Разрядные источники света. Газоразрядная лампа Газоразрядная лампа принцип работы

Газоразрядная лампа — это источник света, излучающий в видимом диапазоне энергию. Физической основой является электрический разряд в газах. Газоразрядные лампы еще называют просто разрядными.

Газоразрядные лампы: типы и виды

Типы (виды) газоразрядных ламп:

Устройство:

1. колба;
2. цоколь;
3. горелка;
4. электрод основной;
5. электрод поджигающий;
6. токоограничительный резистор.

Принцип работы

В находящемся внутри колбы наполнителе происходит электрический разряд между электродами. Эта энергия становится тем светом, который рассеивается и передается через стеклянную колбу.

Диоды оборудуются пускорегулирующим устройством для стабилизации, ограничения силы тока, зажигания. У всех газоразрядных ламп световая отдача не мгновенная — около двух-трех минут необходимо для аккумулирования прибором полной силы.

Классификация ГЛ

Различаются:

• по типу разряда;
• по виду газа;
• составом паров металла;
• внутренним давлением;
• применением люминофора;
• сферой применения.

Также отличаются согласно классификации заводов-производителей характерными особенностями конструкций:

1. формой и размерами колбы,
2. конструкцией электродов,
3. используемыми материалами,
4. внутренним исполнением цоколя и выходов.

Признаков, по которым обычно классифицируют газоразрядные лампы очень много. Чтобы не запутаться окончательно, рекомендуем пройтись по списку:

• вид внутреннего газа (пары металлов или их комбинации – ксенон, ртуть, криптон, натрий и прочие, а также газы);
• внутреннее рабочее давление (0,1 — 104 Па – низкое, 3 × 104 — 106 Па – высокое, 106 Па – сверхвысокое);
• вид внутреннего разряда (импульсный, дуговой, тлеющий);
• форма колб (Т — трубчатая, Ш — шаровая);
• метод охлаждения (устройства с водяным, естественным, принудительным охлаждением);
• нанесение люминофора на колбу маркируется буквой Л.

По источнику света ГЛ подразделяются, на:

1. люминесцентные лампы (ЛЛ) с выходящим наружу светом от слоя люминофора, что покрывает диод;
2. газосветные с выходящим наружу светом от газового разряда;
3. электродосветные, в которых используется свечение электродов (они возбуждаются газовым разрядом).

По величине давления:

• ГРЛВД — газоразрядные лампы высокого давления;
• ГРЛНД — газоразрядные лампы низкого давления.

Разрядные характеризуются высокой эффективностью трансформации электрической энергии в световую.

Характеристики ГРЛ

Эффективность	От 40 до 220 лм/Вт
Цветопередача	Ra >90 – отличная, Ra>80 — хорошая
Цвет излучения	От 2200 до 20000 К
Мощность газоразрядных ламп	ГЛ, по сравнению с люминесцентными, наделены повышенной мощностью, что позволяет добиться концентрированного интенсивного света, сохраняя при этом все преимущества газоразрядной технологии (гибкость и экономичность в выборе цветности)
Период службы	От 3000 до 20000 часов
	Компактные размеры излучающей дуги позволяют создавать световые пучки высокой интенсивности

Характеристика разных видов ГРЛ

Модель	Описание
	Вещество: пары металлов ртути. Разновидность газоразрядных ламп, электрический источник света, непосредственно для генерации оптического излучения применяется газовый разряд в парах ртути.
	Вещество: пары металлов ртути. Электрическая ртутная газоразрядная лампа, ориентированная для получения УФ- излучения, с колбой из кварцевого стекла. Существуют и ртутно-кварцевые лампы.
	Вещество: пары металлов ртути. Разновидность газоразрядных ламп (ГРЛ) высокого давления.
	Вещество: пары металлов ртути. Разновидность электрических диодов, широко используемых для освещения больших и объёмных территорий (заводские цеха, улицы, площадки), где не предъявляются требования к цветопередаче ламп, но необходима высокая светоотдача, лампы ДРЛ, как правило, мощностью от 50 до 2000 Вт, рассчитаны изначально на работу в электросетях переменного тока с напряжением питания 220 В.
	Вещество: пары металлов ртути. Похожа по принципу работы со ртутными и натриевыми, но с преимуществом. Вольфрамовая спираль позволяет включать лампу без пускорегулирующего аппарата (ПРА), используются в осветительных приборах, ориентированных для освещения промышленных объектов, улиц, открытых пространств, парковых зон
	Вещество: натрий. Натриевая газоразрядная лампа - это электрический источник света, в качестве светящегося тела - газовый разряд в парах натрия. Доминирующим в спектре является резонансное излучение натрия, свет - яркий оранжево-жёлтый.
	Вещество: инертные газы. Заполнены внутри под низким давлением неоном, излучающим оранжево-красное свечение.
	Вещество: инертные газы. Относятся к источникам искусственного света, в их колбе, заполненной ксеноном, светится электрическая дуга, испускает яркий белый свет, по спектру близкий к дневному.
	Вещество: неон со ртутью. Наполненные неоном и ртутью, выступают в качестве индикатора, в обычном режиме свечение ртути не видно, но при зажигании разряда на максимально отдаленных между собой электродах, то оно становится заметным, индикаторные характеризуются оранжево-красным свечением, в качестве материала электродов – молибден, железо, алюминий, никель. Катод, для снижения порога зажигания покрывается активирующим веществом. Включается в сеть соответствующего напряжения через балластный резистор, что предотвращает переход тлеющего разряда в дуговой, при этом, у определенных типов ламп токоограничивающий резистор встраивается в цоколь, а сама лампа – включается непосредственно в сеть.

