Автор: Пользователь скрыл имя, 05 Июня 2013 в 22:34, курс лекций
Електромагнітна та квантова природа світла
С точки теории света, основоположником которой явился ученый X. Гюйгенс, излучение представляет собой волновое движение. При этом свет рассматривался им как упругие волны, распространяющиеся в особой упругой среде, заполняющей все материальные тела, промежутки между ними и межпланетное пространство.
И. Ньютон разработал корпускулярную теорию излучения
Якість світла
Одним з недоліків енергозберігаючих ламп часто називають мерехтіння. В сучасних лампах частота мерехтіня досягає 20 000 герц, тому воно не помітне для людини. Для характеристики світла також використовують індекс передачі кольорів Ra, який визначає ступінь спотворення кольору предметів. Значення індексу Ra 80-89 свідчать про гарну передачу кольорів, а 90-100 – про дужу хорошу. Ще однією характеристикою енергозберігаючих ламп є їх кольорова температура, яка визначає колір світла: 2700К – теплий білий колір, найбільш близький до світла традиційної лампи розжарювання; 4200К – денне світло, 6400К – холодне біле світло. Загалом, світло дещо відрізняється від звичного, але більшість дуже швидко звикає. Читайте уважно інформацію на упакоці та обирайте світло, при якому Ви будете відчувати себе комфортно.
Електричні стартери
Електричні стартери – цей пристрій призначенній для автоматичного замикання і розмикання ланцюгового передпускового підігріву електродів люмінесцентних трубчатих ламп низького тиску при їх роботі з електромагнітними баластами в мережах змінного струму частотою 50(60) Гц.
Котушки індуктивності
Коту́шка індукти́вності – звернутий у спіраль ізольований дріт, що має значну індуктивність при відносно великій електричній провідності та малому активному опорі. Така система здатна запасати енергію при протіканні електричного струму.
Для збільшення індуктивності котушка здебільшого намотується на феромагнітне осердя. Котушку без осердя називають соленоїдом. Спеціальні котушки, що використовуються в певних електричних колах, називають дроселями.
Фізичні принципи
Магнітне поле за своєю природою вихрове. Його силові лінії замкнуті. Силові лінії магнітного поля навколо прямого провідника із струмом утворюють коло. У котушці індуктивності провідник має таку форму, що всередині котушки магнітне поле, створене кожною його ділянкою додається, а за межами котушки суперпозиція поля, створеного окремими ділянками провідника, призводить до його гасіння.
Конфігурація магнітного поля в котушці схематично зображена на рисунку. Більше значення напруженості магнітного поля відповідає областям простору, де густина силових ліній вища. Всередині котушки магнітне поле, створене нижніми ділянками провідника, й верхніми, має однаковий напрям. За межами котушки напрям створеного поля від верхніх та нижніх ділянок провідника різний. Силові лінії, густина яких велика всередині котушки, замикаються через зовнішній простір. Якщо довжина котушки набагато більша за її товщину, то напруженість магнітного поля за межами котушки дуже мала, майже нульова.
В довгій котушці напруженість магнітного поля всередині рівномірна вздовж її осі за винятком країв. Величина напруженості магнітного поля й магнітної індукції в котушці залежить від сили струму, що протікає через провідник і від геомертричних факторів: розмірів, числа витків та способу намотки, форми внутрішньої області. Магнітний потік через внутрішній переріз котушки прямо пропорційний силі струму:
де - магнітний потік, - сила струму. Коефіцієнт пропорційності називається індуктивністю котушки й є її основною характеристикою.
Енергія магнітного поля в котушці дорівнює
Конденса́тори
Конденса́тор (от лат. condense
Люмінесценція – це випускання фотонів з електронно-збуджених станів. Фізична природа люмінесценції полягає в випромінювальних переходах електронів зі збудженого стану в основний. При цьому причиною початкового збудження системи можуть служити різні чинники: зовнішнє випромінювання, хімічні реакції та ін Якщо причиною порушення є зовнішнє випромінювання, то явище випускання вторинного випромінювання називається фотолюмінесценції. За механізмом розрізняють такі різновиди люмінесценції: резонансну, спонтанну, вимушену та рекомбінаційну. За типом збудження розрізняють фотолюмінесценцію, рентгенолюмінесценцію, катодолюмінесценцію, хемолюмінесценцію, кріолюмінесценцію, електролюмінесценцію, триболюмінесценцію, радіолюмінесценцію, термолюмінесценцію тощо.
