Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Ксеноновая лампа с короткой дугой мощностью 15 кВт, используемая в проекционной системе IMAX .
Ртутные дуговая лампа из флуоресцентного микроскопа .
Криптоновая длинодуговая лампа (вверху) показана над ксеноновой лампой-вспышкой . Две лампы, используемые для лазерной накачки , очень различаются формой электродов, в частности катода (слева).

Дуговой лампы или дугу света является лампа , которая производит свет с помощью электрической дуги (также называется вольтовой дуги).

Углеродная дуговая лампа, состоящая из дуги между угольными электродами в воздухе, изобретенная Хамфри Дэви в первом десятилетии 1800-х годов, была первым практическим электрическим светом . [1] Он широко использовался, начиная с 1870-х годов для освещения улиц и больших зданий, пока не был заменен лампами накаливания в начале 20 века. [1] Он продолжал использоваться в более специализированных приложениях, где требовался точечный источник света высокой интенсивности, например, прожекторы и кинопроекторы до окончания Второй мировой войны . Угольная дуговая лампа в настоящее время является устаревшей для большинства этих целей, но до сих пор используется как источник высокой интенсивности.ультрафиолетовый свет.

Этот термин теперь используется для газоразрядных ламп , которые излучают свет посредством дуги между металлическими электродами через газ в стеклянной колбе. Обычная люминесцентная лампа - это ртутная дуговая лампа низкого давления. [2] ксеноновые дуговая лампа , которая производит белый свет высокой интенсивности, в настоящее время используется во многих приложениях , которые ранее использовали дугу углерода, такие , как кинопроекторы и прожектора.

Операция [ править ]

Дуга является разряд , который возникает , когда газ ионизируется . На лампу подается импульс высокого напряжения, чтобы «зажигать» или «зажигать» дугу, после чего разряд может поддерживаться при более низком напряжении. Для «удара» требуется электрическая цепь с запальником и балластом . ПРА включается последовательно с лампой и выполняет две функции.

Во-первых, при первом включении питания запальник / стартер (который подключен параллельно лампе) подает небольшой ток через балласт и стартер. Это создает небольшое магнитное поле внутри обмоток балласта. Спустя мгновение пускатель прерывает прохождение тока от балласта, который имеет высокую индуктивность и, следовательно, пытается поддерживать прохождение тока (балласт препятствует любому изменению тока через него); он не может, поскольку больше нет «цепи». В результате на балласте, к которому подключена лампа, на мгновение появляется высокое напряжение; следовательно, на лампу поступает это высокое напряжение, которое «зажигает» дугу внутри трубки / лампы. Схема будет повторять это действие до тех пор, пока лампа не станет достаточно ионизированной, чтобы поддерживать дугу.

Когда лампа поддерживает дугу, балласт выполняет свою вторую функцию, ограничивая ток до уровня, необходимого для работы лампы. Лампа, балласт и воспламенитель соответствуют друг другу по номинальным характеристикам; эти детали должны быть заменены на те же характеристики, что и вышедшие из строя компоненты, иначе лампа не будет работать.

Цвет света, излучаемого лампой, изменяется по мере изменения ее электрических характеристик с температурой и временем. Молния - аналогичный принцип, когда атмосфера ионизируется высокой разностью потенциалов (напряжением) между землей и грозовыми облаками.

Криптоновая дуговая лампа во время работы.

Температура дуги в дуговой лампе может достигать нескольких тысяч градусов Цельсия. Температура внешней стеклянной колбы может нагреваться до 500 градусов Цельсия, поэтому перед обслуживанием необходимо убедиться, что колба достаточно остыла для работы. Часто, если эти типы ламп выключаются или теряют питание, невозможно повторно запустить лампу в течение нескольких минут (это называется лампами с холодным перезапуском). Однако некоторые лампы (в основном люминесцентные / энергосберегающие) можно повторно зажечь сразу после выключения (так называемые лампы с горячим зажиганием).

