Газоразрядные лампы

Газоразрядная лампа

Газоразрядная лампа – это осветительный прибор, принцип действия которого базируется на горении дуги ионизированного газа. Это достаточно обширное семейство, которое в начале XXI века захватило в мире едва ли не три четверти всего сегмента иллюминации. В него входят и популярные люминесцентные лампы дневного света, и лампы ДРЛ. Ещё до внедрения их в обиход осветительные устройства, работающие за счёт газового разряда, встречаются в романе Жюля Верна «Путешествие к центру Земли» (1864 год).

История развития электростатической ионизации газов

Исторически принято считать годом рождения газоразрядных ламп 1675. Именно тогда одною из ночей французский учёный Жан-Феликс Пикар заметил свечение своего ртутного барометра в то время, как переносил его из обсерватории в порт святого Майкла. Чтобы читатели представили вполне себе это явление, нужно учесть некоторые особенности конструкции. В ртутном барометре имеется трубка, запаянная с одного конца. Кроме того наличествует чаша. То и другое заполнено металлической ртутью.

Для определения давления трубку резко переворачивают и опускают в чашу. Тогда ртуть под действием земного тяготения начинает стекать вниз, образуя выше себя вакуум. В результате запаянный конец трубки остаётся полым, и протяжённость пустого пространства зависит от атмосферного давления, которое, действуя на ртуть в чаше, должно уравновесить силу тяжести.

При транспортировке своего барометра Пикар наверняка спешил и сильно растряс прибор. В результате произошла электризация стекла трением о ртуть, и статический заряд вызвал ионизацию металлических паров. Процесс сильно облегчался, благодаря созданному вакууму. Пары ртути и сегодня ещё используются в некоторых газоразрядных источниках света. В частности, ультрафиолетовая составляющая свечения активизирует люминофор лампы дневного света.

Пикар не смог объяснить обнаруженного явления, но немедленно доложил о нем в научных кругах. Много позже изучением занялся известный швейцарский математик Иоганн Бернулли. Ему задача оказалась также не по зубам, но сей учёный муж активно практиковал опыт со свечением, в том числе дал о нем представление французской академии наук. Так в 1700 году на одной из демонстраций явление лицезрел английский механик, и по совместительству учёный, Фрэнсис Хоксби. На базе Королевского научного общества Британии он начинает активно ставить опыты.

За основу решающего эксперимента Хоксби берет модель электростатического генератора Герике (1660 год). По описаниям машина представляла собой солидных размеров шар из серы, вращающийся на железном стержне. Трением о ладони оператора объект приобретал при вращении значительный заряд. Дальнейший ход мыслей Хоксби вполне понятен. В инструкции Герике фигурировало предложение залить серу в стеклянный шар, который затем следует разбить. Английский учёный вовсе пропустил этот шаг. К сожалению, нам неизвестно, имели ли ранние работы (например, трактат Гильберта 1600 года) представление об электризации стекла, но Хоксби так или иначе выдвинул соответствующее предположение.

Модель электростатического генератора Герике

В результате экспериментальная установка содержала вместо серного шара стеклянный с каплями ртути на дне, а внутри по возможности создали вакуум. При вращении сферы на железном стержне и электризации её путём трения ладонями наблюдалось свечение достаточное для того, чтобы можно было читать книгу в непосредственной близости. Так, в 1705 году английское научное общество продемонстрировало первую газоразрядную лампу. Было дано верное объяснение, что к обнаруженному явлению имеют отношение пары ртути. А после – ход работ замер на целый век. Не находилось практического применения вновь открытому явлению.

Нельзя сказать, чтобы XVIII век прошёл бесполезно для исследований в сфере электричества, несмотря на фразу, оброненную выше. Значимыми можно считать работы Дюфе, в 1733 году предположившего наличие двух родов зарядов с целью теоретического обоснования наблюдаемого явления. Он их назвал смоляными и стеклянными. А в общем речь идёт об объяснении феномена, рассмотренного Гильбертом ещё в 1600 году, а именно:

  1. Наэлектризованный шар притягивает многие тела.
  2. Соприкоснувшись с шаром, тела начинают от него отталкиваться.

