Электрический свет представляет собой устройство , которое производит видимый свет от электрического тока . Это наиболее распространенная форма искусственного освещения, необходимая для современного общества [1], обеспечивающая внутреннее освещение зданий и внешнее освещение для вечерних и ночных мероприятий. В техническом использовании заменяемый компонент, излучающий свет от электричества, называется лампой . [2] Лампы обычно называют лампочками ; например, лампочка накаливания . [3] Лампы обычно имеют керамическое основание., металл, стекло или пластик, который фиксирует лампу в патроне светильника . Электрическое подключение к розетке может быть выполнено с помощью резьбового основания, двух металлических штифтов, двух металлических заглушек или байонетного колпачка .
К трем основным категориям электрических фонарей относятся лампы накаливания, которые излучают свет с помощью нити, нагретой до белого каления электрическим током, газоразрядные лампы , которые излучают свет с помощью электрической дуги через газ, например люминесцентные лампы , и светодиоды. лампы , которые излучают свет за счет потока электронов через запрещенную зону в полупроводнике .
До того, как в начале 20 века электрическое освещение стало обычным явлением, люди использовали свечи , газовые фонари , масляные лампы и костры . [4] Английский химик Хэмфри Дэви разработал первый раскаленный свет в 1802 году, после первого практического электрической дуги света в 1806 г. По 1870 - х годам, дуговая лампа Дэви была успешно коммерциализацией, и был использован для освещения многих общественных мест. [5] Усилия Джозефа Свона и Томаса Эдисонапривели к тому, что коммерческие лампы накаливания стали широко доступны в 1880-х годах, а к началу двадцатого века они полностью заменили дуговые лампы. [1] [4]
Энергетическая эффективность электрического освещения радикально выросла с момента первой демонстрации дуговых ламп и ламп накаливания в 19 веке. Современные источники электрического света бывают самых разных типов и размеров, адаптированных для многих приложений. Большинство современного электрического освещения питается от централизованно генерируемой электроэнергии, но освещение также может работать от мобильных или резервных электрических генераторов или аккумуляторных систем. Освещение с питанием от батареек часто используется в тех случаях, когда стационарные фонари выходят из строя, часто в виде фонарей или электрических фонарей , а также в транспортных средствах.
Типы
К типам электрического освещения относятся:
- Лампа накаливания , нить накаливания внутри стеклянной колбы
- Галогенные лампы - это лампы накаливания, в которых используется колба из плавленого кварца, заполненная газообразным галогеном.
- Светодиодная лампа , твердотельная лампа, в которой в качестве источника света используются светодиоды.
- Дуговая лампа
- Угольная дуговая лампа
- Ксеноновая дуговая лампа , используемая во многих фотоаппаратах, стробоскопах и проекторах цифрового кино.
- Ртутно-ксеноновая дуговая лампа
- Лампа сверхвысокого качества, дуговая лампа на парах ртути сверхвысокого давления, используемая во многих видеопроекторах
- Газоразрядная лампа , источник света, который генерирует свет, посылая электрический разряд через ионизированный газ.
- Флюоресцентная лампа
- Компактная люминесцентная лампа , люминесцентная лампа, предназначенная для замены лампы накаливания.
- Неоновая лампа
- Лампа ртутно-паровая
- Натриевая лампа
- Серная лампа
- Металлогалогенная лампа
- Газоразрядная лампа высокой интенсивности
- Безэлектродная лампа , газоразрядная лампа, в которой энергия передается в лампу посредством электромагнитных полей или радиоволн.
