Введение
Искусственные источники света, работающие на ионизированном газе с электрическим разрядом Газовые лампы с разрядом - это семейство искусственных источников света, которые генерируют свет, посылая электрический разряд через ионизированный газ, плазму. Обычно в таких лампах используется благородный газ (аргон, неон, криптон и ксенон) или смесь этих газов. Некоторые из них включают в себя дополнительные вещества, такие как ртуть, натрий и галоиды металлов, которые испаряются во время запуска, чтобы стать частью газовой смеси. Одноконтактные самозапускающиеся лампы изолированы слюновым диском и помещены в газоразрядное отверстие из боросиликатного стекла (дуговую трубку) и металлическую крышку. Они включают в себя лампу натриевого пара, которая является газоразрядной лампой в уличном освещении. но более сложны в производстве и большинство из них имеют отрицательное сопротивление, в результате чего сопротивление в плазме уменьшается по мере увеличения потока. Поэтому для них обычно требуется вспомогательное электронное оборудование, такое как балласты, для управления потоком тока через газ, предотвращая утечку тока (вспышка дуги). Некоторые газоразрядные лампы также имеют ощутимое время запуска для достижения их полной световой мощности. Тем не менее, из-за их большей эффективности газоразрядные лампы предпочитались лампам накаливания во многих осветительных приложениях, пока не были совершенствованы технологии светодиодных ламп.
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.
История
История газовых ламп началась в 1675 году, когда французский астроном Жан Пикар заметил, что пустое пространство в его ртутном барометре светит, когда ртуть качается, пока он несет барометр. Исследователи, включая Фрэнсиса Хоксби, пытались определить причину этого явления. В 1705 году Хоксби впервые продемонстрировал лампу с газовым разрядом. Он показал, что эвакуированный или частично эвакуированный стеклянный шар, в который он поместил небольшое количество ртути, в то время как заряженный статическим электричеством, мог производить достаточно яркий свет для чтения. Феномен электрической дуги был впервые описан Василий Петров в 1802 году. В 1809 году сэр Хамфри Дэви продемонстрировал электрическую дугу в Королевском институте Великобритании. С тех пор исследования проводились в области источников света с разрядом, поскольку они создают свет из электричества значительно эффективнее, чем лампы накаливания. Отцом трубки с разрядом газа низкого давления был немецкий стеклодувщик Генрих Гейслер, который начиная с 1857 года построил красочные художественные холодные катодные трубки с различными газами, которые светили во многих разных цветах, называемые трубками Гейслера. Было обнаружено, что инертные газы, такие как благородные газы неон, аргон, криптон или ксенон, а также углекислый газ хорошо работают в трубах. Эта технология была коммерциализирована французским инженером Жоржем Клодом в 1910 году и стала неоновым освещением, используемым в неоновых вывесках. Введение металлической лампы пара, включая различные металлы в выпускной трубке, было более поздним достижением. Тепло газового разряда испаряет часть металла, и разряд затем производится почти исключительно металлическим паром. Обычно металлами являются натрий и ртуть из-за их видимого спектра излучения. Сто лет исследований привели к лампам без электродов, которые вместо этого питаются микроволновыми или радиочастотными источниками. Кроме того, были созданы источники света гораздо более низкой мощности, расширяя применение разрядной подсветки для домашнего или внутреннего использования.
Лампа "Румкорф"
Лампы Румкорфа были ранней формой портативной электрической лампы, названной в честь Генриха Даниэля Румкорфа и впервые использовавшейся в 1860-х годах. Лампа состояла из трубки Гейслера, которая возбуждалась индукционной катушкой Румкорфа, работающей на батареях; ранний трансформатор, способный преобразовывать токовые токи низкого напряжения в быстрые импульсы высокого напряжения. Первоначально лампа генерировала белый свет с помощью трубки Гейслера, заполненной углекислым газом. Однако углекислый газ имел тенденцию к разрушению. Поэтому в более поздних лампах трубка Гейслера была заполнена азотом (который генерировал красный свет), а прозрачное стекло было заменено урановым стеклом (который флуоресцировал зеленым светом). Предназначенная для использования в потенциально взрывоопасных условиях добычи полезных ископаемых, а также в средах, свободных от кислорода, таких как дайвинг, или для безтепловой лампы для возможного использования в хирургии, лампа была фактически разработана как Альфонсом Дюма, инженером в железных шахтах Сен-Прайст и Лак, недалеко от Приваса, в департаменте Ардеш, Франция, так и доктором Камилем Бенуа, врачом в Привасе. В 1864 году Французская академия наук присудила Дюма и Бенуа премию в 1000 франков за их изобретение. Эти лампы, являвшиеся передовыми технологиями своего времени, прославились после того, как были описаны в нескольких научно-фантастических романах Жюля Верна.