В понимании Дюфе объект приобретал заряд того же знака при соприкосновении. Чем и объясняется рассмотренное явление. Но настоящий прогресс в науке начался в ту пору, когда одно за другим государства отменяли наказание за занятие колдовством. В результате на свет появилась Лейденская банка, а Бенджамин Франклин доказал электрическую природу молнии, Вольта изобрёл первый электрохимический источник энергии. В 1729 году произошло революционное открытие, являющееся основой для многих других: Стивен Грей додумался собрать проводники воедино и получил первую в мире электрическую цепь. С тех пор ток можно передавать на расстояние.

Изобретённая в 1746 году Вильямом Ватсоном электрическая машина сплавляла заряд по шёлковым шнурам, что позволило Жану-Антуану Нолле продемонстрировать более эффектную дугу в среде разряженного газа. Примерно в то же время Готфрид Груммерт высказал предположение, что подобное освещение хорошо подошло бы для использования в шахтах и других местах, где открытое пламя повышает вероятность взрыва, а Иоганн Винклер заметил, что неплохо бы вместо шаров использовать длинные колбы, согнутые по форме букв алфавита, предвосхитив, таким образом, появление на свет трубок Гейслера и экрана телевизора.

Чуть позже, в 1752 году, Ватсон частично реализовал эти задумки (первый дисплей запатентован в 1893 году ). В частности, демонстрируя опыт с горением дуги в трубке длиной 32 дюйма. Благодаря столь блистательным открытиям, в 1802 году произошло сразу два значимых для рассматриваемой темы события:

  • Англичанин Хампфри Дэви открыл явление свечения накаливаемой электричеством платиновой проволоки.
  • Наш соотечественник, В. Петров при помощи вольтова столба, состоящего из 4200 (по другим данным – только 2100) пар медных и цинковых пластин. Для сравнения – источник энергии сэра Хампфри Дэви был вдвое меньшей мощности (2000 пластин).

И если достижения Петрова были успешно забыты под влиянием событий Отечественной войны 1812 года и в силу обычного российского наплевательства, то в Англии к проблемам электричества подошли более серьёзно. Заслуга именно Хампфри Дэви состоит в том, что он, будучи химиком, повторяя опыты зарубежного коллеги, начал экспериментировать с различными газовыми средами. Конечно же, член Королевского научного общества был знаком с опытами Фрэнсиса Хоксби и наверняка захотел проверить не является ли новое открытие повторением ранних попыток создать искусственные источники света.

Опыты Фрэнсиса Хоксби

Эти эксперименты привели к тому, что были замечены линейчатые спектры газовых разрядов. Попутно замеченные Волластоном и Фраунгофером особенности излучения Солнца в последующем позволили Кирхгофу и Бунзену высказывать предположения о составе атмосферы нашего светила. Это тесно связно с рассматриваемой темой, потому что спектр разряда также линейчатый. Например, натриевые лампы дают оранжевый свет, и при помощи люминофора приходится распределение частот корректировать (лампы ДРЛ). Затем эстафету принял Майкл Фарадей (с середины 30-х годов XIX века), показал процесс возникновения дуги в среде разреженных газов, внёс свою лепту и Генрих Румкорф, предоставив в руки физиков инструмент для получения импульсов высокого напряжения (катушка Румкорфа, 1851 год). В 1835 году Чарльз Уитстон зарегистрировал спектр разряда дуги в парах ртути, попутно отметив ультрафиолетовую составляющую.

Первыми коммерчески успешными можно считать творения Гейслера. Датой их рождения принято считать 1857 год. Именно этот стеклодув и по совместительству физик догадался в колбу с разряженным газов вставить 2 электрода. Подавая затем на них напряжение, он лицезрел красочный разряд дуги. Проще говоря, Гейслер соединил воедино открытия Петрова и Хоксби. Дуга тлеет в колбе с атмосферой из паров газа. А дальнейшее – выбор цвета – уже не составило труда, поскольку имелись наработки сэра Хампфри Дэви и Майкла Фарадея.

С 80-х годов трубки Гейслера широко выпускаются для целей развлечения населения. И сегодня ещё неоновые огни считаются лицом США. Примечательно, что будучи помещены рядом с источниками сильного электромагнитного излучения, такими как катушки Тесла, лампы Гейслера загораются самопроизвольно. То есть выполняются условия ионизации разреженной газовой среды. Исследования, сопряжённые с поиском технических решений для целей освещения привели учёных к открытию электрона, измерению его заряда и массы, появлению на свет электронных ламп.