Плазменная дуговая лампа Vortek, изобретенная в 1975 году Дэвидом Каммом и Роем Нодуэллом в Университете Британской Колумбии , Ванкувер, Канада, вошла в Книгу рекордов Гиннесса в 1986 и 1993 годах как самый мощный непрерывно горящий источник света на расстоянии более Мощность 300 кВт или 1,2 миллиона свечей. [3]

Угольная дуговая лампа [ править ]

Углерода дуговой лампы, снятой крышкой, на момент зажигания. Эта модель требует ручной регулировки электродов.
Электрическая дуга, демонстрирующая эффект «дуги».
Ранние экспериментальные угольные дуговые лампы с питанием от жидких батарей, похожие на лампы Дэви.
Медицинская угольная дуговая лампа для лечения кожных заболеваний, 1909 год.
Саморегулирующаяся дуговая лампа, предложенная Уильямом Эдвардсом Стэйтом и Уильямом Петри в 1847 году.

В популярном использовании термин дуговая лампа означает только угольную дуговую лампу . В дуговой угольной лампе электроды представляют собой угольные стержни на открытом воздухе. Чтобы зажечь лампу, стержни соприкасаются друг с другом, что позволяет при относительно низком напряжении зажигать дугу. [1] Затем стержни медленно раздвигаются, и электрический ток нагревает и поддерживает дугу в зазоре. Наконечники углеродных стержней нагреваются, и углерод испаряется. Углеродный пар в дуге очень светится, что и дает яркий свет. [1] Стержни медленно выгорают при использовании, и расстояние между ними необходимо регулярно регулировать, чтобы поддерживать дугу. [1]

Было изобретено множество оригинальных механизмов для автоматического изменения расстояния, в основном на основе соленоидов . В одной из простейших форм с механическим регулированием (которая вскоре была заменена устройствами с более плавным действием) электроды устанавливаются вертикально. Ток, питающий дугу, последовательно проходит через соленоид, прикрепленный к верхнему электроду. Если концы электродов соприкасаются (как при пуске), сопротивление падает, ток увеличивается, и увеличивающееся усилие от соленоида разъединяет точки. Если дуга начинает гаснуть, ток падает, и точки снова закрываются.

Свеча Яблочкова простая дуговая лампа без регулятора, но у него есть недостатки , что дуга не может быть перезапущена (одноразовое использование) и ограниченный срок службы всего нескольких часов.

История [ править ]

Концепция освещения угольной дугой была впервые продемонстрирована Хамфри Дэви в начале 19 века, но источники расходятся во мнениях относительно года, когда он впервые продемонстрировал это; Упоминаются 1802, 1805, 1807 и 1809 годы. Дэви использовал угольные палочки и батарею на две тысячи ячеек, чтобы создать дугу через 4-дюймовый (100 мм) зазор. Он установил электроды горизонтально и отметил, что из-за сильного конвекционного потока воздуха дуга образовывала дугу. Он ввел термин «дуговая лампа», который был сокращен до «дуговая лампа», когда эти устройства стали обычным явлением. [4]

В конце девятнадцатого века электрическое дуговое освещение широко использовалось для освещения общественных мест. Склонность электрических дуг мерцать и шипеть была серьезной проблемой. В 1895 году Герта Айртон написала серию статей для The Electrician , объяснив, что эти явления были результатом контакта кислорода с угольными стержнями, используемыми для создания дуги. [5] [6] В 1899 году она была первой женщиной, прочитавшей собственную статью перед Институтом инженеров-электриков (IEE). Ее доклад был «Шипение электрической дуги». [7]

Дуговая лампа стала одним из первых коммерческих применений электричества, явления, ранее ограниченного экспериментами, телеграфом и развлечениями. [8]

Углеродно-дуговое освещение в США [ править ]

