Статии

Електрически източници на светлина

Електрически източници на светлина са лампите с нажежаема жичка, луминисцентните лампи с ниско налягане и живачните лампи с високо налягане.

Най-разпространени са електрическите лампи с нажежаема жичка. Техният принцип на действие се основава на преобразуване на електрическата енергия, преминаваща през спиралата, във видима лъчиста енергия, която въздейства върху зрителните органи на човека и му създава усещане за светлина, близка до бялата.

Този процес се осъществява при нагряване на спиралата на лампата до 2600-2700°С. Спиралата не изгаря, тъй като температурата на топене на волфрама, от който тя е направена, е много по-висока (3200-3400°С) от температура на нагряване на жичката, както и поради това, че от колбата на лампата се отстранява въздухът или тя се запълва с инертен газ (смес от азот, аргон, ксенон), който препятства окисляването на метала.

Животът на лампите с нажежаема жичка варира в широки граници, тъй като зависи от условията на работа, включително стабилността на номиналното напрежение, наличието или липсата на механични въздействия върху лампата (сътресения, вибрации), температурата на околната среда и т.н. Средната продължителност на работа на лампите с нажежаема жичка, използвани от населението, е 1000-1200 часа. При продължителна работа на този вид лампи под въздействието на високата температура на нагряване жичката на спиралата постепенно се изпарява, нейният диаметър намалява и накрая изгаря.

Колкото по-висока е температура на нагряване на спиралата, толкова повече светлина излъчва лампата, но при това по-интензивно се изпарява жичката и намалява продължителността на живот на лампата. В тази връзка за лампите с нажежаема жичка се определя такава температура на нагряване на спиралата, която осигурява необходимото светоотдаване на лампите и определена продължителност на експлоатация.

Лампите с нажежаема жичка, при които е премахнат въздухът от вътрешния обем на колбата, се наричат вакуумни.

Лампите, при които колбите са запълнени с инертни газове, се наричат газонапълнени.

При равни други условия газонапълнените лампи имат по-голямо светлоотдаване от вакуумните, тъй като газовете, съдържащи се в колбата под налягане, препятстват изпаряването на жичката, което позволява да се увеличи работната температура. Недостатък на газонапълнените лампи е известна допълнителна загуба на топлина на спиралата чрез конвекция на газа, запълващ вътрешността на колбата.

За да се намалят топлинните загуби на газонапълнените лампи използват газ с ниска топлопроводимост. Друга насока за намаляване на топлинните загуби е да се намали размера и да се промени конструкцията на спиралата: тя се изработва като плътна винтообразна моноспирала или двойна спирала (биспирала).

Недостатък на лампите с нажежаема жичка е ниското светлоотдаване: само 2-4% от потребяваната електроенергия се превръща във видима светлина, възприемана от човешкото око, а останалата част от енергията преминава в топлина, излъчвана от лампата.

Широко разпространение в електрическите осветителни инсталации на предприятия, институции, учебни и здравни заведения имат луминисцентните лампи. Те представляват херметически затворени стъклени тръби, чиято вътрешна повърхност е покрита с тънък слой от луминифор. Луминифорите са химически вещества, в които под въздействие на външни фактори (електрически разряд и т.н.) възниква светене, или луминесценция. Въздухът от тръбата напълно се отстранява и се въвежда малко количество газ (аргон) и определено количество живак. Вътре в тръбата между нейните дъна са закрепени биспирални електроди от волфрам, съединени с двуизводни цокли, служещи за присъединяване на лампата към електрическата мрежа. При подаването на електрическо напрежение към лампата в живачните пари между нейните електроди възниква електрически разряд и лампата започва да излъчва светлина. За да се осигури по-интензивно излъчване на електрони, електродите на луминесцентните лампи се покриват с активиращи вещества (окиси на стронций, барий или калций).

Светлинния поток, излъчван от луминисцентните лампи, не е с един и същ цвят. В зависимост от цвета на излъчвания светлинен поток различават:

• Луминисцентни лампи за дневна светлина;
• Луминисцентни лампи за бяла светлина;
• Луминисцентни лампи за слудена бяла светлина;
• Луминисцентни лампи за топла бяла светлина и др.

Когато се извършва работа, която изисква точно определяне на цветовете, например в полиграфията при отпечатване на цветни репродукции, в художественото студио, в текстилните или шивашки предприятия и т.н., се използват луминисцентни лампи за дневна светлина, предназначени за правилно цветопредаване.

Луминесцентни лампи с ниско налягане са газоразрядни електрически източници на светлина.

В Русия се произвеждат луминисцентни лампи ниско налягане за напрежение 127 V, мощност 15 и 20 W и напрежение 220 V, мощност 30, 40, 80 и 125 W. Срокът на служба и нормално функциониране на луминесцентните лампи е около 5000 часа, при не чести включвания, стабилно номинално напрежение и оптимална температура на околната среда (15-25°С).

Широко приложение в модерните електрически индустриални инсталации за осветление намират живачните лампи с високо налягане. Тези лампи се произвеждат с два или с четири електрода.

Дъговата живачна лампа с четири електрода се състои от цокъл с резба, колба (балон) и кварцова горелка. Вътре в горелката има определено количество живак и газ аргон. В края на горелката са запоенни активираните овновни и допълнителни електроди от волфрам, а вътрешната повърхност на колбата е покрита с тънък слой от луминофор.

Когато се подаде напрежение към електродите на лампата в живачните пари с високо налягане възниква електрически разряд, придружен от интензивно излъчване на светлина, в спектъра на която няма оранжево-червени лъчи. Това прави лампата непригодна за осветление. Затова съставът на луминофора, покриващ вътрешната повърхност на колбата, се подбира така, че под въздействието на ултравиолетовите лъчи на спектъра, той излъчва оранжево-червена светлина, която, смесена с основния светлинен поток на лампата, се възприема от човешкото око като бяла с лек зеленикав оттенък.

Дъговите живачни лампи с четири електрода се различават от двуелектродните по наличието на два допълнителни електрода, свързани с основните електроди посредством допълнително съпротивление. Това улеснява запалването на лампата: когато се подаде напрежение на лампата между основния и по-близкия допълнителен електрод възниква тлеещ разряд, под действието на които се йонизират живачните пари и се улеснява разряда между основните електроди. Дъговите разрядни лампи, чийто цокъл е с диаметър 40 мм, се произвеждат за мощност 250-1000 W.

Газоразрядните източници на светлина (луминисцентните лампи и дъговите живачни лампи) са много по-икономични от лампите с нажежаема жичка – тяхното светлоотдаване и срок на служба няколко пъти превишават съответните показатели на лампите с нажежаема жичка.