Электрические источники света.
Электрическим источником света служит лампа накаливания, люминесцентная лампа низкого давления и ртутная лампа высокого давления. Самая распространенная из них электрическая лампа накаливания. Принцип его действия таков. Через нити ламп проходит электрическая энергия, которая преобразуется в энергию видимого излучения, воздействующий на зрительный орган человека и создающий у него световое ощущение, близкого к белому. Настоящий процесс происходит при нагревании нитей ламп до 2600…2700 градусов. Нити ламп не перегорают, т. к. температура плавления вольфрама, из которых сделаны нити, значительно выше (3190…3400 градусов) температуры накала нитей, а также вследствие того, что из колб ламп удален воздух или колбы заполнены инертными газами (смесью ксенона, азота, аргона), в среде которых металлы не окисляются.
У ламп накаливания срок службы колеблется в широких границах, поскольку зависит от рабочих условий, в том числе от стабильности номинальных напряжений, отсутствия или наличия механического воздействия на лампу (сотрясение, вибрация), температуры в окружающей среде и другие. Срок службы лампы накаливания с общим назначением в среднем составляет 1000…1200 часов. Когда лампы накаливания продолжительно работают, их нити под влиянием высоких температур нагрева постепенно испаряются, уменьшаются в диаметрах и, наконец, перегорают. Чем больше температура нагрева нитей накала, тем больше света излучают лампы, но при этом интенсивней протекают процессы испарения нитей и сокращаются сроки служб ламп. В связи с этим для лампы накаливания устанавливаются такие температуры накала нитей, при которых обеспечиваются необходимые светоотдачи ламп и определенная продолжительность их служб.
Вакуумным называют лампу накаливания, у которой из внутреннего объема (колбы) удален воздух. Лампу с колбой, заполненной инертным газом, называют газополным. Газополная лампа при равных условиях имеет большую светоотдачу, чем вакуумный, т. к. газы, находящиеся в колбах под давлением, препятствуют испарению нитей накала, что позволяет повысить их рабочие температуры. Недостатком газополной лампы является кое-какая дополнительная потеря в нем тепла через конвекцию газов, заполняющих внутренние полости колб. С целью снижения тепловой потери газополную лампу заполняем газом с низкой теплопроводностью. По-другому сократить тепловые потери можно за счет изменения конструкций и уменьшения размеров нитей накала: их выполняем в виде плотных винтообразных моноспиралей или двойных спиралей (биспирали). Недостаток лампы накаливания – это низкая светоотдача: лишь 2…4 % потребляемой им электрической энергии преобразуется в энергию видимого излучения, воспринимаемой человеческим глазом; остальная часть энергии превращается преимущественно в тепло, излучаемыми лампами.
Широкое применение в осветительной электроустановке предприятия, учреждения, учебного и лечебного заведения получила люминесцентная лампа, которая представляет собой герметично закрытую трубку из стекла. Внутренняя поверхность стеклянной трубки покрыта люминофором тонким слоем. Люминофором называют химическое вещество, в котором под влиянием внешних причин (электрического разряда и другие) возникает свечение, либо люминесценция. Из трубок удаляются воздух и вводятся в небольших количествах газ (аргон) и ртуть. Внутри трубок в их стеклянных ножках прикреплены вольфрамовые биспиральные электроды (которые соединены с 2-штырьковыми цоколями), служащими для присоединений ламп к электрическим сетям. При подаче к лампам напряжения между их электродами в ртутных парах возникают электрические разряды, и лампы начинают излучать свет. Для обеспечения более интенсивного излучения электронов у люминесцентной лампы электроды покрываем активирующим веществом (оксидом стронция, кальция или бария).
Световой поток, излучаемой люминесцентной лампой, не одинаков по цвету и в зависимости от цветности излучаемых ламп светового потока различают: 1) ЛД (лампа дневного света); 2) ЛБ (лампа белого света); 3) ЛХБ (лампа холодно-белого цвета); 4) ЛТБ (лампа тепло-белого цвета) и другие.
При выполнении работ, требующих точных определений цветовых оттенков, к примеру, в типографиях при изготовлении цветной репродукции, в художественных мастерских, на текстильных или швейных предприятиях и т. д., применяем лампу ЛДИ, предназначенной для правильной цветопередачи.
Люминесцентная лампа низкого давления является газоразрядным электрическим источником света. Люминесцентную лампу низкого давления изготовляют на напряжение 127 Вольт мощностью 15 и 20 Ватт; на напряжение 220 Вольт мощностью 30, 40, 80, 125 Ватт. Срок нормальной работы люминесцентной лампы – около 5000 часов при условии нечастого включения, стабильности номинальных напряжений и обеспечения оптимальной температуры в окружающей среде (15…25 градусов).
Широкое применение в современной осветительной электроустановке промышленного предприятия находит дуговая ртутная лампа (ДРЛ) высокого давления. Эта лампа выпускается с 2-мя и 4-мя электродами. Четырехэлектродные ДРЛ состоят из резьбовых цоколей, колб (баллонов) и кварцевых горелок. Внутри горелок находятся ртуть и газ аргон в определенных количествах. В концы горелок впаяны вольфрамовые основные активированные и дополнительные электроды, а внутренние поверхности колб покрыты люминофором тонким слоем.
Подавая напряжение к электродам лампы, в ртутных парах высокого давления возникает электрический разряд, который сопровождается интенсивным световым излучением, в спектре которого оранжево-красные лучи отсутствуют, делающие лампы непригодными для освещения. Поэтому состав люминофора, покрывающие внутренние поверхности колб, подобраны так, что под действием ультрафиолетовых лучей спектра он начинает излучать оранжево-красный цвет. Это цвет, смешиваясь с главным световым потоком ламп, образует свет, воспринимаемый глазом человека как белый легко зеленоватого оттенка.
Четырехэлектродная ДРЛ отличается от двухэлектродного наличием 2-ух дополнительных электродов, которые через добавочные сопротивления подключены к основным электродам. Это облегчает зажигание ламп: при подаче напряжения к лампам между основными и ближайшими дополнительными электродами возникают тлеющие разряды, под действием которых ртутные пары ионизируются, что способствуют разрядам между основными электродами. Дуговая ртутная лампа с цоколем диаметром 4 см выпускается мощностью 250…1000 Ватт.
Лампы накаливания по сравнению с газоразрядными источниками света (ДРЛ и люминесцентные лампы) менее экономичны. Срок службы и светоотдача люминесцентных ламп и ДРЛ в несколько раз превосходят срок службы и светоотдачу ламп накаливания.