ЛЕКЦІЯ №10
Газорозрядні лампи високої інтенсивності.
У 60-х роках були відкриті нові, виключно плідні напрямки у створенні газорозрядних ламп високої інтенсивності з самим різним спектром випромінювання і більш високими ККД, ніж у існуючих до цього. Вперше для ламп високої інтенсивності вдалося переступити рубіж в 100 лм / Вт. Вже розроблено і випускається велика кількість нових типів, які за багатьма параметрами значно перевершують газорозрядні лампи високого тиску типу ДРЛ і займають чільне місце в сім'ї газорозрядних джерел світла. Це натрієві лампи високого тиску в колбах з кристалічного оксиду алюмінію, що широко застосовуються для зовнішнього освітлення, і різні типи так званих металогалогенні ламп.
Поряд з висвітленням газорозрядні лампи знаходять численні і дуже важливі застосування у багатьох галузях народного господарства, в новітній техніці й у військовій справі, що пояснюється особливостями електричного розряду, які дозволяють створювати джерела випромінювання з дуже різноманітним поєднанням параметрів.
Ртутні лампи середнього, високого, низького тиску.
Ртутні лампи високого й надвисокого тиску найпоширеніші. Це пов'язане з можливістю одержання з їхньою допомогою випромінювання в різних діапазонах спектра – від ультрафіолетового до інфрачервоного, з високою пружністю пар ртуті, що дозволяє технологічно просто створювати лампи з тисками від сотень Паскалей до десятків мегапаскалей; крім того, пари ртуті практично не взаємодіють із матеріалами колби й електродів.
Ці лампи відрізняються
Ртутні лампи високого тиску підрозділяють за формою колб і дуги на трубчасті, що мають відстань між електродами в багато разів більше, ніж діаметр колби, і кульові – з відносно короткою дугою. За принципом охолодження їх можна розділити на лампи із природним і примусовим (найчастіше водяником) охолодженням. Лампи високого тиску використовуються в освітлювальні й облучательных установках як ефективні джерела, що створюють значні потоки випромінювання.
Тому що ртуть є металом, що випаровується легко, то при роботі лампи навіть незначна зміна температури колби викликає різка зміна тиску й щільності пари й, як наслідок, зміна параметрів лампи. Для зменшення цього ефекту ртутні лампи, як правило, наповнюються дозованою кількістю ртуті так, щоб у робочих умовах вся ртуть повністю випарувалася й лампа працювала при ненасичених парах. При цьому зміна тиску відбувається пропорційно зміні ефективної температури колби.
Градієнт потенціалу ртутного розряду високого тиску обмірюваний для широкого диапазаона зміни параметрів лампи. Для розрахунків трубчастих ламп зручно використовувати отримані на 01 підставі результатів вимірів емпіричні формули. Напруга на лампі складається зі спадання напруги в стовпі й анодно-катодному падінні потенціалу. Для ртутних дуг високого й надвисокого тиску мало залежить від умов розряду й перебуває в межах від 12 до 18 В.
Питома потужність сумарного випромінювання стовпа трубчастих ламп є приблизно лінійною функцією питомої потужності стовпа й не залежить від тиску й діаметра колби. Розподіл сумарного випромінювання по окремих лініях залежить від умов розряду, і для нього поки ще не знайдене аналітичне вираження. Звичайно спектральні характеристики розряду одержують експериментально. Розглянемо послідовність розрахунку ртутних трубчастих ламп високого тиску із природним охолодженням.
З даних можна зробити висновок, що для збільшення КПД у видимій частині спектра тиск пар ртуті варто підвищувати до 0,5–1,0 Мпа й збільшувати діаметр колби, а для одержання максимального КПД в ультрафіолетовій частині потрібно вибирати менші тиски. Як правило, вихідними даними для розрахунку лампи є її потужність, живляча напруга, а також вимоги до умов охолодження.
