stringtranslate.com

Газоразрядная лампа

Бактерицидные лампы представляют собой простые разряды паров ртути низкого давления в колбе из плавленого кварца.

Газоразрядные лампы — это семейство искусственных источников света, которые генерируют свет, посылая электрический разряд через ионизированный газ — плазму .

Обычно в таких лампах используется благородный газ ( аргон , неон , криптон и ксенон ) или смесь этих газов. Некоторые из них включают дополнительные вещества, такие как ртуть , натрий и галогениды металлов , которые испаряются во время запуска и становятся частью газовой смеси.

Одноцокольные самозажигающиеся лампы изолированы слюдяным диском и заключены в газоразрядную трубку из боросиликатного стекла (дуговую трубку) и металлический цоколь. [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, в результате чего эти атомы остаются положительно ионизированными . Высвободившиеся таким образом свободные электроны текут к аноду, а образовавшиеся таким образом катионы ускоряются электрическим полем и движутся к катоду .

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

Цвет излучаемого света зависит от спектров излучения атомов, составляющих газ, а также от давления газа, плотности тока и других переменных. Газоразрядные лампы могут воспроизводить широкий спектр цветов. Некоторые лампы производят ультрафиолетовое излучение, которое преобразуется в видимый свет с помощью флуоресцентного покрытия на внутренней стороне стеклянной поверхности лампы. Люминесцентная лампа , пожалуй, самая известная газоразрядная лампа.

По сравнению с лампами накаливания , газоразрядные лампы обладают более высокой эффективностью , [5] [6] , но более сложны в изготовлении и большинство из них имеют отрицательное сопротивление , что приводит к уменьшению сопротивления плазмы по мере увеличения тока. Поэтому им обычно требуется вспомогательное электронное оборудование, такое как балласты, для контроля тока, проходящего через газ, и предотвращения разгона тока ( вспышки дуги ).

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

История

История газоразрядных ламп началась в 1675 году, когда французский астроном Жан Пикард заметил, что пустое пространство в его ртутном барометре светилось, когда ртуть покачивалась, пока он держал барометр. [7] Следователи, в том числе Фрэнсис Хоксби , пытались определить причину 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, чтобы можно было читать. Явление электрической дуги было впервые описано Василием Петровым в 1802 году. [9] [10] [11] В 1809 году сэр Хамфри Дэви продемонстрировал электрическую дугу в Королевском институте Великобритании. [12] [13] С тех пор были исследованы газоразрядные источники света, поскольку они создают свет за счет электричества значительно эффективнее, чем лампы накаливания .

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

Внедрение лампы на парах металлов, включающей в себя различные металлы внутри газоразрядной трубки, было более поздним достижением. Тепло газового разряда испаряет часть металла, и тогда разряд создается почти исключительно парами металла. Обычными металлами являются натрий и ртуть из-за их излучения в видимом спектре.

Спустя сто лет исследований были созданы лампы без электродов, которые вместо этого питаются от микроволновых или радиочастотных источников. Кроме того, были созданы источники света гораздо меньшей мощности, что расширяет возможности применения газоразрядного освещения для домашнего или внутреннего использования.

«Лампа Румкорфа» Жюля Верна.

Лампа "Румкорф"

Лампы Румкорфа были ранней формой портативной электрической лампы, названной в честь Генриха Даниэля Румкорфа и впервые использованной в 1860-х годах. Лампа состояла из трубки Гейсслера , возбуждаемой индукционной катушкой Румкорфа с батарейным питанием ; ранний трансформатор, способный преобразовывать постоянный ток низкого напряжения в быстрые импульсы высокого напряжения. Первоначально лампа генерировала белый свет с помощью трубки Гейсслера, наполненной углекислым газом. Однако углекислый газ имел тенденцию распадаться. Следовательно, 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 взрывоопасных средах горнодобывающей промышленности, а также в бескислородных средах, таких как дайвинг, или в качестве безнагревательной лампы для возможного использования в хирургии, лампа на самом деле была разработана Альфонсом Дюма, инженером железных рудников Сент-Луиса . Священника и Лака, недалеко от Прива , в департаменте Ардеш , Франция, и доктора Камиллы Бенуа, врача из Прива. [15] В 1864 году Французская академия наук наградила Дюма и Бенуа премией в 1000 франков за их изобретение. [16] Лампы, являвшиеся передовой технологией своего времени, получили известность после того, как были описаны в нескольких научно-фантастических романах Жюля Верна . [17]

Цвет

Каждый газ в зависимости от своего атомного строения излучает излучение определенных длин волн, своего спектра излучения , определяющего цвет света 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 индекс цветопередачи, что означает, что цвета, которые они освещают, существенно отличаются от того, как они выглядят при солнечном свете или другом освещении с высоким индексом цветопередачи.