Характеристики разных видов ГРЛ

Модель	Описание
D2S	Диод с цоколем. Хорошая замена штатной в линзованной оптике автомобиля. Устанавливается в фары для ближнего освещения и дальнего - освещает и дорогу, и обочину. Средний срок эксплуатации 2800- 4000 часов. Сейсмоустойчива, высокий показатель качества света. Световой поток – 3000-3200 лм. Цветовая температура – 4300 К. Мощность потребления – 35 Вт.
D1S	Ксеноновый свет. Монтируются в фары автомобиля дальнего и ближнего света. С цоколем. Также предназначен для линзованной оптики. Световой поток – 3200 лм. Мощность потребления – 35 Вт. Цветовая температура – от 4150 до 6000К. Срок эксплуатации – не менее 3000 часов.
	Газоразрядная ртутная с цоколем Е40. Устанавливается в светильники с патроном Е40. Используется для внешнего и внутреннего освещения.Функционирует в комплексе с ПРА. Срок службы 5000 часов. Номинальная мощность 250 Вт. Цветовая температура 5000К.
D4S	Надежный и качественный источник света. Экологически чистые. Устанавливаются в фары автомобиля. Характеризуется широким спектром излучения. Номинальная мощность 35 Вт. Световой поток – 3200 лм, период службы – 3000 часов. Цветовая температура – от 4300 до 6000 К.
D3S	Оригинальная линзованная оптика с цоколем. Номинальная мощность 35 Вт, световой поток – 3200 лм. Срок службы – 3000 часов. Цветовая температура – от 4100 до 6000К. Период службы 3000 часов. Отсутствие ртути. Предназначены для освещения автомобиля.
H7	Цоколь для галогенных ламп.
	Газоразрядная ртутная лампа высокого разряда. Устанавливается в светильники с патроном Е40, используется для внешнего и внутреннего освещения, функционирует в комплексе с ПРА. Номинальная мощность 250 Вт, световой поток – 13000 лм. Цветовая температура – 4000 К, цоколь Е40.
	ГЛ с эллипсоидальной формой колбы. Используется для внешнего и внутреннего освещения. Цоколь Е27. Световой поток – 6300 лм. Мощность 125 Вт. Цветовая температура – 4200 К.
	ГЛ с эллипсоидальной формой колбы. Используется для внешнего и внутреннего освещения. Цоколь Е40. Световой поток – 22000 лм. Мощность 400 Вт. Цветовая температура – 4000 К.
	ГЛ используется для внешнего и внутреннего освещения. Цоколь Е40. Световой поток – 48000 лм, мощность 400 Вт. Цветовая температура – 2000 К.
	ГЛ ДНАТ, эффективный источник света с пониженным уровнем УФ-излучения. Мощность 400 Вт. Трубчатая с односторонним цоколем формы колбы. Цоколь Е40. Цветовая температура – 2100 К. Световая отдача – 120лм/Вт. Используются в закрытых светильниках и для освещения растений. Срок службы – 20000 часов.
	Относится к линейке монохроматических натриевых ГЛНД. Высокая эффективность до 183 лм/Вт. Излучает монохроматический теплый желтый свет. Предназначены для освещения дорог с максимальной яркостью и минимальными энергозатратами, для освещения пешеходных переходов вместо люминесцентных и ртутных источников света. Цветовая температура – 1800 К, цоколь 775 мм.
	Металлогалогенные высококачественные источники света, двухцокольные. Специально разработаны для приборов, создающих световые потоки. Наполнение ламп – ртуть и редкоземельные элементы, что создает луч света высокой яркости с довольно хорошим индексом цветопередачи. Низкий уровень инфракрасного излучения, высокая светоотдача, механическая прочность, прекрасные световые характеристики, стабильность цветовой температуры, возможность "горячего" перезапуска. Мощность 575 Вт. Световой поток 49000 лм. Цветовая температура - 5600 К, период службы – 750 часов.
	Оригинальный номер D1S.
	Эффективный источник света, высокое качество, световой поток 48000Лм. Цветовая температура - 2000 К, период службы – 24000 часов. Цоколь Е40. Трубчатая с односторонним цоколем формы колбы. Световая отдача – 120 лм/Вт. Мощность 400 Вт. Применяется для искусственного освещения цветников, теплиц, питомников для растений.
	Оригинальный номер D3S ближнего света. Применяется для освещения авто.
	Ксеноновая лампа. Мощность 35 Вт. Цоколь D2S. Температура свечения 4300 К. Излучает свет, приближенный к дневному. Длительный срок службы, включается без задержек, ориентированы для использования в автомобиле.
	Ксеноновый диод высокого качества с мощностью 35 Вт. Цоколь D1S. Используется в автомобилях в фарах ближнего света.
	Ксеноновая лампа высокого качества с мощностью 35 Вт. Монтируется в двойные фары.

Характеристики ГРЛ типа ДНАТ

	Люминесцентная дуговая ртутная лампа. Мощность 125 Вт, световой поток 5900 лм, срок службы 12000 часов. Ориентирована для освещения улиц, больших производственных и складских помещений. Устанавливаются в прожектор, эксплуатируется на морозе.
	Натриевые лампы, световой поток 15000 лм. М ощность 150 Вт, срок службы – 15000 часов, цоколь Е27. Имеет разные сферы применения – в теплицах, питомниках, цветниках, для освещения подземных переходов, улиц, закрытых спорткомплексов.
	Натриевые лампы, световой поток 9500 лм. М ощность 100 Вт, период службы – 10000 часов. Цоколь Е27. Имеет разные сферы применения – в теплицах, питомниках, цветниках.

