Дуговой лампы или дугу света является лампа , которая производит свет с помощью электрической дуги (также называется вольтовой дуги).
Угольная дуговая лампа, представляющая собой дугу 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 . Угольные дуговые лампы в настоящее время являются устаревшими для большинства этих целей, но они все еще используются в качестве источника ультрафиолетового света высокой интенсивности .
Этот термин теперь используется для газоразрядных ламп , которые излучают свет 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
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 к 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; поэтому 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 номиналы, что и вышедшие из строя компоненты, в противном случае лампа не будет работать.
Цвет света, излучаемого лампой, изменяется по мере изменения ее электрических характеристик с температурой и временем. Молния - это аналогичный принцип, когда атмосфера ионизируется высокой разностью потенциалов (напряжением) между землей и грозовыми облаками.
Температура дуги в дуговой лампе может достигать нескольких тысяч градусов по Цельсию. Внешний стеклянный колпак может нагреваться до 500 градусов Цельсия, поэтому перед обслуживанием необходимо убедиться, что колба достаточно остыла, чтобы ее можно было использовать. 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 лампы) можно повторно зажечь сразу после выключения (так называемые лампы горячего повторного зажигания).
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
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 самых простых механически регулируемых форм (которая вскоре была заменена более плавно действующими устройствами) электроды устанавливаются вертикально. Ток, питающий дугу, последовательно проходит через соленоид, прикрепленный к верхнему электроду. Если концы электродов соприкасаются (как при запуске), 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
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 заметил, что из-за сильного конвекционного потока воздуха дуга образовывала дугу. Он ввел термин «дуговая лампа», который был сокращен до «дуговая лампа», когда устройства вошли в обиход. [4]
В конце девятнадцатого века электрическое дуговое освещение широко использовалось для освещения общественных мест. Склонность электрической дуги к мерцанию и шипению 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, использованными для создания дуги. [5] [6] В 1899 году она была первой женщиной, которая прочитала свою 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
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
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 немедленно применил свою улучшенную динамо-машину для освещения дуги, раннее применение - Public Square в Кливленде, штат Огайо , 29 апреля 1879 года. [9] Несмотря на это, Вабаш, штат Индиана, утверждает, что он был лучшим из них. первый город, когда-либо освещенный "Brush Lights". 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 замедлить расход углерода (увеличивая срок службы примерно до 100 часов). Были введены пламенные дуговые лампы, в которых к угольным стержням были добавлены соли металлов (обычно фториды магния, стронция, бария или кальция) для увеличения светоотдачи и получения различных цветов.
В США патентная защита систем дугового зажигания и усовершенствованных динамо-машин оказалась сложной задачей, и в результате промышленность дугового освещения стала очень конкурентоспособной. Основное соревнование Brush было от команды Элиху Томсона и Эдвина Дж. Хьюстона . Эти двое сформировали American Electric Corporation в 1880 году, но вскоре ее купил Чарльз А. Коффин , переехал в Линн, штат Массачусетс , и переименовал в Thomson-Houston Electric Company . Тем не менее, Томсон оставался главным изобретательным гением, стоящим за патентованием компании усовершенствований системы освещения. Под руководством патентного поверенного Thomson-Houston Фредерика П. Фиша компания защитила свои новые патентные права. Руководство Коффина 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 электроэнергии в США. [11] Никола Тесла получил патент США 447920 « Метод работы дуговых ламп » (10 марта 1891 г.), который описывает 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]
В некоторых первых киностудиях для освещения интерьеров использовались дуговые лампы. Одна из проблем заключалась в том, что они излучают настолько 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 на 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]
Практика доставки и проецирования кинофильмов на 2000-футовых катушках и использование «переключений» между двумя проекторами была обусловлена тем, что углеродные стержни, используемые в проекторных лампах, имели срок службы примерно 22 минуты (что соответствует количеству пленки в указанном катушки при проецировании со скоростью 24 кадра в секунду). Киномеханик заменял угольный стержень при смене катушек с пленкой. Установка с заменой двух проекторов в значительной степени исчезла в 1970-х годах с появлением ксеноновых ламп для проекторов, которые были заменены системами пластин с одним проектором, хотя фильмы по-прежнему будут поставляться в кинотеатры на 2000-футовых катушках.