Цвет
Каждый газ, в зависимости от его атомной структуры, излучает излучение определенной длины волны, его спектр излучения, который определяет цвет света от лампы. В качестве способа оценки способности источника света воспроизводить цвета различных объектов, освещаемых источником, Международная комиссия по освещению (CIE) представила индекс цветопередачи (CRI). Некоторые газоразрядные лампы имеют относительно низкий CRI, что означает, что цвета, которые они освещают, появляются существенно по-другому, чем при солнечном свете или другом высоком освещении CRI. Газовый цветовой спектр Образ гелия Белый до оранжевого цвета; при некоторых условиях может быть серого, синего или зеленого синего цвета. Используется художниками для специального освещения. Неон Красный Оранжевый Интенсивный свет. Часто используется в неоновых табличках и неоновых лампах. Аргон фиолетовый до бледно-лавандового синего часто используется вместе с ртутными парами. Криптон-Серый с белого на зеленый. При пиковых токах ярко-голубо-белый. Используется художниками для специального освещения. Ксеноновый серый или синий серый тускло-белый. При пиковых токах - очень ярко-зеленый синий. Используется в фонариках, ксеноновых HID-фарах и ксеноновых дуговых лампах. Азот Похож на аргон, но более тусклый, более розовый; при высоких пиковых токах ярко-голубовато-белый. используется в лампе Мура (исторически) Кислород Фиолетовый до лавандовый, тусклее, чем аргон Водород Лавандовый при низких токах, розовый до красноватый более 10 мА Водяной пар Похожий на водород, тусклее Углекислый газ Синий белый до розовый, при низких токах ярче, чем ксенон Используется в углекислом лазере, лампа Мура (исторически). Меркурий, легкий синий, интенсивный ультрафиолет Ультрафиолет не показан на этом спектральном изображении. Используется в сочетании с фосфорами, используемыми для получения многих цветов света. Широко используется в ртутных лампах и флуоресцентных трубах. Пары натрия (низкое давление) Ярко-оранжево-желтый Широко используется в лампах натриевых паров.
Типы
Лампы делятся на семейства в зависимости от давления газа и нагрева или нет катода. Горячие катодные лампы имеют электроды, которые работают при высокой температуре и нагреваются дуговой струей в лампе. Тепло выбивает электроны из электродов посредством термоионного излучения, что помогает поддерживать дугу. Во многих типах электроды состоят из электрических нитей из тонкого провода, которые нагреваются отдельным током при запуске, чтобы запустить дугу. У холодовых катодных ламп есть электроды, которые работают при комнатной температуре. Для запуска проводимости в лампе необходимо применить достаточно высокое напряжение (ударное напряжение), чтобы ионизировать газ, поэтому эти лампы требуют более высокого напряжения для запуска.
Высоковольтные лампы
Высоковольтные лампы имеют разряд, который происходит в газе при давлении от чуть меньшем до большем, чем атмосферное. Например, натриевая лампа высокого давления имеет дуговую трубку под давлением от 100 до 200 торов, примерно от 14% до 28% атмосферного давления; некоторые автомобильные фары HID имеют давление до 50 бар или в пятьдесят раз больше атмосферного давления. Металлогалоидные лампы производят почти белый свет и достигают 100 люмен на ватт световой мощности. Приложения включают в себя внутреннее освещение высоких зданий, парковочных мест, магазинов, спортивных площадок. Высоковольтные натриевые лампы, вырабатывающие до 150 люмен в ватт, производят более широкий световой спектр, чем натриевые лампы низкого давления. Высокодавление ртутные лампы являются старейшим типом лампы высокого давления и были заменены в большинстве приложений металлическими галоидами и натриевыми лампами высокого давления. Они требуют более короткой длины дуги.
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.
Высокоинтенсивные лампы с разрядом
Высокоинтенсивная лампа с разрядом (HID) - это тип электрической лампы, которая производит свет с помощью электрической дуги между вольфрамовыми электродами, размещенными внутри полупрозрачной или прозрачной трубки из расплавленного кварца или расплавленной алюминиевой дуги. По сравнению с другими типами ламп, для длины дуги существует относительно высокая мощность дуги. Примеры ламп HID включают ртутные лампы, лампы металлических галоидов, керамические лампы металлических галоидов, лампы натриевых паров и ксеноновые лампы. HID лампы обычно используются, когда требуется высокий уровень освещенности и энергоэффективности.
HID lamps are typically used when high levels of light and energy efficiency are desired.
Другие примеры
Ксеноновая лампа производит один вспышка света в миллисекундном диапазоне микросекунд и обычно используется в кино, фотографии и театральном освещении. Особенно надежные версии этой лампы, известные как стробовые огни, могут производить длинные последовательности вспышек, позволяя проводить стробоскопическое исследование движения. Это изобретение применяется в исследовании механических движений, в медицине и в освещении танцевальных залов.