В Соединенных Штатах после 1850 года предпринимались попытки коммерчески производить дуговые лампы, но отсутствие постоянного электроснабжения помешало этим усилиям. Таким образом, инженеры-электрики сосредоточились на проблеме улучшения динамо-машины Фарадея . Концепция была улучшена рядом людей, включая Уильяма Эдвардса Стэйта  [ де ] и Чарльза Ф. Браш . Такие лампы, как свеча Яблочкова, были более распространены только в 1870-х годах . В 1877 году Институт Франклина провел сравнительные испытания динамо-систем. Лучше всего работал тот, который был разработан Brush, и Brush сразу же применил улучшенную динамо-машину для зажигания дуги.Публичная площадь в Кливленде, штат Огайо , 29 апреля 1879 года. [9] Несмотря на это, Вабаш, штат Индиана, утверждает, что он был первым городом, когда-либо освещенным «кистевыми огнями». Четыре из этих огней загорелись там 31 марта 1880 года. Вабаш, штат Индиана. Вабаш был достаточно маленьким городом, чтобы полностью освещать его четырьмя огнями, тогда как инсталляция на Публичной площади Кливленда освещала только часть этого большого города. Brush Lights, Кливленд В 1880 году Браш основал компанию Brush Electric .

Резкий и яркий свет был признан наиболее подходящим для общественных мест, таких как Публичная площадь Кливленда, поскольку он примерно в 200 раз мощнее современных ламп накаливания .

Использование дуговых ламп Brush быстро распространяется. В 1881 году журнал Scientific American сообщил, что система использовалась в: [10] 800 светильниках на прокатных станах, сталелитейных заводах, магазинах, 1240 светильниках на шерстяных, хлопчатобумажных, льняных, шелковых и других фабриках, 425 светильниках в крупных магазинах, отелях, церкви, 250 фонарей в парках, доках и на дачах, 275 фонарей на вокзалах и в магазинах, 130 фонарей в шахтах, плавильных заводах, 380 фонарей на заводах и в различных заведениях, 1500 фонарей в осветительных станциях, для городского освещения, 1200 фонари в Англии и других зарубежных странах. Всего продано более 6000 светильников.

В 1880-х годах произошло три крупных достижения: в 1880 году Франтишек Кржижик изобрел механизм, позволяющий автоматически регулировать электроды. Дуги были заключены в небольшую трубку, чтобы снизить расход углерода (увеличив срок службы примерно до 100 часов). Были введены пламенные дуговые лампы, в которых в угольные стержни были добавлены соли металлов (обычно фториды магния, стронция, бария или кальция) для увеличения светоотдачи и получения разных цветов.

В США патентная защита систем дугового освещения и усовершенствованных динамо-машин оказалась сложной задачей, и в результате промышленность по производству дугового освещения стала очень конкурентоспособной. Основное соревнование Brush было от команды Элиху Томсона и Эдвина Дж. Хьюстона . Эти двое основали American Electric Corporation в 1880 году, но вскоре ее купил Чарльз А. Коффин , переехал в Линн, штат Массачусетс , и переименовал компанию в Thomson-Houston Electric Company . Тем не менее, Томсон оставался главным изобретателем, стоящим за патентованием компании, улучшающей систему освещения. Под руководством патентного поверенного Томсон-Хьюстон Фредерик П. Фиш, компания защитила свои новые патентные права. Руководство Coffin также привело компанию к агрессивной политике выкупа и слияний с конкурентами. Обе стратегии снизили конкуренцию в отрасли производства электрического освещения. К 1890 году компания Thomson-Houston была доминирующей компанией по производству электротехники в США. [11] Никола Тесла получил патент США 447920 « Метод работы дуговых ламп » (10 марта 1891 г.), в котором описывается генератор переменного тока со скоростью 10000 циклов в секунду. для подавления неприятного звука гармоник промышленной частоты, производимого дуговыми лампами, работающими на частотах в диапазоне человеческого слуха.

