Электрические источники света, их конструкции и параметры

Электрические источники света по способу генерирования ими излучения делятся на температурные (лампы накаливания) и люминесцентные (люминесцентные и газоразрядные лампы).

Принцип действия ламп накаливания основан на вышеописанном тепловом излучении. Лампа накаливания ‑ электрический источник света с излучателем в виде накаливаемой током проволоки (нити) из тугоплавкого материала. Нить накала изготовляют из вольфрама, обладающего высокой температурой плавления и малой скоростью испарения при высоких температурax. Для предотвращения окисления раскаленной нити лампы откачивают до 10^-4 ‑ 10^-6 мм рт. ст. (вакуумные лампы).

Основные недостатки ламп накаливания:

§ низкий КПД (около 2 %), так как подавляющая часть потребляемой электроэнергии этими лампами преобразуется не в световую, а в тепловую энергию;

§ низкий срок службы, который в среднем составляет около 1000 часов, ограничиваемый сроком службы спирали, которая работает при больших температурах. Срок службы ламп накаливания снижается при их вибрациях, частых включениях и отключеньях, не вертикальном положении.

Кроме того, свет ламп накаливания отличается от естественного преобладанием лучей желто-красной части спектра, что искажает естественную расцветку предметов.

Несмотря на указанные недостатки, в настоящее время лампы накаливания все еще находят широкое распространение в связи с их простотой в эксплуатации, надежностью, компактностью и низкой стоимостью.

Лампы накаливания могут быть вакуумными,газонаполненными и галогенными. В газонаполненныхлампах, заполняют инертным газом до давления, близкого к атмосферному, в составе газового заполнения колбы используются малотеплопроводные, инертные газы (аргон, криптон, ксенон) с примесью 5 ‑‑ 15% азота.

Галогенные лампы являются разновидностью ламп накаливания, основное отличие которых заключается в повышенном сроке службы, как правило, до 2000 часов. Это достигается за счет того, что в состав газового заполнения колбы галогенной лампы накаливания добавляется йод, который при определенных условиях обеспечивает обратный перенос испарившихся частиц вольфрама спирали со стенок колбы лампы на тело накала.

Люминесцентная лампа ‑ искусственный источник света, основанный на двойном преобразовании энергии — превращении электрической энергии в энергию ультрафиолетового излучения и ультрафиолетового излучения в видимое свечение люминесцирующих веществ. По сравнению с лампами накаливания люминесцентная лампа обладают существенными преимуществами: в несколько раз большей экономичностью; резко улучшенными цветовыми свойствами и повышенным сроком службы.

Люминесцентная лампа представляет собой стеклянную трубку, наполненную парами ртути и аргоном, с нанесенным на внутреннюю поверхность люминесцирующих вещества. В оба конца трубки впаяны электроды в виде вольфрамовых спиралей; они покрыты оксидной пастой (смесь окислов бария, стронция и кальция), облегчающей выход электронов. При работе на переменном токе электроды поочередно служат катодом и анодом и нагреваются разрядом. При этом работает лишь небольшая часть катода (катодное пятно). Излишний нагрев электродов в анодный полупериод снижается приваренными к ножкам электродов никелевыми отростками, которые принимают на себя более половины разрядного тока.

Давление ртутных паров благодаря наличию избытка жидкой ртути зависит от температуры стенок лампы. При нормальной температуре (40°С) оно составляет около 10^-2 мм рт. ст.; давление аргона ок. 4 мм рт. ст. Существенную роль в установлении нормальной температуры стенок играет внешняя температурa которая должна быть 18—25°С. При низких внешних температурax люминесцентная лампа нуждаются в теплоизоляции. Нормальная температура стенок лампы достигается через несколько минут после включения (время прогрева), и тогда только устанавливается стабильное значение светового потока.

При работе люминесцентной лампы электрический ток в несколько десятых долей, проходит между электродами сквозь газовую среду, возбуждая свечение паров ртути. Аргон не возбуждается, но улучшает условия возбуждения паров ртути и замедляет разрушение электродов. Ртутные пары при низких давлениях и малом токе испускают главным образом ультрафиолетовое излучение. Видимое свечение люминофора возбуждается ультрафиолетовым излучением и составляет основную часть светового потока люминесцентной лампы. Его спектральный состав зависит от состава люминофора и может быть любым. В излучении люминесцентной лампы общего освещения значительно усилена желто-зеленая часть спектра, к которой особенно чувствителен человеческий глаз. В основных типах люминесцентных ламп применяется смесь обычно двух люминофоров: вольфрамита магния (голубое свечение) и цинк-бериллий силиката (оранжевое свечение). В зависимости от типа люминофора и пропорции смеси изготовляются люминесцентной лампы дневного света, холодно-белого света, белого света и тепло-белого света, а также солнечного света, дающие не только видимое, но и ультрафиолетовое излучение, и специальные люминесцентные лампы, дающие ультрафиолетовое излучение.

Экономичность источника света (лампы) оценивают световой отдачей – значением светового потока, приходящегося на единицу мощности лампы (лм/Вт).

Светоотдача люминесцентной лампы в 34 раза выше, чем у ламп накаливания и зависит от длины трубки и спектрального состава излучения. В нормальных эксплуатационных условиях срок службы люминесцентной лампы около 3000 часов (в 3 раза больше, чем у ламп накаливания).

Основные недостатки люминесцентной лампы:

§ величина светового потока периодически изменяется с частотой, равной удвоенной частоте питающего тока

§ появляющийся стробоскопический эффект

§ необходимость специального светильника

§ в результате старения люминофоров световой поток после 2000—2500ч горения снижается ~ на 30%. Причинами, снижающими срок службы люминесцентной лампы, являются колебания напряжения в сети, питающей люминесцентные лампы, и большое число включений, при которых особенно разрушаются электроды.