- Плазменная лампа
- Флюоресцентная лампа
Различные типы фонарей имеют очень разную эффективность и цвет света . [6]
| Имя | Оптический спектр | Номинальная эффективность ( лм / Вт ) | Срок службы ( MTTF ) (часы) | Цветовая температура ( кельвин ) | Цвет | Цвет визуализации индекс |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Лампа накаливания | Непрерывный | 4–17 | 2–20 000 | 2,400–3,400 | Теплый белый (желтоватый) | 100 |
| Галогенная лампа | Непрерывный | 16–23 | 3 000–6 000 | 3 200 | Теплый белый (желтоватый) | 100 |
| Флюоресцентная лампа | Линия ртути + люминофор | 52–100 (белый) | 8 000–20 000 | 2 700–5 000 * | Доступен белый (разная цветовая температура), а также насыщенные цвета | 15–85 |
| Металлогалогенная лампа | Квазинепрерывный | 50–115 | 6 000–20 000 | 3 000–4 500 | Холодный белый | 65–93 |
| Серная лампа | Непрерывный | 80–110 | 15 000–20 000 | 6000 | Бледно-зеленый | 79 |
| Натрий высокого давления | Широкополосный | 55–140 | 10 000–40 000 | 1,800–2,200 * | Розовато-оранжевый | 0–70 |
| Натрий низкого давления | Узкая линия | 100–200 | 18 000–20 000 | 1,800 * | Желтый, без цветопередачи | 0 |
| Светодиодная лампа | Линия плюс люминофор | 10–200 [7] (белый) | 50 000–100 000 | Различный белый от 2700 до 6000 * | Различная цветовая температура, а также насыщенные цвета | 70–85 (белый) |
| Безэлектродная лампа | Линия ртути + люминофор | 70–90 (белый) | 80 000–100 000 | Различный белый от 2700 до 6000 * | Различная цветовая температура, а также насыщенные цвета | 70–85 (белый) |
* Цветовая температура определяется как температура черного тела, излучающего аналогичный спектр; эти спектры сильно отличаются от спектров черных тел.
Самый эффективный источник электрического света - натриевая лампа низкого давления. Для всех практических целей он излучает монохроматический оранжево-желтый свет, который дает такое же монохроматическое восприятие любой освещенной сцены. По этой причине он обычно используется для наружного освещения. Астрономы предпочитают натриевые лампы низкого давления для общественного освещения, поскольку создаваемое ими световое загрязнение можно легко фильтровать, в отличие от широкополосных или непрерывных спектров.
Лампа накаливания
Современная лампа накаливания со спиральной вольфрамовой нитью, коммерциализированная в 1920-х годах, разработана на основе угольной лампы накаливания, появившейся около 1880 года.
Менее 3% входной энергии преобразуется в полезный свет. Почти вся потребляемая энергия превращается в тепло, которое в теплом климате необходимо отводить из здания с помощью вентиляции или кондиционирования воздуха , что часто приводит к увеличению потребления энергии. В более холодном климате, где отопление и освещение требуется в холодные и темные зимние месяцы, побочный продукт тепла имеет определенную ценность. Использование ламп накаливания постепенно прекращается во многих странах из-за их низкой энергоэффективности.
Помимо ламп для нормального освещения, существует очень широкий спектр ламп, в том числе низковольтные и маломощные лампы, которые часто используются в качестве компонентов в оборудовании, но теперь в значительной степени заменены светодиодами.
Галогенная лампа
Галогенные лампы обычно намного меньше стандартных ламп накаливания, поскольку для успешной работы обычно требуется температура колбы более 200 ° C. По этой причине у большинства есть колба из плавленого кварца (кварца) или алюмосиликатного стекла. Часто его герметизируют дополнительным слоем стекла. Наружное стекло является мерой безопасности, чтобы уменьшить излучение ультрафиолета и удерживать горячие стеклянные осколки, если внутренняя оболочка взорвется во время работы. Масляные остатки отпечатков пальцев могут привести к расколу горячего кварцевого конверта из-за чрезмерного нагрева в месте загрязнения. Риск ожогов или пожара также выше при использовании голых лампочек, что приводит к их запрещению в некоторых местах, если только они не закрыты светильником.
Те, которые рассчитаны на работу от 12 или 24 В, имеют компактные нити накала, полезные для хорошего оптического контроля. Кроме того, они имеют более высокую эффективность (люмен на ватт) и лучший срок службы, чем негалогенные типы. Световой поток остается практически постоянным на протяжении всего срока службы.
