Кіріспе
Иондалған газ электр разрядымен жұмыс істейтін жасанды жарық көздері Газ разрядты шамдар - иондалған газ, плазма арқылы электр разряды жіберіп жарық шығаратын жасанды жарық көздерінің бір тобы. Әдетте мұндай шамдар асыл газды (аргон, неон, криптон және ксенон) немесе осы газдардың қоспасын пайдаланады. Кейбірінде қосымша заттар, мысалы, сынап, натрий және металл галоидтары бар, олар газ қоспасының бір бөлігі болу үшін іске қосу кезінде буланады. Бір тұтқалы, өздігінен іске қосылатын шамдар мика дискісімен оқшауланады және боросиликатты шыны газды шығару түтігі (арка түтігі) мен металл қақпаққа орналастырылады. Олардың ішінде натрий бу шамдары бар, олар көше жарықтарында газды шығаратын шамдар болып табылады. Бірақ оларды жасау қиынырақ және көбісі теріс кедергіге ие, бұл ток ағыны өскен сайын плазмадағы кедергі азаяды. Сондықтан, олар әдетте газ арқылы ток ағынын басқару үшін балластар сияқты көмекші электрондық жабдықты қажет етеді, бұл токтың қашып кетуін болдырмайды (арк жалындауы). Кейбір газды разрядты шамдар толық жарық беруіне жету үшін белгілі бір уақытқа дейін іске қосылады. Дегенмен, көптеген жарықтандыру қолданбаларында газды разрядты шамдар көбірек тиімді болғандықтан, LED шам технологиясының соңғы жетістіктеріне дейін қыздырғыш шамдарға қарағанда артықшылық берілді.
Gas discharge lamps are a family of artificial light sources that generate light by sending an electric discharge through an ionized gas, a plasma. Typically, such lamps use a
noble gas (argon, neon, krypton, and xenon) or a mixture of these gases. Some include additional substances, such as mercury, sodium, and metal halides, which are vaporized during start up to become part of the gas mixture. Single ended self starting lamps are insulated with a mica disc and contained in a borosilicate glass gas discharge tube (arc tube) and a metal cap. They include the sodium vapor lamp that is the gas discharge lamp in street lighting. but are more complicated to manufacture and most exhibit negative resistance, causing the resistance in the plasma to decrease as the current flow increases. Therefore, they usually require auxiliary electronic equipment such as ballasts to control current flow through the gas, preventing current runaway (arc flash). Some gas discharge lamps also have a perceivable start up time to achieve their full light output. Still, owing to their greater efficiency, gas discharge lamps were preferred over incandescent lights in many lighting applications, until recent improvements in LED lamp technology.
Тарих
Газдық жарық шамдарының тарихы 1675 жылы француз астрономы Жан Пикардтың барметрді ұстап тұрған кезде оның барметріндегі сынап жарығы жарық беретінін байқауынан басталады. Франсис Хоксби сияқты зерттеушілер бұл құбылыстың себебін анықтауға тырысты. 1705 жылы Хоксби газды төгілетін шамды алғаш рет көрсетті. Ол эвакуацияланған немесе ішінара эвакуацияланған шыны глобустың ішіне аз мөлшерде сынап салып, статикалық электр қуатымен зарядталған кезде, онымен оқу үшін жеткілікті жарық шығара алатынын көрсетті. Электр доғасы құбылысын алғаш рет Василий Петров 1802 жылы сипаттаған. 1809 жылы сэр Хамфри Дэви Ұлыбритания Корольдік институтында электр доғасын көрсетті. Содан бері жарық көздері зерттеуге алынды, өйткені олар жарық көзіне қарағанда электр энергиясынан жарық шығарады. Төмен қысымдағы газды шығару түтігінің атасы неміс шыны өргіші Генрих Гейслер болды, ол 1857 жылдан бастап түрлі түсті суретшілікті суық катодты түтіктерді құрастырды. Түтіктерде инерттік газдар, мысалы, асыл газдар - неон, аргон, криптон немесе ксенон, сондай-ақ көмірқышқыл газы жақсы жұмыс істегені анықталды. Бұл технологияны француз инженері Жорж Клод 1910 жылы коммерцияландырды және неондағы белгілерде қолданылатын неондағы жарықтандыруға айналды. Металл бу шамдарын енгізу, сондай-ақ төгу түтігі ішінде әр түрлі металдарды енгізу кейінгі жетістік болды. Газдың жылулық түсірілімі металдың бір бөлігін буландырады, ал түсірілім тек металл буымен ғана жасалады. Әдеттегі металдар - натрий мен сынап, олардың көрінетін спектрлік эмиссиясына байланысты. 100 жыл бойы жүргізілген зерттеулер нәтижесінде электродсыз шамдар пайда болды, олар микротолқынды немесе радиожиілік көздер арқылы қуат алады. Сонымен қатар, жарық көздері әлдеқайда төмен өнімділікпен құрылды, бұл үйде немесе үй ішінде жарық беруді кеңейтеді.