Область применения ГЛ

Характеризуются обширной областью применения:

1. освещение уличное в городской и сельской местности, в фонарях для подсветки парков, скверов и пешеходных дорожек;
2. освещение общественных помещений, магазинов, производственных сооружений, офисов, торговых площадок;
3. в качестве подсветки рекламных щитов и наружной рекламы;
4. высокохудожественного освещения эстрад и кинотеатров с применением специального оборудования;
5. для освещения транспортных средств (неоновые);
6. в подсветке дома.

Прожектор: область применения и виды

Для открытых пространств, для освещения:

• промышленных территорий;
• спортивных комплексов и стадионов;
• карьеров;
• фасадов зданий и различных сооружений;
• памятников;
• мемориалов;
• развлекательных шоу;
• животноводческих комплексов.

ВАЖНО! Прожекторы различают по форме отражателя и пучку излучения.

• ассиметричные;
• симметричные.

Вид	Область применения
Для стробоскопа	Используются импульсные газоразрядные лампы типа ИФК-120 в фотовспышках. Стробоскопический эффект зачастую используют в ночных клубах: танцующие в затемненном помещении освещаются вспышками, при этом выглядят застывшими, а при каждой новой вспышке – меняются позы
Для уличного освещения	Источником света ГЛ для уличного освещения выступает сжигание газообразного топлива, что способствует формированию электрического разряда: метан, водород, природный газ, пропан, этилен или другие виды газа. Фактором для использования ГЛ для уличной подсветки является высокая эффективность их работы (светоотдача — 85-150 лм/вт). Часто используют для декоративной уличной подсветки, период службы достигает 3000-20000 часов
Для растений	Как правило, используются ЛЛ общего назначения, ртутные высокого давления, натриевые ГЛ, совершенные металлогалоидные лампы для освещения большого зимнего сада. Можно использовать один или несколько потолочных светильников с довольно мощными (от 250 Вт) газоразрядными металлогалоидными или натриевыми диодами

Недостатки и преимущества ГРЛ

Недостатки газоразрядных ламп	большие габариты; длительный выход на рабочий режим; необходимость в ПРА, что отражается на стоимости; чувствительность к перепадам и скачкам напряжения; звуковое сопровождение при работе, мерцание; применение токсических компонентов при их производстве, что нуждается в особой утилизации.
Достоинства	не зависят от условий окружающей среды; характеризуются незначительным периодом разгорания; несущественное снижение светового потока к концу периода службы.
Преимущества	экономичность; продолжительный срок службы; высокая эффективность.

Как проверить газоразрядную лампу?

Необходимо соблюдать несколько правил:

• не спешите вставлять новую годную лампу на место старой, необходимо убедиться, что дроссель не замкнут, в противном случае сгорят сразу две спирали;
• поставьте диод сначала с целыми спиралями, но не рабочую, в которой газ мигает либо тускло светится. Если спирали останутся целыми, то можно ставить новую лампочку, если же сгорят – меняйте дроссель;
• если необходим ремонт, начинать следует со стартера, выходящего чаше со строя в сравнении с другими компонентами светильника;

  Лампы накаливания

  1. низкая световая отдача;
  2. срок службы около 1000 часов;
  3. неблагоприятный спектральный комплекс, искажающий светопередачу;
  4. наделены большой яркостью, но равномерного распределения светового потока не дают;
  5. нить накаливания следует закрывать, чтобы исключить прямого попадания света в глаза и вредного на них воздействия.

  Чем отличаются ГРЛ (читайте выше) и светодиодные?

  Светодиодные:

  • высокая экономичность энергопотребления;
  • экологически чистые, не нуждаются в особых условиях по обслуживанию и утилизации;
  • срок службы – непрерывная работа не менее 40-60 тыс. часов;
  • световой поток стабилизирован во всем диапазоне питающего напряжения от 170- 264 В, при этом без изменений параметров освещенности;
  • быстрое зажигание;
  • отсутствие ртути;
  • отсутствие пусковых токов;
  • имеется возможность главной регулировки мощности;
  • отличная цветопередача.

Газоразрядные лампы представляют собой источники излучения световой энергии видимого диапазона. Основным конструктивным элементом газоразрядной лампы является стеклянная колба с закачанным внутрь газом либо парами металлов. С обеих сторон к колбе подводятся электроды, между которыми происходит возникновение и горение электрического разряда.

Газоразрядные лампы имеют достаточно обширную классификацию. Различают два основных типа:

1. Лампы газоразрядные высокого давления (ГРЛВД). Они включают в себя ДРИ, ДРЛ, ДКсТ, ДНат.
2. Газоразрядные лампы низкого давления (ГРЛНД), которые включают в себя ЛЛ различных типов, КЛЛ, специальные ЛЛ.

Данные источники света успешно вытесняют морально устаревшие лампы накаливания, которые, тем не менее, находят применение в специфических помещениях, где установка других ламп невозможна.

Преимуществами газоразрядных ламп являются:

1. Эффективность.
2. Высокая степень светоотдачи.
3. Высокая степень цветопередачи.
4. Экономичность.
5. Долгий срок эксплуатации

Недостатки, которыми обладают газоразрядные лампы, следующие:

1. Линейность излучаемого спектра.
2. Дороговизна.
3. Габаритные показатели.
4. Необходимость установки пускорегулирующей аппаратуры.
5. Наличие т.е. мерцания излучения.
6. Высокая чувствительность к перепадам напряжения.
7. Токсичность.
8. Работа только на переменном токе.