Флюоресцентная лампа
Люминесцентные лампы состоят из стеклянной трубки, содержащей пары ртути или аргона под низким давлением. Электричество, протекающее по трубке, заставляет газы выделять ультрафиолетовую энергию. Внутренняя часть трубок покрыта люминофором , излучающим видимый свет при воздействии ультрафиолетовых фотонов . [8] Они имеют гораздо более высокий КПД, чем лампы накаливания. Для того же количества генерируемого света они обычно используют от четверти до одной трети мощности лампы накаливания. Типичная световая отдачалюминесцентных осветительных систем составляет 50–100 люмен на ватт, что в несколько раз превышает эффективность ламп накаливания с сопоставимой светоотдачей. Светильники люминесцентных ламп дороже, чем лампы накаливания, потому что они требуют балласта для регулирования тока через лампу, но более низкая стоимость энергии обычно компенсирует более высокую начальную стоимость. Компактные люминесцентные лампы доступны в тех же популярных размерах, что и лампы накаливания, и используются в качестве энергосберегающей альтернативы в домах. Поскольку они содержат ртуть, многие люминесцентные лампы классифицируются как опасные отходы . Агентство по охране окружающей среды СШАрекомендует отделять люминесцентные лампы от обычных отходов для переработки или безопасной утилизации, а в некоторых юрисдикциях требуется их переработка. [9]
Светодиодная лампа
Твердотельный светодиод (LED) был популярен в качестве светового индикатора в бытовой электронике.и профессиональное звуковое оборудование с 1970-х годов. В 2000-х годах эффективность и производительность выросли до такой степени, что светодиоды теперь используются в осветительных приборах, таких как автомобильные фары и стоп-сигналы, в фонариках и велосипедных фарах, а также в декоративных целях, например, в праздничном освещении. Светодиодные индикаторы известны своим чрезвычайно долгим сроком службы, до 100 000 часов, но светодиоды работают гораздо менее консервативно и, следовательно, имеют более короткий срок службы. Светодиодная технология полезна для дизайнеров освещения из-за ее низкого энергопотребления, низкого тепловыделения, мгновенного управления включением / выключением, а в случае одноцветных светодиодов - непрерывности цвета на протяжении всего срока службы диода и относительно низкой стоимости производства. Срок службы светодиода сильно зависит от температуры диода.Эксплуатация светодиодной лампы в условиях, повышающих внутреннюю температуру, может значительно сократить срок ее службы.
Угольная дуговая лампа
Угольные дуговые лампы состоят из двух угольных стержневых электродов на открытом воздухе, питаемых от токоограничивающего балласта . Электрическая дуга поражена, прикоснувшись кончиками стержней затем разделив их. Возникающая дуга создает раскаленную плазму между концами стержней. Эти лампы имеют более высокий КПД, чем лампы накаливания, но угольные стержни недолговечны и требуют постоянной регулировки при использовании, так как сильное тепло дуги разрушает их. Лампы излучают значительный ультрафиолетовый свет , они требуют вентиляции при использовании в помещении, а из-за своей интенсивности они нуждаются в защите от прямого взгляда.
Изобретенная Хамфри Дэви около 1805 года угольная дуга стала первым практическим электрическим светом. Он использовался в коммерческих целях, начиная с 1870-х годов для освещения больших зданий и улиц, пока не был заменен в начале 20 века лампами накаливания. Угольные дуговые лампы работают с высокой мощностью и излучают белый свет высокой интенсивности. Они также являются точечным источником света. До окончания Второй мировой войны они использовались в ограниченных приложениях, требующих этих свойств, таких как кинопроекторы , сценическое освещение и прожекторы .
Газоразрядная лампа
Газоразрядная лампа имеет колбу из стекла или кремнезема, содержащую два металлических электрода, разделенных газом. Используемые газы включают неон , аргон , ксенон , натрий , галогениды металлов и ртуть . Основной принцип работы во многом такой же, как у угольной дуговой лампы, но термин «дуговая лампа» обычно относится к угольным дуговым лампам, а более современные типы газоразрядных ламп обычно называются газоразрядными. В некоторых газоразрядных лампах для зажигания дуги используется очень высокое напряжение. Для этого требуется электрическая цепь, называемая воспламенителем, которая является частью электрического балласта.схема. После зажигания дуги внутреннее сопротивление лампы падает до низкого уровня, и балласт ограничивает ток до рабочего. Без балласта будет течь избыточный ток, что приведет к быстрому разрушению лампы.
Некоторые типы ламп содержат немного неона, который позволяет зажигать при нормальном рабочем напряжении без внешней схемы зажигания. Так работают натриевые лампы низкого давления . Самые простые балласты - это просто индуктор, и их выбирают там, где решающим фактором является стоимость, например, при уличном освещении. Более совершенные электронные балласты могут быть разработаны для поддержания постоянной светоотдачи в течение всего срока службы лампы, могут приводить лампу в движение прямоугольной волной для обеспечения полного отсутствия мерцания на выходе и отключаться в случае определенных неисправностей.