"Румкорф" шамшырағы
Румкорф шамдары - Генрих Даниэль Румкорфтың есімімен аталған және алғаш рет 1860 жылдары қолданылған электрлі переносшы шамның алғашқы түрі. Бұл шам Гейслер түтігінен тұратын, ол батареямен жұмыс істейтін Румкорф индукциялық катушкасымен қозғайды; төменгі кернеудегі тұрақты токтарды жылдам жоғары кернеу импульстеріне айналдыратын ерте трансформатор. Бастапқыда шам көмірқышқыл газы толтырылған Гейслер түтігін пайдаланып ақ жарық шығарған. Алайда көмірқышқыл газы ыдырап кетеді. Сондықтан кейінірек Geissler түтігі азотпен толтырылды (қызыл жарық шығарды), ал мөлдір шыны уран шынысымен ауыстырылды (жасыл жарықпен флуоресцентті). Шахтаның жарылғыш болуы мүмкін ортасында, сондай-ақ суға секіру сияқты оттегісіз ортада немесе хирургияда қолдануға арналған жылусыз шам үшін арналған шамды Франциядағы Ардеша департаментіне жақын жердегі Сент-Прайст пен Лак темір шахталарының инженері Альфонс Дюма және Привас қаласының дәрігері доктор Камиль Бенуа әзірледі. 1864 жылы Француз ғылым академиясы Дюма мен Бенуаға өнертабысы үшін 1000 франктан тұратын сыйлық берді. Бұл шамдар өз заманының алдыңғы қатарлы технологиясы болғандықтан, Жюль Верннің бірнеше ғылыми фантастикалық романдарында сипатталғаннан кейін атақ алды.
Түсі
Әрбір газ, оның атомдық құрылысына байланысты, белгілі бір толқын ұзындығындағы сәуле шығаруды, оның сәуле шығару спектрін шығарады, ол шамнан жарықтың түсін анықтайды. Жарық көзінің жарық көзімен жарықтандырылған түрлі заттардың түстерін қайта жаңғырту қабілетін бағалаудың бір жолы ретінде Халықаралық жарықтандыру жөніндегі комиссия (CIE) түстерді көрсету индексін (CRI) енгізді. Кейбір газды разрядты шамдардың CRI салыстырмалы түрде төмен, яғни олар жарық беретін түстер күн сәулесі немесе басқа жоғары CRI жарықтандыруындағыдан айтарлықтай өзгеше көрінеді. Газдың түстер спектрінің белгілері Сурет Гелий Ақтан қызғылт сарыға дейін; кейбір жағдайларда сұр, көк немесе жасыл көк болуы мүмкін. Суретшілер арнайы мақсаттағы жарықтандыру үшін пайдаланады. Неон қызыл-сары қызыл түсті, қатты жарық. Неон белгілері мен неон шамдарында жиі қолданылады. Аргон қызғылт түстіден көк лавандаға дейін жиі сынап буларымен бірге қолданылады. Криптон сұрлығы ақтан жасылға ауысады. Жоғары еңселі ағымда - көк-ақ түсті. Суретшілер арнайы мақсаттағы жарықтандыру үшін пайдаланады. Ксенон сұр немесе көк сұр, күңгірт ақ түсті. Жоғары еңселі ағымда өте жарқын жасыл-көк түсті. Флеш-шам, ксенондық HID фаралар мен ксенондық доғалы шамдарда қолданылады. Азот Аргонға ұқсас, бірақ көмескі, қызғылт түсті; жоғары шыңдағы токтарда ашық көк ақ. Моур шамдарында пайдаланылады (тарихи) оттегі Қызғылт түсті лавандаға дейін, аргоннан көмескілірек Сутек Лаванда аз ток кезінде, қызғылт түсті 10 мА-дан астам қызғылт түсті Су буы Сутекке ұқсас, көмірқышқыл газы көмескі түсті көк ақтан қызғылт түсті, төменгі токтарда ксенондан да жарық Көмірқышқыл газы лазерінде пайдаланылады, Моур шамдары (тарихи). Меркурий буы Ашық көк, қарқынды ультрафиолет Бұл спектрлік суретте көрсетілмеген ультрафиолет. Көп түрлі түсті жарық шығару үшін фосфорлармен бірге қолданылады. Жиде бу шамдары мен флуоресцентті түтіктерде кеңінен қолданылады. Натрий буы (төмен қысым) Жарық сары сары сары түсті Натрий буы шамдарында кеңінен қолданылады.