Качественные характеристики, которыми обладает каждая газоразрядная лампа, отвечают высоким предъявляемым требованиям, таким как:

1. Эксплуатация - до 20000 часов горения.
2. Эффективность - до 220 люменов на каждый кВт энергии.
3. Различный цвет излучаемого света: естественный и т.д.
4. позволяет создавать пучки светового излучения высокой интенсивности.

Среда, в которой происходит процесс горения электрического разряда, может быть наполнена разнообразными газами, такими как аргон, неон, ксенон, криптон, а также парами различных металлов, например, ртути или натрия.

Необходимо учитывать то, что газоразрядные лампы любого типа должны устанавливаться в закрытые светильники, оборудованные Для успешной работы подобного типа источников света следует устанавливать специальную пускорегулирующую аппаратуру и балласты.

Газоразрядные лампы требуют высоких параметров электрической сети, к которой они подключаются. Не допускаются большие (более, чем 3%) отклонения параметров сети от номинальных.

Газоразрядные лампы могут применяться в производственных цехах и прочих помещениях заводов, во всевозможных магазинах и торговых центрах, офисах и различных общественных помещениях, а также для зданий и пешеходных дорожек. Кроме того, они широко используются для высокохудожественного освещения кинотеатров и эстрад, для чего применяется профессиональное оборудование.

Экономичность газоразрядных ламп позволяет сократить затраты на осветительную аппаратуру и комплектующие к ней.

Газоразрядная лампа – осветительный прибор, принцип действия базируется на горении дуги ионизированного газа. Это обширное семейство, в начале XXI века захватившее в мире едва ли не три четверти сегмента иллюминации. Сюда входят популярные люминесцентные лампы дневного света, лампы ДРЛ. Ещё до внедрения 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

Принято считать годом рождения газоразрядных ламп 1675. Однажды ночью французский учёный Жан-Феликс Пикар заметил свечение ртутного барометра, когда переносил его из обсерватории в порт святого Майкла. Чтобы читатели представили явление, нужно учесть особенности конструкции. В ртутном барометре имеется трубка, запаянная с конца. Вдобавок наличествует чаша. Оба предмета заполнены металлической ртутью.

Для определения давления трубку резко переворачивают и опускают в чашу. Тогда ртуть под действием земного тяготения стекает 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, призвано уравновесить силу тяжести.

При транспортировке барометра Пикар 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 используются в отдельных газоразрядных источниках света. К примеру, ультрафиолетовая составляющая свечения активизирует люминофор лампы дневного света.

Пикар не смог объяснить обнаруженного явления, но немедленно доложил о произошедшем в научных кругах. Позднее изучением занялся известный швейцарский математик Иоганн Бернулли. Ему задача оказалась также не по зубам, но сей учёный муж активно практиковал опыт со свечением, дал представление французской академии наук. В 1700 году на демонстрации явление лицезрел английский механик, по совместительству учёный, Фрэнсис Хоксби. На базе Королевского научного общества Британии Хоксби принимается активно ставить опыты.

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

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 путём трения ладонями наблюдалось свечение, чтобы читать книгу в непосредственной близости. В 1705 году английское научное общество продемонстрировало первую газоразрядную лампу. Предоставлялось верное объяснение, что к обнаруженному явлению причастны пары ртути. Потом – ход работ замер на целый век. Не находилось практического применения вновь открытому явлению.

Первые газоразрядные лампы

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

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

В понимании Дюфе объект приобретал заряд аналогичного знака при соприкосновении. Чем объясняется рассмотренное явление. Но истинный прогресс в науке начался, когда 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, ставшее основой для прочих: Стивен Грей додумался собрать проводники воедино и получил первую в мире электрическую цепь. С тех пор ток стали передавать на расстояние.

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

Чуть позднее, в 1752 году, Ватсон частично реализовал перечисленные задумки (первый дисплей запатентован в 1893 году). К примеру, 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 – 2100) пар медных и цинковых пластин. Для сравнения – источник энергии сэра Хампфри Дэви показывал вдвое меньшую мощность (2000 пластин).

Достижения Петрова оказались забыты под влиянием событий Отечественной войны 1812 года и в силу российского наплевательства. В Англии к электричеству подошли серьёзно. Заслуга Хампфри Дэви немалая. Он, будучи химиком, повторяя опыты зарубежного коллеги, начал экспериментировать с различными газовыми средами. Конечно, член Королевского научного общества был знаком с опытами Фрэнсиса Хоксби и захотел проверить, не стало ли новое открытие повторением ранних попыток создать искусственные источники света.

Эти эксперименты привели к открытию линейных спектров газовых разрядов. Попутно замеченные Волластоном и Фраунгофером особенности излучения Солнца в последующем позволили Кирхгофу и Бунзену высказывать предположения о составе атмосферы светила. Это тесно связно с рассматриваемой темой, спектр разряда также линейчатый. К примеру, натриевые лампы дают оранжевый свет, и при помощи люминофора приходится распределение частот корректировать (лампы ДРЛ). Потом эстафету принял Майкл Фарадей (с середины 30-х годов XIX века), показал процесс возникновения дуги в среде разреженных газов. Внёс 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.