На рубеже веков системы дугового освещения находились в упадке, но компания Thomson-Houston контролировала ключевые патенты на системы городского освещения. Этот контроль замедлил расширение раскаленных систем освещения, разрабатываемой Томас Эдисон «s Edison General Electric Company . И наоборот, контроль Эдисона над распределением постоянного тока и патентами на генерирующее оборудование заблокировал дальнейшее расширение Thomson-Houston. Препятствие на пути к расширению было устранено, когда две компании объединились в 1892 году и образовали General Electric Company . [11]

Дуговые лампы использовались в некоторых первых киностудиях для освещения интерьеров. Одна из проблем заключалась в том, что они излучают такой высокий уровень ультрафиолетового света, что многим актерам приходилось носить солнцезащитные очки за кадром, чтобы уменьшить воспаление глаз, вызванное ультрафиолетовым светом. Проблему решили, добавив перед лампой лист обычного оконного стекла, блокирующего ультрафиолет. [ необходимая цитата ] На заре "звуковых фильмов" дуговые лампы были заменены в киностудиях другими типами огней. [ необходима цитата ] В 1915 году Элмер Амброуз Сперри начал производство своего изобретения - прожектора с угольной дугой высокой интенсивности.. Они использовались на борту военных кораблей всех военно-морских сил в течение 20-го века для сигнализации и освещения врагов. [12] В 1920-х годах угольные дуговые лампы продавались как товары для здоровья семьи, заменяя естественный солнечный свет. [13]

Дуговые лампы были заменены лампами накаливания в большинстве ролей, оставаясь в только определенных областях применений , такие как кино проекция , followspots и прожектора. Даже в этих применениях обычные угольные дуговые лампы устаревают из-за ксеноновых дуговых ламп , но они все еще производились как прожекторы, по крайней мере, в 1982 году [14] и все еще производятся по крайней мере для одной цели - имитации солнечного света в процессе «ускоренного старения». «машины, предназначенные для оценки скорости разложения материала под воздействием окружающей среды. [15] [16]

Влияние на дизайн лампы накаливания [ править ]

Изобретение Томасом Эдисоном ламп накаливания было вдохновлено дуговыми лампами, разработанными изобретателем из Коннектикута Уильямом Уоллесом. [17]

См. Также [ править ]

  • Графитовый
  • Газоразрядная лампа высокой интенсивности
  • Широкоформатный слайд-проектор
  • Леон Фуко
  • Список источников света
  • Список патентов Николы Теслы
  • Башня лунного света
  • Павел Яблочков и свеча Яблочкова
  • Фотолитография
  • Празеодим
  • Дуговая сварка защищенным металлом
  • Сценическое освещение
  • Хронология светотехники
  • Вальтер Нернст

Ссылки [ править ]