Возможность розжига порохового заряда электрической искрой была известна примерно с 1745 года. Но едва ли сапер мог унести с собой лейденскую банку или терпеливо натирать шерстью янтарь в любых погодных условиях. Долгое время военное дело не брало во внимание подобные мелочи. Но в 1812 году российский офицер Шиллинг сумел через электрический элемент питания произвести подводный взрыв. Считается, что именно военное дело дало толчок к развитию исследований электричества в России. Первая дуговая лампа установлена в 1849 году самим изобретателем (Якоби) на башне Адмиралтейства Санкт-Петербурга. Ее свет был столь ярок, что сравнивался обывателями с солнечным.

Применение прожекторов с разрядными лампами практически полностью ограничивается военным делом, за малым исключением, когда эти источники указывают путь кораблям с маяка. Нас же в этой теме интересуют наработки Джона Томаса Рея, датированные 1860 годом, который догадался объединить электрическую дугу (Петров и Якоби) с атмосферой паров ртути (Майкл Фарадей) при нормальном давлении.

И все же, несмотря на все явные преимущества, газоразрядные лампы Гейслера имели существенные недостатки. В частности, малый срок службы. С 90-х годов XIX века некто Дэниэл МакФарлен Мур работал в компании Эдисона и вскоре после поступления на службу стал изучать историю. Больше всего его заинтересовали газоразрядные лампы Гейслера. Что не так с моим светом? – вопрошал к нему Эдисон. Мур ответил на это: он слишком тусклый, слишком горячий и чересчур красный. Что ж, это вся правда о лампах накаливания того времени.

В 1892 году ртутная газоразрядная лампа была усовершенствована Мартином Лео Аронсом. Эта наработка была в 1901 году усовершенствована Петером Купером Хьюиттом и обрела коммерческий успех.

С 1894 Мур организовывает две собственные компании, занимающиеся проблемами освещения. Главной особенностью его ламп (1896 год) стало то, что газ по мере расходования возобновлялся. В результате устройство могло работать сколь угодно долго. Первое коммерческое использование зарегистрировано в 1904 году. Лампа с отдачей 10 люменов на 1 Вт осветила магазин оборудования и приборов. Как писали очевидцы, несмотря на всю сложность и громоздкость (50 ярдов длиной) отдача того стоила. Поскольку КПД новых газоразрядных ламп в 3 раза превышал аналогичные цифры для ламп накаливания.

Отличительной особенностью было использование в лампах Мура паров азота и углекислого газа. В результате получался фактически дневной свет. А пары азота давали более мягкое свечение и низкую цветовую температуру. Появление на свет вольфрамовых нитей сделало невыгодным дальнейшее производство, компании были поглощены (1912 год) Дженерал Электрик, а патенты скуплены. Но и сам Мур не остался без работы, перейдя в лаборатории своего преемника в этой бесконечной эстафете. Позже изобрёл неоновую лампу.

Практически все уже сказано. А желающие узнать больше могут заглянуть в разделы про лампы ДРЛ и люминесцентные лампы.

Газоразрядные лампы

Что такое газоразрядные лампы? Это источники света, которые формируют лучи, находящиеся в диапазоне, различимом человеческим глазом. Принцип работы таких ламп основан на непосредственном или опосредованном формировании разряда в газовом облаке, специальных парах металлов или особой тандемной схемы, подразумевающей использование в ламповой конструкции и паров металла, и газовой основы. Поэтому существует достаточно большое количество типов и подвидов газоразрядных ламп, и выглядеть они могут совершенно по-разному. Сферы их применения также могут различаться.

Первым, кто придумал сделать лампу такой конструкции, стал русский учёный, электротехник П. Н. Яблочков. Ему была интересна идея создания светильников, внутри которых находятся лампы, работающие от электрической разрядной дуги. Он долго и упорно экспериментировал, и именно благодаря его нескончаемым усилиям появилась так называемая свеча Яблочкова, лампа, которая работала именно на основе дуговой электрической энергии. Правда, вокруг неё пока была воздушная атмосфера. При первых экспериментах не было ещё речи о том, чтобы наполнить колбу другими газами. Однако стоит отметить, что все современные газоразрядные лампы работают именно по принципу, положенному в основу при создании первой свечи Яблочкова.