Газоразрядные лампы Гейслера

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

С 80-х годов трубки Гейслера широко выпускаются для целей развлечения населения. Сегодня неоновые огни считаются лицом США. Примечательно, что будучи помещены рядом с источниками сильного электромагнитного излучения — катушки Тесла — лампы Гейслера загораются самопроизвольно. 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.

Тем временем в России

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

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

От Эдисона до современных газоразрядных ламп

Несмотря на явные преимущества, газоразрядные лампы Гейслера демонстрировали существенные недостатки. К примеру, 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. Его заинтересовали газоразрядные лампы Гейслера. Что не так с моим светом? – вопрошал Эдисон. Мур ответил: он слишком тусклый, слишком горячий и чересчур красный. Это вся правда о лампах накаливания того времени.

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

С 1894 Мур организовывает две собственные компании, занимающиеся проблемами освещения. Главной особенностью ламп (1896 год) стало то, что газ по мере расходования возобновлялся. В результате устройство работало 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 сложность и громоздкость (50 ярдов длиной) отдача того стоила. КПД новых газоразрядных ламп в 3 раза превышал аналогичные цифры для ламп накаливания.

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

Желающие узнать больше могут заглянуть в разделы про лампы ДРЛ и люминесцентные лампы.

Современные виды ламп, которые применяются для освещения жилых, офисных, хозяйственно-бытовых помещений на сегодняшний день впечатляют своим разнообразием. Отличаются они друг от друга не только мощностью освещения, но и принципом действия, как следствие – разнообразием оттенков света, долговечностью и потребляемым количеством электроэнергии.

Соответственно, бывают виды ламп освещения, которые потребляют небольшое количество электроэнергии и при этом излучают яркое освещение и минимум тепла – эти лампы классифицируются, как энергосберегающие лампы, виды их по конструкции также разнообразны.

Нового поколения виды электрических ламп бывают таковыми, которые являются устойчивыми к перепадам напряжения в сети и имеют большее количество часов работы и циклов включения/выключения, что в сочетании с низким энергопотреблением значительно отличает их от традиционных ламп накаливания.

Однако, современные лампы освещения не ограничиваются этим, они имеют не только показатели светоотдачи, потребления электроэнергии и количество часов работы, существует и множество и других нюансов, как частота мерцания, экологичность, наличие/отсутствие встроенных выпрямителей тока, и многое другое.

Посему рассмотрим, какие бывают виды ламп на сегодняшний день, в первую очередь – основные положения, затем — рассмотрим принцип действия электрических ламп освещения из такого существующего их перечня:

• лампы накаливания;
• газоразрядные лампы;
• светодиодные лампы.

Лампы накаливания являются наиболее распространенными на территории стран СНГ, и, пожалуй, самым древним видом ламп. Они не имеют ни каких особенных преимуществ, выделяют много тепла, потребляют много электричества, не имеют защиты от перепадов напряжения.

Единственное преимущество – теплое, подобное натуральному, солнечное освещение, которое, по мнению многих, не сравнится с явно искусственным освещением других видов ламп. Кроме того, они являются экологически чистыми в отличие от следующего вида ламп.

Газоразрядные лампы , а также их разновидность — люминесцентные лампы хороши тем, что имеют множество разновидностей, каждая из которых имеет определенное лучшее качество.

Ранее на территории СНГ были распространены классические, ртутные лампы дневного освещения, но на сегодня они в большей степени ушли в небытие и на их место пришли новые их разновидности.

Виды современных газоразрядных ламп применяются не только как обыкновенные источники электрического освещения в быту; они имеют декоративные разновидности, приемлемые для подсветки потолков, ниш и т. д.

Светодиодные лампы являются ничем иным, как современной альтернативой предыдущим двум видам ламп. Эти лампы – нового поколения энергосберегающие, экологичные и долговечные (стойкие к перепадам напряжения) осветительные электрические элементы.

Они имеют явное преимущество перед остальными видами ламп, но единственный недостаток – стоимость, так как технология их производства на сегодня новая и довольно дорогостоящая. Но их долговечность и экономичность, по мнению производителей, окупит разовые затраты на их приобретение.

Виды и принцип работы современных ламп накаливания

Принцип работы лампы накаливания основан на нагреве металлической спирали, находящейся в вакууме (лампы мощностью до 25Вт) или газе аргон или аргон+азот (средней мощности и высокомощные лампы) в герметично запаянной стеклянной колбе.

При прохождении через спираль, ток разогревает ее до температуры, равной впредь до 3000 градусов по Цельсию, вместе с этим происходит и излучение света, инфракрасных лучей.

Сама спираль выполнена из особо прочного и весьма тугоплавкого металла – вольфрама, а степень яркости освещения прямо пропорционально зависит от температуры нагрева; кроме того, газовая среда, в которой находится спираль, может содержать в себе частицы галогенов – соединений 17-ой гр. Таб. Менделеева (F, Cl, Br, I).

Современные лампы накаливания производятся из стекла с металлическим плафоном, имеющим резьбу, по средствам которой происходит фиксация в патроне, но имеются разновидности с контактно-зажимными и штыревыми типами соединений.

Виды ламп накаливания могут иметь четыре модификации, четыре условных обозначения, указывающих на тип спирали и окружающей ее среды в лампе накаливания: В (вакуумная), Б (биспиральная с аргоновым напылением), БО (биспиральная с аргоновым наполнением в опаловой колбе), Г (моноспиральная с аргоновым напылением).

Отдельным видом наиболее современных ламп накаливания являются галогенные лампы накаливания, отличие которых от вышеописанных обусловлено содержанием галогенных частиц в газовой среде лампы накаливания (частиц йода, хлора, брома), которые вступают в реакцию с испарившемся металлом с поверхности спирали.

