Адрес этой страницы' ?>

§ 8. Источники искусственного освещения

Для искусственного освещения в настоящее время используются лампы накаливания и газоразрядные лампы.

Электрические лампы накаливания и область их рационального применения. Область применения любых источников света не в малой степени связана с их характеристиками. Чтобы перейти к характеристике электрических ламп накаливания как источников света, рассмотрим некоторые закономерности теплового излучения»

Всякому телу при любой температуре выше абсолютного нуля свойственно тепловое излучение. Величина этого излучения быстро растет с повышением температуры, но видимым оно становится только при температуре порядка 700° С, когда в излучении, кроме инфракрасных лучей, начинают появляться и видимые лучи спектра. Максимум излучения находится в области видимых излучений при температурах 3500—7500° С. При температурах за этими пределами максимум излучений соответственно перемещается в инфракрасную или в ультрафиолетовую области спектра.

Чем большая доля излучений приходится на видимую область спектра, тем будет выше коэффициент полезного действия источника света или, как иногда называют «световой к. п. д.», выражаемый отношением светового потока к лучистому потоку.

Рис. 51. График зависимости коэффициента полезного действия источника света от температуры его тела накала

На рис. 51 показана зависимость светового к. п. д. нагретого тела от его температуры. Из этой зависимости следует, что к. п. д., равный 14%, является пределом экономичности для тепловых источников света.

В современных лампах накаливания в качестве тела накала выбрана вольфрамовая нить, так как вольфрам является наиболее тугоплавким из металлов. Его температура плавления около 3400° С. Внутренняя структура вольфрамовой проволоки обеспечивает устойчивость ее формы и механическую прочность при высокой температуре нагрева. Нить накала лампы имеет температуру 2300—2700°С, и, как видно из рис. 51, соответствующее значение светового к. п. д. составляет 1—3%.

Экономичность электрических ламп обычно характеризуется величиной их световой отдачи, т. е. числом люменов, приводящихся на 1 Вт потребляемой лампой мощности Ким/Вт).

Выше отмечалось, что экономичность лампы возрастает с увеличением температуры тела накала (нити) в ней. В то же время больший нагрев можно сообщить нити более короткой, компактной и толстой. Поэтому мощные лампы делают с короткой и толстой нитью. Они имеют световую отдачу выше (18,7 лм/Вт для лампы мощностью 1500 Вт и напряжением 220 В), чем маломощные (7лм/Вт для лампы мощностью в 15 Вт при том же напряжении). По той же причине лампы на напряжение 127 В экономичнее (их световая отдача на 10—12% выше), чем на 220 В. Уменьшение размера (концентрация) тела накала достигается сворачиванием вольфрамовой нити в плотную винтообразную спираль (моноспираль), а также сворачиванием моноспирали в двойную спираль (биспираль). Биспиральные лампы имеют световую отдачу на 8—10% выше по сравнению с моноспиральными лампами.

Вольфрамовая нить, нагретая до высокой температуры, испаряется. Частицы вольфрама оседают на внутренней поверхности колбы, образуя на ней с течением времени темный налет. Из-за испарения вольфрама нить накала, становясь тоньше, излучает меньше света, а стекло колбы делается менее прозрачным.

В вакуумных лампах испарение вольфрама и потемнение колбы происходит более активно, нежели в газополных. Поэтому вакуумные лампы делают только небольшой мощности (15 и 25 Вт).

В газополных лампах наполняющий их газ оказывает давление на нить накала и, тем самым, препятствует ее испарению. Это явление используется для повышения температуры нити накала, а следовательно, и световой энергии газополных ламп. Однако в лампах, наполненных инертными газами, возникают потери тепла нити накала за счет расхода тепла на нагревание газа. К. п. д. лампы может быть повышен путем подбора газового состава, заполняющего колбу. Потери тепла через колбу лампы будут тем меньше, чем больше молекулярный вес газа-наполнителя. У большинства типов ламп колба заполняется смесью инертных к вольфраму газов аргона и азота. Применение в качестве заполнителя более тяжелых газов — криптона и ксенона — позволяет повысить световую отдачу лампы примерно на 8%.

Срок службы ламп накаливания составляет в среднем 1000 ч. К концу срока службы лампы световой поток ее снижается на 20%.

Характеристики ламп накаливания зависят также от величины приложенного к ним напряжения. При напряжении, большем номинального, увеличивается сила тока в лампе, температура нити накала и световой поток, излучаемый лампой, и одновременно уменьшается ее срок службы из-за более быстрого разрушения вольфрама. При понижении напряжения световой поток лампы уменьшается. Вот почему при эксплуатации осветительных установок необходимо тщательно следить за тем, чтобы напряжение на лампах не отличалось от номинального.

При отклонении напряжения сети на ± 1 % световой поток изменяется на ±2,7%, а средний срок службы—на 13%. Электрические лампы накаливания, несмотря на их весьма низкую экономичность, остаются пока еще наиболее массовыми источниками света. Их достоинство состоит в простоте конструкции, дешевизне и удобстве в эксплуатации. Лампы накаливания общего назначения выпускаются мощностью от 15 до 1500 Вт. Лампы мощностью до 150 Вт могут изготовляться в колбах из матированного стекла или из стелка, окрашенного в молочный цвет. Световой поток таких ламп соответственно на 3 и 20% ниже, чем у обыкновенных ламп с прозрачной колбой.

Промышленностью выпускаются также зеркальные лампы. Зеркальное покрытие внутренней поверхности колбы около цоколя служит хорошим отражателем, благодаря которому около 50% излучаемого светового потока направляется лампой в виде концентрированного пучка света.

Существенным недостатком ламп накаливания является их неудовлетворительная спектральная характеристика (спектральная характеристика — распределение энергии излучения по длинам волн). В спектре излучения нормальных осветительных ламп накаливания видимые излучения преобладают в желтой и красной части спектра при недостатке их в синей и фиолетовой частях по сравнению с дневным светом. Это вызывает искажение цветопередачи и не позволяет эффективно использовать лампы накаливания для освещения при работах, которые требуют правильного различения цветов и оттенков цвета, например, в цехах лакокрасочных покрытий и других.

Газоразрядные лампы, их номенклатура и характеристики.

Газоразрядная лампа представляет собой колбу из обыкновенного или специального стекла, заполненную разреженным инертным газом или парами ртути, внутрь которой впаяны металлические электроды.

В отличие от ламп накаливания, у которых источником излучения является накаленное тело, в газоразрядных лампах светящимся телом является межэлектродный промежуток. Газоразрядная лампа до включения в сеть является диэлектриком. Когда же к лампе приложено электрическое напряжение, происходит пробой и диэлектрик скачкообразно превращается в проводник. При этом лампа не имеет какого-либо определенного электрического сопротивления. Ее сопротивление уменьшается по мере увеличения силы проходящего через нее тока.

Необходимая же величина напряжения, вызывающего пробой газообразного диэлектрика при данном расстоянии между электродами, зависит от рода газа или паров и давления. Среди газоразрядных источников света наибольшее распространение получили ртутные лампы. В зависимости от давления паров внутри колбы различают следующие разновидности ртутных ламп: лампы низкого давления (до 0,3 ат), высокого давления (0,3—3 ат) и сверхвысокого давления (от 3 до нескольких сотен атмосфер).