Вторым важным шагом в истории развития газоразрядных ламп стали люминесцентные источники света, которые появились в 1938 г. Тогда же лампы начали применяться в качестве источников света, так как именно новый шаг в сторону прогресса позволил избежать первой ошибки, не исправленной Яблочковым, – искажённой до предела передачи цвета. А третьим шагом в истории развития данного вида ламп стали пятидесятые годы двадцатого столетия, когда появились лампы высокого давления, которые по цветопередаче были максимально приближены к спектру дневного света. И дошлифовали это изобретение через десять лет, доведя мощность ламп до 100 люмен, то есть сделав их максимально экономичными. Дальнейших структурных изменений газоразрядные конструкции уже не претерпевали.

Все газоразрядные лампы можно поделить на несколько основных типов:

— натриевые лампы высокого давления;

— натриевые лампы низкого давления;

Подвиды ламп уже могут быть совершенно различными. Также газоразрядные лампы подразумевают низкое, высокое и сверхвысокое давление. Первый тип – это обычные люминесцентные лампы, второй тип – более мощные источники света с концентрированной повышенной светоотдачей, и третий – это усовершенствованный тип лампы, дающей яркий свет. При этом газоразрядные лампы могут гореть не только белым, но и другим цветом, например, красным, зелёным или голубым. Этот эффект используется для создания уличного освещения или сигнализаций.

В основе газоразрядной лампы – колба, которая формируется из стекла, металла или керамики, внутри неё – газовая основа, иногда – металлические примеси, соли и другие компоненты, формирующие освещение. Также присутствует электрод основной, электрод поджигающий, горелка и резистор. Такая лампа может работать от трёх до двадцати тысяч часов, мощность её излучения составляет от сорока до двухсот лм/Вт, при этом лампа обладает хорошей цветопередачей и создаёт высокоинтенсивные пучки света благодаря компактной дуге излучения. В качестве наполнителя для колбы используются самые различные газы, такие как ксенон, криптон, аргон, неон, а также ртутные или натриевые соединения.

Принцип работы, на котором основаны газоразрядные лампы, довольно прост. В наполнителе, находящемся внутри колбы, происходит электрический разряд между электродами, и именно эта энергия становится светом, который рассеивается и транслируется через стеклянную колбу. Чтобы стабилизировать и ограничить силу тока, а также осуществлять зажигание, лампы оснащаются пускорегулирующим устройством. Световая отдача у газоразрядных ламп не мгновенная, необходимо около двух-трёх минут для того, чтобы прибор набрал полную силу.

Достоинства газоразрядных ламп

У газоразрядных ламп высокая производительность, и по сравнению с традиционным лампами накаливания «живут» они гораздо дольше. При этом они более экономичны и более точны в цветопередаче. Поэтому при свете газоразрядной лампы можно рисовать или читать, не боясь «испортить глаза». Цвет и световой поток очень стабильны, в том числе, в последние дни и даже часы работы.

Недостатки газоразрядных ламп

Одним из главных недостатков газоразрядных ламп является их высокая цена, а также долгая, почти трёхминутная подготовка. То есть подобная лампа будет достаточно основательно прогреваться, прежде чем начнёт светить на полную мощность. При этом она очень чувствительна и отличается повышенной хрупкостью, что в контексте её потенциальной опасности (внутри колбы находятся ядовитые вещества) предполагает исключительно аккуратное использование и особую форму утилизации. Иногда также газоразрядные лампы сопровождают свою работу шумом и миганием. Если напряжение в сети нестабильно, лампа будет мерцать и гудеть.

  • Мы работаем только оптом с юридическими лицами.

Газоразрядные лампы электрические » общие сведения о данной разновидности электрических ламп.

Тема: что собой представляют электрические газоразрядные лампы.