После этого процесса металл возвращается на поверхность спирали по средствам температурного разложения получившегося соединения. Таким образом, они имеют больший КПД, срок годности и другие характеристики.

Что касается бытового назначения ламп накаливания, то они являются лампы общего назначения и обозначаются аббревиатурой ЛОН.

Виды и принцип работы современных газоразрядных ламп

Принцип работы газоразрядных ламп состоит в том, что видимое излучение света происходит вследствие возникновения разряда электричества в герметичной среде газа (неон, аргон, криптон, ксенон) или пара металлов (натрий, ртуть).

Таким образом, среда газа/пара металла – это и есть проводник тока, который от вольфрамового электрода с большим потенциалом (фазы, «+») проводит его к вольфрамовому электроду с меньшим потенциалом (нуля, «-»), излучая минимум тепла при высокой степени светоотдачи.

При этом в составе среды газа/пара могут применяться и галогены (фтор/F, хлор/Cl, бром/Br, йод/I), которые улучшают светоотдачу и остальные показатели газоразрядных ламп.

Существует также и газоразрядные люминесцентные лампы – лампы, в которых в результате разряда в парах ртути образуется невидимое для человеческого глаза ультрафиолетовое излучение (тепловое излучение), которое преобразуется в видимый свет при помощи находящегося на внутренних стенках колбы напыления люминофора (соединений галофосфата).

подразделяются на лампы низкого и высокого давления – по давлению внутри колбы.

Лампы высокого давления имеют в качестве основного преимущества высшую степень светоотдачи, и подразделяются в свою очередь по типу наполнителя на:

• ртутные;
• натриево-ртутные;
• иодидо-металло-ртутные;
• инертно-газовые.

Ртутные газоразрядные лампы высокого давления имеют напыление люминофора, является Люминесцентной лампой высокого давления и обозначается аббревиатурой ДРЛ.

Натриево-ртутные газоразрядные лампы высокого давления именуются также как просто натриевые и обозначаются аббревиатурой ДНаТ.

Иодидо-металло-ртутные газоразрядные лампы, а точнее лампы высокого давления с наполнителем — иодидами редкоземельных металлов с вмещением ртутных паров, именуются как металлогалогенные лампы и носят аббревиатуру ДРИ.

Инертно-газовые газоразрядные лампы высокого давления являются сугубо газовыми лампами, в которых применяются аргон, ксенон, неон, криптон или же их смеси и носят названия соответственно содержания газа.

Лампы низкого давления имеют преимущества только при освещении помещений, не нуждающихся в высокой мощности осветительных приборов; чаще всего – это декоративного освещения источники света, которые в зависимости от наполнителя бывают такие:

• ртутные с инертным газом;
• натриевые.

Лампы низкого давления с наполнителем паров ртути с примесью разновидностей инертного газа, именуемые как обыкновенные люминесцентные лампы (ЛЛ) и содержат еще слой люминесцена (см. принцип работы газоразрядных ламп).

Лампы низкого давления с наполнителем паров натрия – не являются таковыми, как предыдущие из-за совсем иного принципа действия, обозначаются аббревиатурой ДнаС.

Прочитав вышеописанные виды и принцип работы, Вы уже догадались, что по источнику света эти лампы подразделяются на газоразрядные и люминесцентные, а что касается низкого давления таких ламп, он на сегодняшний день их производят в качестве энергосберегающих.

Виды и принцип работы современных светодиодных ламп

Принцип работы светодиодных ламп состоит в излучении света от находящихся в этих лампах одиночных светодиодов или групп светодиодов, связанных специальной микросхемой, вмещающей в себе преобразователь сетевого тока в рабочий ток, на котором работают данные элементы.

Сам же светодиод представляет собой полупроводниковый аналоговый элемент, ранее использовавшийся для индикации в микроэлектронике. Этот элемент семейства диодов перерабатывает электрический ток в свет по средствам прохождения его (тока) через полупроводниковый кристалл. Кроме того, он имеет свойство пропускать ток только в одном направлении.

Если подробнее о принципе действия светодиода лампы, то он состоит из анода и катода, которые расположены по противоположным сторонам светоизлучающего кристалла, который легирован с этих сторон примесями: с одной – акцепторными, со второй — донорскими. В свою очередь кристалл находится на подложке из различного материала: кремния, силикона или находится в стеклянной оболочке.

При прохождении электрического тока от источника с большим потенциалом (анода, «+»), он движется через кристалл в направлении электрода с меньшим потенциалом (катод, «-»). Эту область перехода тока называют p-n переходом, в котором, собственно и возникает свечение при рекомбинации электронов и дырок в его области.

Виды светодиодных ламп как таковые, различные по конструкции, по составу внутренней среды и остальным техническим параметрам, присущим лампам накаливания и газоразрядным лампам, не существуют.

Имеются различия по форме плафонов (стандарты соответствуют остальным лампам), цветовой отдаче, и по рабочему питанию, что мы рассмотрим подробнее. Касаемо последнего, светодиодные лампы различают:

• питание 4В;
• питание 12В;
• питание 220В.

Светодиодные лампы с питанием 4В применяются для слабомощных источников освещения, часто применяются в декоративных светильниках — «свечках». Соответственно, применяются как вспомогательное локальное, часто-густо декоративное освещение.

