    • Дэви, Хамфри (1810). «Бейкеровская лекция. Отчет о некоторых новых аналитических исследованиях природы некоторых тел, в частности щелочей, фосфора, серы, углеродистых веществ и кислот, до сих пор неразделенных; с некоторыми общими замечаниями по химической теории». Философские труды Лондонского королевского общества . 100 : 39–104. Со стр. 47: «… электричество проходило через пары калия, создавая яркое пламя длиной от половины дюйма до дюйма с четвертью; …»
    • (Айртон, 1902), стр. 24–27.
  13. ^ О ранней истории электрических дуг см.: Ayrton, Hertha (1902). Электрическая дуга. Нью-Йорк, Нью-Йорк, США: D. Van Nostrand Co. стр. 19 и далее.
  14. ↑ Паоло Бренни (2007) «Урановое стекло и его научное применение», Архивировано 30 июня 2014 г. в Wayback Machine Bulletin of the Scientific Instrument Society , № 92, страницы 34–39; см. страницу 37.
  15. ^ См.:
    • А. Дюма и Бенуа (1862) «Physique Appliquée — Note sur un appareil propre à éclairer les ouvriers mineurs dans leurs travaux souterrains au moyen de la lumière d'induction» (Прикладная физика — Заметка об аппарате, пригодном для освещения шахтеров в их подземная работа с помощью индукционной лампы), Comptes Rendus , том. 55, страницы 439–440.
    • Дюма, «Описательная записка о фотоэлектрических лампах», Bulletin de la Société de l'Industrie Minérale , vol. 9, страницы 5–14 (1863–1864).
    • «Лампа Дюма», Bulletin de la Société de l'Industrie Minérale , vol. 9, страницы 113–117 (1863–1864).
    • «Записка о электрической лампе Дюма и Бенуа», Bulletin de la Société de l'Industrie Minérale , vol. 9, страницы 118–120 (1863–1864).
    • Bulletin des Lois de l'Empire Français , серия 9, том. 23, стр. 639 (1864 г.); см. заявку на патент №. 1160°.
    • «Новый безопасный свет для угольных шахт», Журнал Института Франклина , 3-я серия, т. 49, страницы 262–263 (1865). Перепечатано из Athenæum (литературный журнал Лондона, Англия), 25 февраля 1865 г.
    • Теодоз дю Монсель , «Применение à l'éclairage des galeries de mine», Note sur l'appareil d'induction électrique de Ruhmkorff (Париж, Франция: Готье-Виллар, 1867), страницы 394–398.
    • См. Также: Сборник Жюля Верна Андреаса Фермана: «Жюль Верн и умереть Электризитэт: Капитель 2: Die Ruhmkorfflampe» [на немецком языке]. Доступно в Интернете по адресу: Жюль Верн.
  16. ^ "Prix dit des insalubres", Comptes rendus , 60  : 273 (1865).
  17. ↑ Путешествие к центру Земли (1864), С Земли на Луну (1865) и 20 000 лье под водой (1869).
  18. ^ "Сайт kilokat's АНТИКВАРНЫЕ ЛАМПОЧКИ: неоновые лампы". bulbcollector.com .
  19. ^ Патент США 3238408, Кайатт Филип Дж., «Лампы мерцающего свечения», выдан 1966-03-1 
  20. ^ "FAQ: постепенный отказ от обычных ламп накаливания". europa.eu . Получено 22 июля 2022 г. .
  21. ^ "Светодиодная лампочка". yourelectricianbrisbane.com.au . 15 марта 2022 г. . Получено 22 июля 2022 г. .

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме Газоразрядные лампы .