Влияние на конструкцию лампы накаливания
Изобретение Томасом Эдисоном ламп накаливания было вдохновлено дуговыми лампами, разработанными изобретателем из Коннектикута Уильямом Уоллесом. [17]
Смотрите также
- 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
Рекомендации
- ^ а б в г д Уилан, М. (2013). «Дуговые лампы» . Ресурсы . Технический центр Эдисона . Архивировано 10 ноября 2014 года . Проверено 22 ноября 2014 года .
- ^ Чен, Као (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.
- ^ Войер, 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.
- ^ Слинго, Уильям; Брукер, Артур (1900). Электротехника для электромехаников . Лондон: Longmans, Green and Co., стр. 607. OCLC 264936769 .
- ^ Оукс, Элизабет А. Энциклопедия мировых ученых (2-е изд.). Нью-Йорк: факты в файле. п. 35. ISBN 9781438118826.
- ^ Брутон, Элизабет (2018). «Жизнь и материальная культура Герты Айртон» . Журнал группы научного музея . Музей науки, Лондон . DOI : 10.15180 / 181002 . Дата обращения 23 мая 2019 .
- ^ Айртон, Герта (июнь 1899 г.). «Шипение электрической дуги». Журнал Института инженеров-электриков . 28 (140): 400–436. DOI : 10,1049 / jiee-1.1899.0020 .
- ^ Гилберт, Джерард. Выбор критика The Independent, 6 октября 2011 г.
- ^ "Кливленд + Паблик Арт" (PDF) . Положительно Кливленд . 2008. с. 3. Архивировано из оригинала (брошюры) 17.05.2008 . Проверено 18 мая 2009 .
- ^ "Щеточный электрический свет" . 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.
- ^ а б Дэвид Ф. Ноубл , Америка по дизайну: наука, технология и рост корпоративного капитализма (Нью-Йорк: Oxford University Press, 1977), 6-10.
- ^ ICB Уважаемый и Питер Кемп, редакторы, "Сперри, Элмер Амброуз", Оксфордский компаньон по кораблям и морю , 2-е изд. (Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета, 2006 г.). ISBN 0-19-920568-X
- ^ «Рекламные объявления солнечной лампы Eveready Carbon Arc» . Пресса Айнхорна. Архивировано 1 июня 2009 года . Проверено 11 ноября 2008 года .
- ^ [1]
- ^ Center, Copyright 2015 Edison Tech. «Дуговые лампы - как они работают и история» . www.edisontechcenter.org . Архивировано 17 июня 2017 года . Проверено 13 января 2018 .
- ^ "Индекс / суга" . Архивировано из оригинала на 2015-04-27 . Проверено 16 апреля 2015 .
- ^ Джоннес, Джилл (23 июня 2010 г.). «Да будет свет» . Время . Проверено 11 января 2021 .
8 сентября 1878 года Томас Эдисон отправился в мастерскую изобретателя Уильяма Уоллеса в Коннектикуте, чтобы исследовать прототип электрического света Уоллеса. ... То, что привлекло его в Коннектикут, - это система "дугового света" Уоллеса, которая состояла из электрического динамо с паровым приводом, которое пропускало 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, - лампу накаливания, которая пропускает слабый электрический ток через тонкую нить накаливания, излучающую мягкое свечение.
Библиография
- 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 электротехники . Кембридж: Издательство Гарвардского университета .
Внешние ссылки
- "Короткодуговая лампа сверхвысокого давления UNILAM"
- Башни лунного света: световое загрязнение в 1800-х , статья в Low-tech Magazine