Светодиодные лампы 12В являются заменой современных ламп накаливания, также и галогенных ламп, а также разновидностей газоразрядных/люминесцентных ламп. Они имеют достойную мощность освещения при невысокой теплоотдачи, что делает их не только хорошими источниками общего, но и мебельного встроенного освещения.

Светодиодные лампы 220В – используются для высокомощного освещения, входное питание 220В преобразуется в меньшее по средствам встроенного трансформатора и питает светоизлучающие элементы (светодиоды). Единственный вид светодиодных ламп, которые не требуют отдельного подключения трансформатора.

Энергосберегающая лампа – это осветительный прибор, причём эффективнее, нежели обычная лампочка с нитью накала. Под определение попадает сегодня несколько типов устройств. Поговорим про разрядные и светодиодные лампы, их разновидности.

Понятие энергосбережения для электрических ламп

Заметим, что про высокую светоотдачу некоторых разновидностей ламп известно давно. С момента появления в 1938 году ртутных ламп низкого давления с приемлемой цветопередачей стало понятно, что за последним классом устройств будущее. Но теперь, когда вышли первые приборы на светодиодах, конкурентоспособность сравнительно тусклых и сложных разрядных ламп уже ставится под сомнение. Однако европейские стандарты делят технику не по признаку вложенных в неё технологий, а по мере энергосбережения.

Рассмотрением вопроса занимаются правила № 874/2012, 12 июля 2012 года выпуска, в поддержку директивы Европейского парламента 2010/30/EU. В документе приводятся сведения о лампах, полезные или интересные читателям:

1. Документ касается всех разновидностей бытовых ламп: с нитями накала, люминесцентных, разрядных, светодиодных. Три последних группы считаются вдобавок энергосберегающими.
2. Для каждой лампочки указывается степень энергоэффективности цветной наклейкой, наподобие изображённых на фото. Указанная часть позволяет быстро понять, что это за лампочка, считается ли энергосберегающей.

Коэффициент энергоэффективности различается для направленных и ненаправленных источников света. К примеру, правила Евросоюза доводят до покупателей информацию, представленную в виде таблицы на скрине. Из приведённых цифр понятно, что индекс энергоэффективности (IEE) для направленных источников света бывает выше и значительно больше единицы. Самыми лучшими признаны устройства класса А++, наименее эффективные – Е. В быту принято называть энергосберегающими лампы, для которых параметр укладывается в диапазон от А и выше.

Узнаем, как подсчитывается индекс энергоэффективности. В ходе вычислений реальный световой поток источника света сравнивается с идеальным: I I E = Pcor / Pref. Где Pcor – номинальная мощность потребления, которую для устройств с внешними драйверами полагается корректировать согласно данным таблицы, представленной на рисунке. Для прочих устройств число берётся непосредственно, без изменений.

Напоминаем, что драйвером лампы называют модуль для преобразования напряжения сети к нужному формату. К примеру, внутри цоколя Е27 часто стоит микросхема импульсного блока питания. Это драйвер, причём внутренний. Pref – это некое потребление эталона, своеобразной идеальной лампы. Вычисляется по формулам, представленным на рисунке, сообразно тому, больше световой поток 1300 люменов или меньше.

Не бойтесь сложных выражений, авторы отредактировали скрины, снабдив уместными пояснениями. Вы увидите, что номинальная мощность эталона вычисляется из светового потока подопытной лампы по простым формулам. В таблице указано три варианта:

• Ненаправленные источники света.
• С углом ограничивающего конуса 90 градусов или более за исключением несущих на упаковке предупредительные символы о невозможности использования в акцентированном режиме и с нитями накала.
• Все прочие направленные лампы.

Спрашивается, как измерить световой поток. Во-первых, часто энергосберегающие лампы снабжаются упаковками, где прописано конкретное число, во-вторых, при помощи приборов значение получается в лабораторных условиях. Энергоэффективность выявляют по результатам тестов, сложностей не возникает. Собственно, всю информацию на английском языке нетрудно прочитать со скринов. Мы перевели на русский для лучшего восприятия.

Лампы, относимые к энергосберегающим

Сегодня под определение энергосберегающих подпадает два больших класса ламп:

1. Светодиодные.
2. Разрядные.

Светодиодные энергосберегающие лампы

Энергосберегающая лампа на светодиодах по всем признакам скоро вытеснит прочие разновидности. Судите сами: эффективность обычно выше А, срок службы находится в диапазоне люминесцентных приборов. Типовые значения – от 20 до 50 тыс. часов. Легко отличить светодиодную модель от прочих по двум признакам:

1. Наклейка с показателем энергоэффективности поможет отличить грушевидные модели от ламп с нитями накала.
2. По форме колбы легко провести разграничение с люминесцентными лампами, которые также считаются энергосберегающими.

Срок жизни лампочки накала составляет 1000 часов. Если присмотритесь, на пачке (см. фото) увидите тождество, где одна светодиодная приравнена к тридцати обычным. Здесь как раз подразумевается срок жизни в 30000 часов. Этого хватит на 10 лет интенсивной работы. Причём это далеко не главная причина популярности светодиодных лампочек. Последние до 10 раз меньше потребляют электрической энергии на прежний суммарный световой поток в видимом диапазоне. Много экономится за счёт отсутствия нагрева. В результате инфракрасный спектр ощутимо беднее, впрочем, человеку он и не нужен.