Типы

Лампы делятся на семейства в зависимости от давления газа и наличия нагрева катода. Лампы с горячим катодом имеют электроды, которые работают при высокой температуре и нагреваются от тока дуги в лампе. Тепло выбивает электроны из электродов за счет термоэлектронной эмиссии , что помогает поддерживать дугу. Во многих типах электроды состоят из электрических нитей из тонкой проволоки, которые при запуске нагреваются отдельным током для зажигания дуги. Лампы с холодным катодом имеют электроды, которые работают при комнатной температуре. Чтобы начать проводимость лампы, необходимо приложить достаточно высокое напряжение ( напряжение зажигания ) для ионизации газа, поэтому для запуска этих ламп требуется более высокое напряжение.

Компактная люминесцентная лампа

Газоразрядные лампы низкого давления

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

Люминесцентные лампы , лампы с нагретым катодом, наиболее распространенные лампы в офисном освещении и многих других приложениях, производят до 100 люмен на ватт.

Неоновое освещение — широко используемая форма специального освещения с холодным катодом, состоящая из длинных трубок, наполненных различными газами под низким давлением, возбуждаемых высоким напряжением, используемая в качестве рекламы в неоновых вывесках .

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

Небольшая газоразрядная лампа с биметаллическим переключателем используется для зажигания люминесцентной лампы . В этом случае тепло разряда используется для срабатывания переключателя; стартер заключен в непрозрачный корпус, и небольшой световой поток не используется.

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

Мерцающая лампочка, лампочка с мерцающим пламенем или лампа с мерцающим пламенем — это газоразрядная лампа, которая производит свет путем ионизации газа , обычно неона , смешанного с гелием и небольшим количеством газообразного азота , электрическим током, проходящим через два электрода в форме пламени. экраны, покрытые частично разложившимся азидом бария . Ионизированный газ беспорядочно перемещается между двумя электродами, создавая эффект мерцания, который часто рекламируется как напоминающий пламя свечи (см. Изображение). [19]

Газоразрядные лампы высокого давления

Лампы высокого давления имеют разряд, который происходит в газе при давлении немного меньшем или больше атмосферного. Например, натриевая лампа высокого давления имеет дуговую трубку под давлением от 100 до 200 Торр , что составляет от 14 до 28% атмосферного давления; Некоторые автомобильные HID-фары выдерживают давление до 50 бар , что в пятьдесят раз превышает атмосферное давление.

Металлогалогенные лампы излучают почти белый свет и достигают светоотдачи 100 люмен на ватт. Область применения включает внутреннее освещение высотных зданий, автостоянок, магазинов, спортивных площадок.

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

Ртутные лампы высокого давления являются старейшим типом ламп высокого давления и в большинстве случаев были заменены металлогалогенными и натриевыми лампами высокого давления. Они требуют более короткой длины дуги.

Газоразрядные лампы высокой интенсивности

Ксеноновая короткодуговая лампа мощностью 15 кВт , используемая в проекторах IMAX.

Разрядная лампа высокой интенсивности (HID) — это тип электрической лампы , которая излучает свет посредством электрической дуги между вольфрамовыми электродами , расположенными внутри полупрозрачной или прозрачной дуговой трубки из плавленого кварца или плавленого глинозема . По сравнению с лампами других типов, для данной длины дуги существует относительно высокая мощность дуги. Примеры газоразрядных ламп включают ртутные лампы , металлогалогенные лампы , керамические газоразрядные металлогалогенные лампы , натриевые лампы и ксеноновые дуговые лампы.

HID-лампы обычно используются, когда желателен высокий уровень света и энергоэффективность.

Другие примеры

Ксеноновая лампа-вспышка производит одиночную вспышку света в диапазоне миллисекунд-микросекунд и обычно используется в кино, фотографии и театральном освещении. Особо прочные версии этой лампы, известные как стробоскопы , могут производить длинные последовательности вспышек, позволяющие стробоскопически исследовать движение . Это нашло применение при изучении механического движения, в медицине и при освещении танцевальных залов.