  1. ^ а б в г д Уилан, М. (2013). «Дуговые лампы» . Ресурсы . Технический центр Эдисона . Архивировано 10 ноября 2014 года . Проверено 22 ноября 2014 года .
  2. Перейти ↑ Chen, Kao (1990). "Флюоресцентные лампы". Промышленные системы распределения электроэнергии и освещения . Электротехника и электроника. 65 . Нью-Йорк: Деккер. п. 350. ISBN 978-0-8247-8237-5. Люминесцентная лампа ... активируется ... ртутной дугой низкого давления.
  3. ^ Voyer, Роджер (1994). Новые новаторы: как канадцы формируют экономику, основанную на знаниях . Торонто: Джеймс Лоример и Компания Лтд.,  Стр.20 . ISBN 978-1-55028-463-8.
  4. ^ Слинго, Уильям; Брукер, Артур (1900). Электротехника для электромехаников . Лондон: Longmans, Green and Co., стр. 607. OCLC 264936769 . 
  5. ^ Оукс, Элизабет А. Энциклопедия мировых ученых (2-е изд.). Нью-Йорк: факты в файле. п. 35. ISBN 9781438118826.
  6. ^ Брутон, Элизабет (2018). «Быт и материальная культура Герты Айртон» . Журнал группы научного музея . Музей науки, Лондон . DOI : 10.15180 / 181002 . Дата обращения 23 мая 2019 .
  7. ↑ Айртон, Герта (июнь 1899 г.). «Шипение электрической дуги». Журнал Института инженеров-электриков . 28 (140): 400–436. DOI : 10,1049 / jiee-1.1899.0020 .
  8. ^ Гилберт, Джерард. Выбор критика The Independent, 6 октября 2011 г.
  9. ^ «Кливленд + Public Art» (PDF) . Положительно Кливленд . 2008. с. 3. Архивировано из оригинала (брошюры) 17.05.2008 . Проверено 18 мая 2009 .
  10. ^ "Щетка электрического света" . Scientific American . 44 (14). 2 апреля, 1881. Архивировано из оригинального 11 - го января 2011 года.; также репродукция обложки Ohio Memory Collection. Архивировано 13 марта 2016 г. в Wayback Machine.
  11. ^ а б Дэвид Ф. Ноубл , « Америка по дизайну: наука, технология и рост корпоративного капитализма» (Нью-Йорк: Oxford University Press, 1977), 6-10.
  12. ^ ICB Уважаемый и Питер Кемп, редакторы, "Сперри, Элмер Эмброуз", Оксфордский компаньон по кораблям и морю , 2-е изд. (Нью-Йорк: Oxford University Press, 2006). ISBN 0-19-920568-X 
  13. ^ "Реклама лампы солнечного света угольной дуги Eveready" . Пресса Айнхорна. Архивировано 1 июня 2009 года . Проверено 11 ноября 2008 года .
  14. ^ [1]
  15. ^ Центр, Copyright 2015 Edison Tech. "Дуговые лампы - как они работают и история" . www.edisontechcenter.org . Архивировано 17 июня 2017 года . Проверено 13 января 2018 .
  16. ^ "Индекс / суга" . Архивировано из оригинала на 2015-04-27 . Проверено 16 апреля 2015 .
  17. ^ Джоннес, Джилл (23 июня 2010). «Да будет свет» . Время . Проверено 11 января 2021 .8 сентября 1878 года Томас Эдисон отправился в коннектикутскую мастерскую изобретателя Уильяма Уоллеса, чтобы исследовать прототип электрического света Уоллеса. ... Что привлекло его в Коннектикут, так это система "дугового света" Уоллеса, которая состояла из парового электрического динамо-машины, которая пропускала ток через две высокие угольные стержни, создавая обжигающий глаза луч. «Эдисон был в восторге», - сообщил [сопровождающий его журналист]. «Он бежал от инструментов к источникам света и от огней обратно к инструментам». Волшебник из Менло-Парка осознал огромные возможности новой динамо-машины. Он также понимал ограниченные перспективы дуговых ламп, которые они питали, которые были разработаны в начале 19 века, но давали настолько яркий свет, что их можно было использовать только на открытом воздухе или в больших помещениях ...Эдисон помчался обратно на свою «фабрику изобретений» в Менло-Парк, штат Нью-Джерси. Гонка началась. Поскольку у него был несравненный изобретательный ум, Эдисон должен был выиграть гонку. Он сделал бы это, усовершенствовав альтернативу жесткой дуге, с которой боролись другие изобретатели, - лампочку накаливания, которая пропускает слабый электрический ток через тонкую нить накаливания, излучающую мягкое свечение.

Библиография [ править ]

  • Браверман, Гарри (1974). Труд и монополистический капитал . Нью-Йорк: Ежемесячный обзор прессы .
  • Макларен, Малькольм (1943). Подъем электротехнической промышленности в девятнадцатом веке . Принстон: Издательство Принстонского университета .
  • Благородный, Дэвид Ф. (1977). Америка по дизайну: наука, технологии и рост корпоративного капитализма . Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета . С. 6–10.
  • Прассер, Гарольд К. (1953). Производители электрооборудования . Кембридж: Издательство Гарвардского университета .

Внешние ссылки [ править ]

  • "Короткодуговая лампа сверхвысокого давления UNILAM"
  • Башни лунного света: световое загрязнение в 1800-х , статья в Low-tech Magazine