Нельзя сказать, что светодиодные лампочки намного лучше люминесцентных, но при одинаковой светимости, указанной на упаковке, первые создают визуально более благоприятное впечатление. Невооружённым глазом видна разница. Снижение затрат заметно уже после первого месяца эксплуатации. После внедрения в обиход светодиодных лампочек главным врагом семейного бюджета становится холодильник, на втором месте идут экономные персональные компьютеры. Делайте выводы: при покупке дюжины светодиодных лампочек по цене 180 рублей за штуку каждый месяц сберегается цена одной.

Приблизительно через год в описанном выше случае уже уместно говорить о возврате средств, вложенных в иллюминацию жилища. Самое главное, что о вопросе экономии света допустимо забыть и спокойно включать свет при необходимости. Упомянем и о прочих преимуществах: требования к проводке и выключателям становятся намного более мягкими. Токи снижаются в 10 раз, сечение по меди возможно урезать до минимума, это уже прямая прибавка к бюджету на ближайший ремонт. Люстры допустимо приобретать менее стойкие к нагреву, до пожароопасной температуры эти лампочки не нагреваются. Аварийные случаи не в счёт.

К единственному минусу светодиодных ламп авторы склонны отнести сложность ремонта. Крайне непросто добраться до драйвера, в результате невозможно отремонтировать прибор. У люминесцентных ламп цоколь просто снимается, что повышает шансы на возврат изделия к жизни.

В семейство входят все лампы, где свечение образуется за счёт медленно тлеющего разряда. Первой успешной версией, вероятно, считаются трубки Гислера, бытовавшие ещё в XIX веке в развлекательных заведениях Европы. Упоминалось о факте ранее, в обзоре про люминесцентные лампы, сегодня остановимся на более практической части. На рубеже XX и XXI веков до 80% светового потока в развитых странах приходилось на разрядный тип приборов. Срок службы тоже немаленький – от 10 до 50 тыс. часов.

В начале развития направления стало понятно, что ртутные лампы высокого давления и натриевые лампы низкого давления чрезвычайно хороши, но применять их для бытовых нужд не решались: слишком плохая цветопередача. Людская кожа попросту выглядела страшно в подобном соседстве. Напомним, что цветопередачей оптического источника называется степень схожести освещаемых им различных цветовых оттенков с истинным положением на спектральной шкале. Кстати, светодиодные лампы дают изумительные результаты.

Для разрядных первый приемлемый эффект получен с люминесцентными лампами дневного света (ртутные низкого давления). Они появились в 1938 году, стало понятно, что устройства постепенно завоюют сегмент бытового применения. В 50-х годах XX века появились ртутные лампы высокого давления (дуговые ДРЛ). Потом последовали разрядные лампы высокой интенсивности, где впервые удалось преодолеть КПД в 100 лм/Вт. Это сильнее увеличило привлекательность приборов для обывателя. Спектр излучения подбирается наполнением колбы (газ, пар, их смеси) либо условиями горения дуги.

Широкое распространение получили люминесцентные разрядные лампы, где спектр получается за счёт облучения ультрафиолетом специального вещества (люминофора). Возникла и немалая путаница. К примеру, к разрядным часто причисляют и галогенные лампы. Но это далеко не всегда правильно. К примеру, в кварцевых нагревателях применяются нити накала, дуга там отсутствует. А галогениды металлов служат иным целям: испаряющийся со спирали вольфрам немедленно вступает в соединение, которое не осаждается на стеклянной колбе. В результате возвращения молекулы на поверхность горячей нити (за счёт случайных процессов) металл восстанавливается. Так значительно возрастает срок службы.

Галогениды часто используются и в разрядных лампах. Причём для аналогичных целей. Ключевым признаком металлогалогенных разрядных ламп (появились в 60-х годах XX века) считается горящая дуга. В последнем случае галогениды (йод, бром, хлор) играют дополнительную роль: изменяют спектр свечения, создают нужную плотность металлов в объёме газов и паров. В результате возникают уникальные свойства источников света, невозможные в других условиях. Известно третье свойство, не настолько очевидное: отдельные металлы с привлекательным спектром излучения при нагреве кварцевой колбы до 300 градусов Цельсия ведут себя агрессивно. Прежде всего щелочные, кадмий, цинк. Одновременно их галогениды намного более инертны, разрушения кварцевой колбы уже не происходит.

Особенно замечательный эффект отмечается при смешивании нескольких типов веществ. К примеру, металлы I и III группы таблицы Менделеева дают отдельные спектральные полосы в диапазоне:

• Натрий – 589 нм (близко к оранжевому).
• Таллий – 535 нм (зелёный).
• Индий – 410 и 435 нм (интенсивно фиолетовый).

Скандий, лантан, иттрий и редкоземельные металлы дают спектр из множества полос, заполняющих видимый спектр. Часть читателей спрашивает – зачем это, собственно, нужно? Дело здесь не только в разнообразной цветопередаче. Важна цветовая температура лампочки. На фото, к примеру, красуется светодиодная на 4500 К. Это холодный оттенок, но до дневного света ей далеко. Рубеж начинается с 6000 К.

Подбирая нужным образом цветовую температуру, удаётся задавать циркадные ритмы человеческой психики. Явление означает улучшение работоспособности днём, хороший сон в ночной период, успокоение или нагнетание напряжённости. Ниже авторы привели таблицу, где показаны индексы цветопередачи и прочие параметры для металлогалогенных ламп с различным заполнением. Быстро отыскать подобное изделие на прилавке поможет кодировка ДРИ (и другие похожие).

Позднее расскажем про натриевые лампы и керамические горелки, индексы цветопередачи и влияние температуры на психику. Любое знание ограничено, и лишь незнание не имеет границ.