Альтернативы

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ ab «Натриевая лампа низкого давления».
  2. ^ ab «Натриевая лампа низкого давления».
  3. ^ «Сравнение освещения: светодиодное и натриевое высокое давление/натриевое низкое давление» . www.stouchlighting.com .
  4. ^ «Натриевая лампа - как она работает и история» . edisontechcenter.org .
  5. ^ «Типы освещения». Energy.gov.ru . Министерство энергетики США . Проверено 10 июня 2013 г.
  6. ^ «Технологии освещения: руководство по энергоэффективному освещению» (PDF) . Энергетическая звезда . Агентство по охране окружающей среды США . Проверено 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, [то есть] герметично закрытую сверху и открытую снизу, в которой находится ртуть, которая обычно стоит на определенной высоте, а остальная часть [трубки] - выше У г-на Пикара есть один из них в обсерватории [в Париже], который в темноте — если встряхнуть его настолько, чтобы заставить ртуть покачиваться — выбрасывает искры и излучает определенный мерцающий свет, который заполняет всю часть трубки, которая находится в пустоте. пустота: но это происходит при каждом качании только в пустоте и только при падении ртути. Тот же опыт пытались провести на различных других барометрах того же состава, но пока удалось только с [этим] одним ... Поскольку кто-то решил рассмотреть дело во всех отношениях, мы опишем подробнее все обстоятельства этого по мере того, как они будут обнаружены.)
    • 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. Из стр. 202: «Vers l'année 1676, М. Пикард faisant Transporter Son Baromètre… il ne s'en trouva aucun qui fit de la lumière». (К 1676 году, [когда] г-н Пикард [перевозил] свой барометр из обсерватории [в Париже] в порт Сен-Мишель ночью, он заметил свет в той части трубки, где двигалась ртуть; это явление удивило его, он немедленно сообщил об этом в [Journal des] Sçavans , и те, у кого были барометры, исследовав их, не нашли ничего, что давало бы свет.) Ко времени смерти Пикара (1682 г.) его барометр потерял свою способность производить свет. Однако после того, как Филипп де Ла Гир (1640–1718) восстановил барометр Пикара, он снова начал светиться. Кассини (1625–1712) также владел барометром, излучающим свет.
    • См. Также: Барометрический свет.
  8. ^ Хоксби, Фрэнсис (1 января 1705 г.). «Несколько экспериментов с ртутным фосфором, проведенных перед Королевским обществом в Грешем-колледже». Философские труды Лондонского королевского общества . 24 (303): 2129–2135. дои : 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: «Есть ли 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 стеклянную пластинку или на скамью 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 возникает 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». Транзакции IEEE по науке о плазме . 31 (5): 1060–1069. Бибкод : 2003ITPS...31.1060A. дои : 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 безвоздушном 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 течение 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 стекла, полетели искры, как маленькие звездочки.) Из (Петров, 1803), с. 190: "3) Электрического свѣтъ въ весьма изтонченномъ воздухѣ предстовляет несравнимое 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 батарее не хватало напряжения и тока, чтобы поддерживать электрическую дугу.
    • Дэви, Х. (1802 г.). «Отчет о некоторых экспериментах по гальваническому электричеству, проведенных в театре Королевского института». Журналы Королевского института Великобритании . 1 : 165–167.
    • Дэви, Х. (1802 г.). «Отчет о некоторых экспериментах, проведенных в лаборатории Королевского института, касающихся действия гальванического электричества, производства тепла и изменения различных жидких веществ». Журналы Королевского института Великобритании . 1 : 209–214.
    • (Айртон, 1902), стр. 20-21.
    Лишь в 1808 году у Дэви появилась батарея с достаточным напряжением и током, чтобы поддерживать электрическую дугу. В 1808 и 1809 годах он записал наблюдения электрических дуг:
    • Дэви, Хамфри (1810). «Бейкеровская лекция. Отчет о некоторых новых аналитических исследованиях природы некоторых тел, особенно щелочей, фосфора, серы, углеродистых веществ и кислот, до сих пор не состоявших в соединениях; с некоторыми общими наблюдениями по химической теории». Философские труды Лондонского королевского общества . 100 : 39–104. Из стр. 47: «…электричество прошло через пары калия, образовав яркое пламя длиной от полдюйма до дюйма с четвертью;…»
    • (Айртон, 1902), стр. 24–27.
  13. ^ О ранней истории электрических дуг см.: Айртон, Герта (1902). Электрическая дуга. Нью-Йорк, Нью-Йорк, США: Д. Ван Ностранд Ко., стр. 19 и далее.
  14. ^ Паоло Бренни (2007) «Урановое стекло и его научное использование», Архивировано 30 июня 2014 г. в бюллетене Wayback Machine Общества научных приборов , вып. 92, страницы 34–39; см. стр. 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 , vol. 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°.
    • «Новое предохранительное освещение для угольных шахт», Журнал Института Франклина , 3-я серия, том. 49, страницы 262–263 (1865). Перепечатано из Athenæum (литературный журнал Лондона, Англия) 25 февраля 1865 года.
    • 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 г.), С Земли на Луну (1865 г.) и 20 000 лье под водой (1869 г.).
  18. ^ "Сайт АНТИКВАРНЫХ ЛАМПОЧЕК Килоката: неоновые лампы" . Bulbcollector.com .
  19. ^ Патент США 3238408, Кайятт Филип Дж., «Мерцающие лампы накаливания», выдан 1 марта 1966 г. 
  20. ^ «Часто задаваемые вопросы: отказ от обычных ламп накаливания» . europa.eu . Проверено 22 июля 2022 г.
  21. ^ "Светодиодная лампочка" . yourelectricianbrisbane.com.au . 15 марта 2022 г. Проверено 22 июля 2022 г.

дальнейшее чтение

Внешние ссылки

Викискладе есть медиафайлы по теме газоразрядных ламп .