Данная разновидность искусственных электрических источников света имеет свои специфические особенности, которые мы с Вами и рассмотрим. Итак, как видно из названия — газоразрядные, можно понять, что в основе принципа действия заложен электрический высоковольтный разряд, проходящий в среде определённого вида газа. Действительно, именно ионизация (возбуждённое состояние газа) становится причиной испускания квантов света в окружающее пространство. То есть, определённые виды газов (пары ртути, ксенон, неон и т.д.) оказавшись под воздействием высокого напряжения (высокоинтенсивного электрического поля) ионизируются — атомы газа получают дополнительную энергию, которая преобразуется в «выплёскивание» фотонов, квантов света.

Электрические газоразрядные лампы можно разделить (по способу излучения) на несколько видов — газосветные лампы, электродосветные лампы и люминесцентные.

Газосветные электрические лампы работают по вышеописанному принципу, то есть при подачи высокого напряжения на электроды лампы происходит пробой газового промежутка, возникает ионизация и энергия электричества преобразуется в энергию светового потока, испускаемого этим самым газом в лампе.

Электродосветные лампы немного отличаются своей работой. В них свет излучается от самих электродов, которые возбуждены газовым разрядом. Тут газ играет только роль среды, а не излучателя.

Люминесцентные лампы , которые работают так — в стеклянной колбе имеется газ (пары ртути), по бокам расположены электроды, на которые подаётся напряжение. После пробоя газового промежутка и последующей ионизации газа начинается излучение в ультрафиолетовом спектре. Поскольку нам нужен видимый спектр света, то внутреннюю поверхность колбы покрывают люминофором. В результате, ультрафиолет попадает на этот люминофор, который преобразует его в обычный видимый свет, близкий к дневному. Происходит некоторая трансформация излучаемого светового спектра.

Кроме этого газоразрядные лампы электрические разделяются и по внутреннему давлению — лампы низкого давления (пример, обычные люминесцентные лампы) и лампы высокого давления (пример, лампа ДРЛ). Каждая имеет свои специфические особенности, у них разные внутренние конструкции, различные режимы работы, каждый вид нуждается в своём специальном пуско-регулирующем устройстве и т.д. Более подробно об этом мы поговорим в других статьях. А сейчас рассмотрим имеющиеся достоинства и недостатки этих ламп.

Достоинства электрических газоразрядных ламп:

  • Довольно высокая эффективность работы ламп — у них большая светоотдача (40-220 лм/Вт), в сравнении с обычными лампами накаливания. Хороший диапазон цветового излучения — 2200-20000 К. Хорошая цветопередача — 3000-4200 К.
  • Продолжительный срок службы — производители гарантируют от 3000 до 20000 часов. Опять же, в сравнении с лампами накаливания (у которых он не превышает 1000 часов), это очень много.
  • Высокая экономичность, которая выражается в коэффициенте полезного действия. Если у ламп накаливания большая часть электроэнергии расходуется на выделение тепла, и лишь малая часть преобразуется в свет, то у электрических газоразрядных ламп с этим дело намного лучше.

Недостатки электрических газоразрядных ламп:

Помимо этого газоразрядные электрические лампы нуждаются в закрытых светильниках, поскольку, как было замечено в одном из пунктов, при разбитии колбы высвобождается токсические вещества. Следовательно, данный вид ламп должен хорошо быть защищён от механических повреждений. Учтите, что эти лампы не работают сами по себе, через обычное подключение к источнику электропитания, они нуждаются в дополнительном пусковом устройстве, которое называется ПРА (пуско-регулирующий аппарат) и ИЗУ (импульсно-зажигающее устройство).

Газоразрядная лампа
Газоразрядная лампа – это осветительный прибор, принцип действия которого базируется на горении дуги ионизированного газа.
http://vashtehnik.ru/enciklopediya/gazorazryadnaya-lampa.html
Газоразрядные лампы
Газоразрядные лампы — одни из самых популярных в мире, они используются в промышленном освещении и в коммерческом световом дизайне.
http://pro-lampy.ru/Articles/gazorazryadnye-lampy.php
Газоразрядные лампы электрические » общие сведения о данной разновидности электрических ламп
электрические газоразрядные лампы,работа,принцип действия,люминесцентные лампы,характеристики,достоинства,недостатки,как работают
http://electrohobby.ru/elec_gazor_lamp_sveden_nbp.html

COMMENTS