Түрлері
Лампалар газ қысымына және катодтың қыздырылуына байланысты топтарға бөлінеді. Ыстық катодты шамдар жоғары температурада жұмыс істейтін электродтарға ие және шамдағы доға ағыны арқылы қыздырылады. Жылу термоиондық эмиссия арқылы электродтардан электрондарды шығарады, бұл дуалды сақтауға көмектеседі. Көптеген түрлерде электродтар арканы іске қосу үшін басталғанда жеке токпен қыздырылатын ұсақ сымнан жасалған электр талшықтарынан тұрады. Суық катодты шамдар бөлме температурасында жұмыс істейтін электродтарға ие. Шамның өткізгіштігін бастау үшін газды иондау үшін жеткілікті жоғары кернеу (соғу кернеуі) қолданылуы керек, сондықтан бұл шамдар іске қосу үшін жоғары кернеуді қажет етеді.
Жоғары қысымды төгілетін шамдар
Жоғары қысымды шамдар атмосфералық қысымнан сәл төмен немесе жоғары қысымда газға түсетін разрядқа ие. Мысалы, жоғары қысымды натрий шамдарының доғасы 100-200 тор қысыммен, атмосфералық қысымның шамамен 14% -дан 28% -ға дейін; кейбір автомобиль HID фаралары 50 барға дейін немесе атмосфералық қысымның елу есесіне дейін. Металл галоидты шамдар ақ жарық шығарады және ваттық жарық шығыны 100 люменге жетеді. Қолданбаларға биік ғимараттардың, көлік тұрақтарының, дүкендердің, спорт алаңдарының ішкі жарықтандыруы кіреді. Жоғары қысымдағы натрийлі шамдар, 150 люмен/Ватт шығарады, төмен қысымдағы натрийлі шамдарға қарағанда кең спектрлі жарық береді. Сондай-ақ көшелерді жарықтандыруда және өсімдіктерді өсіру үшін жасанды фотоассимиляция үшін пайдаланылады. Жоғары қысымды сынап булы шамдар ең көне жоғары қысымды шам түрі болып табылады және көптеген қолданбаларда металл галоидты және жоғары қысымды натрий шамдарымен алмастырылған. Оларға қысқа доға ұзындығы қажет.
High pressure mercury vapor lamps are the oldest high pressure lamp type and have been replaced in most applications by metal halide and the high pressure sodium lamps. They require a shorter arc length.
Жоғары интенсивті разрядты шамдар
Жоғары интенсивті разрядты (HID) шам - жарық шығаратын электр шамдарының бір түрі, ол жарық шығаратын электр дуалы арқылы, шашыраңқы немесе мөлдір, балқытылған кварц немесе балқытылған алюминий дуалы түтігінің ішінде орналасқан вольфрам электродының арасында. Басқа шам түрлеріне қарағанда, доға ұзындығы үшін салыстырмалы түрде жоғары доға қуаты бар. HID шамдарының мысалдары: сынап бу шамдары, металл галоидты шамдар, керамикалық металл галоидты шамдар, натрий бу шамдары және ксенон доғасы шамдары. HID шамдары әдетте жарық пен энергия тиімділігінің жоғары деңгейі қажет болған кезде қолданылады.
HID lamps are typically used when high levels of light and energy efficiency are desired.
Басқа мысалдар
Ксенонды жарық шамдары миллисекундтық микросекундтық диапазонда бір жарық шамырауын шығарады және әдетте кино, фото және театр жарығында қолданылады. Бұл шамның әсіресе мықты нұсқалары, стробо шамдар деп аталады, олар ұзақ кезекті жарқырауларды шығарады, бұл қозғалысты стробоскопиялық тексеруге мүмкіндік береді. Бұл әдіс механикалық қозғалысты зерттеуде, медицинада және би залдарын жарықтандыруда қолданылды.