Форм-факторы
Для многих ламповых блоков или лампочек указаны стандартные коды формы и названия патронов. Лампы накаливания и их заменяемые детали часто обозначаются как « A19 / A60 E26 / E27», что является обычным размером для ламп такого типа. В этом примере параметры «A» описывают размер и форму колбы, а параметры «E» описывают размер основания винта Эдисона и характеристики резьбы.
Ожидаемый срок службы лампы
Ожидаемый срок службы для многих типов ламп определяется как количество часов работы, при котором 50% из них выходят из строя, то есть средний срок службы ламп. Производственные допуски, составляющие всего 1%, могут привести к разбросу срока службы лампы на 25%, поэтому, как правило, некоторые лампы выходят из строя намного раньше номинального срока службы, а некоторые служат намного дольше. Для светодиодов срок службы лампы определяется как время работы, при котором 50% ламп испытали снижение светоотдачи на 70%.
Некоторые типы ламп также чувствительны к циклам переключения. В помещениях с частым переключением, таких как ванные комнаты, срок службы лампы может быть меньше, чем указано на коробке. Компактные люминесцентные лампы особенно чувствительны к циклам переключения.
Общественное освещение
Общее количество искусственного света (особенно уличного ) достаточно для того, чтобы города были хорошо видны в ночное время как с воздуха, так и из космоса. Этот свет является источником светового загрязнения, которое обременяет астрономов и других людей.
Использование кроме освещения
Электрические лампы можно использовать в качестве источников тепла, например, в инкубаторах , в качестве инфракрасных ламп в ресторанах быстрого питания и игрушек, таких как Kenner Easy-Bake Oven .
Благодаря своим нелинейным характеристикам сопротивления вольфрамовые лампы накаливания долгое время использовались в качестве быстродействующих термисторов в электронных схемах. Популярные виды использования включают:
- Стабилизация синусоидальных генераторов
- Защита твитеров в корпусах динамиков ; избыточный ток, который слишком велик для твитера, освещает свет, а не разрушает твитер.
- Автоматическая регулировка громкости в телефонах
Стилизованное изображение лампочки является логотипом турецкой партии AK . [10] [11]
Условные обозначения схем
На принципиальных схемах лампы обычно обозначаются символами. Есть два основных типа символов, это:
Крест в круге обычно обозначает лампу как индикатор. (ANSI / IEEE Std 315A-1986)
Полукруглая вмятина в круге, которая обычно представляет лампу как источник света или освещения.
Смотрите также
- Световая трубка
- Список источников света
Рекомендации
- ^ a b Рейсерт, Сара (2015). «Да будет свет» . Журнал "Дистилляции" . 1 (3): 44–45 . Проверено 22 марта 2018 .
- ^ "Лампа" . Dictionary.com . Проверено 9 ноября 2014 года .
- ^ "Лампочка" . Мерриам-Вебстер . Проверено 18 сентября 2017 года .
- ^ a b Freebert, Эрнест (2014). Эпоха Эдисона: электрический свет и изобретение современной Америки . Книги пингвинов. ISBN 978-0-14-312444-3.
- ^ Гварньери, М. (2015). «Переключение света: от химического к электрическому» (PDF) . Журнал IEEE Industrial Electronics Magazine . 9 (3): 44–47. DOI : 10.1109 / MIE.2015.2454038 . ЛВП : 11577/3164116 . S2CID 2986686 .
- ^ Браун, Мартин Т. (2003) Меморандум от Мартина Т. Брауна . Парламент Великобритании
- ^ "Дубай Лампа | Philips Lighting" . Philips.ae . Дата обращения 2 августа 2019 .
- ^ Перковиц, Сидней; Генри, А. Джозеф (23 ноября 1998 г.). Империя Света :: История открытий в науке и искусстве . Джозеф Генри Пресс. ISBN 978-0-309-06556-6.
- ^ Агентство по охране окружающей среды США, OSWER (2015-07-23). «Опасные отходы» . Агентство по охране окружающей среды США . Проверено 3 ноября 2018 .
- ↑ Thomson Reuters (29.06.2013). «Протестующий держит лампочку, официальный символ правящей партии AKP (AKP), с нарисованным на ней знаком нацистской свастики во время антиправительственной акции протеста на площади Таксим в Стамбуле» . news.trust.org . Проверено 3 ноября 2018 .
- ^ Kutlugun, Satuk Bugra и Akcay, Ахмет Саит (14 августа 2016). «15 лет Партии справедливости и развития Турции» . Агентство Анадолу.CS1 maint: multiple names: authors list (link)