Залежно від призначення лампи вибирається тиск пар ртуті. За значенням живлячої напруги мережі й відношенню перебуває напруга на лампі. По заданому тиску ртуті одержують необхідну мінімальну температуру стінки колби. По передбачуваному терміну служби вибирають значення робочої температури на колбі.
Далі по графіках визначають радіус колби, а потім – по відомим тиску й радіусу – значення градієнта потенціалу в позитивному стовпі. По напрузі на лампі й градієнту потенціалу з урахуванням анодно-катодного падіння розраховується відстань між електродами. Розрахунок завершується перевіркою механічної міцності (визначається товщина стінки), а також виконання умови стабільності горіння дуги.
За розрахованим значенням питомої потужності стовпа визначаються КПД розряду й лампи й по кривих – сила випромінювання окремих ліній розряду. Дозування ртуті визначається по наведеним раніше формулах, виходячи з тиску пар ртуті й геометричних розмірів колби. Електроди вибираються з урахуванням умов подоби стосовно вже перевіреного на практиці конструкціям.
Спектральні характеристики
Газорозрядні лампи внаслідок електричного розряду в середовиі інертних газів і парів металу та явища люмінесценції випромінюють світа оптичного діапазону спектру.
Кожен тип ртутних ламп має характерний спектр випромінювання: лампи низького тиску випромінюють лінійчатий спектр, велика частина енергії якого випромінюється в області резонансних смуг (область УФ-С); лампи середнього і особливо високого тиску поряд з лінійчатим містять безперервний спектр, який розширюється і зміщується з збільшенням тиску парів ртуті у видиму область
При подачі напруги до електродів лампи в парах ртуті високого тиску відбувається електричний розряд, супроводжуваний інтенсивним випромінюванням світла, в спектрі якого відсутні оранжево-червоні промені, що робить лампу непридатною для освітлення, тому склад люмінофора, що покриває внутрішню поверхню колби, підібраний так, що під впливом ультрафіолетових променів спектру він випромінює оранжево-червоний колір, який, змішуючись з основним світловим потоком лампи, утворює світло, що сприймається людським оком як білий з легким зеленуватим відтінком.
Світлова віддача цих ламп становить 40–100 лм/Вт, що в 3– разів перевищує світлову віддачу ламп розжарювання. Термі експлуатації – до 10 тис. год, а температура нагріванн (люмінесцентні) – ЗО–60 °С. Окрім того, газорозрядні ламп забезпечують світловий потік практично будь-якого спектра, шляхо підбирання відповідним чином інертних газів, парів металу, люмінофор Так, за спектральним складом видимого світла розрізняю! люмінесцентні лампи: денного світла (ЛД), денного світла з покращена передачею кольорів (ЛДЦ), холодного білого (ЛХБ), теплого білог (ЛТБ) та білого (ЛБ) кольорів.
Основним недоліком газорозрядних ламп є пульсація світловог потоку, що може зумовити виникнення стробоскопічного ефекту, котру полягає у спотворенні зорового сприйняття об'єктів, що рухаютьс обертаються. До недоліків цих ламп можна віднести також складніст схеми включення, шум дроселів, значний час між включенням т запалюванням ламп, відносна дороговизна.
Вибираючи джерела світла, слід надавати перевагу люмінесцентним лампам, які енергетичне більш економічні. Окрім того, вони за спектральними характеристиками максимально наближаються до природного світла, що важливо при використанні суміщеного освітлення.
Якщо немає застережень стосовно спектрального складу випромінюваного світла, то найкраще, з економічної точки зору, застосовувати люмінесцентні лампи типу ЛБ, які мають найвищу світловіддачу.
Натрієві лампи високого тиску
Створення НЛВД зажадало рішення проблеми захисту матеріалу пальника від дії пари натрію: була розроблена технологія виготовлення трубчастих пальників з оксиду алюмінію Al2O3. Такий керамічний пальник з термічно і хімічно стійкого і добре проникного світло матеріалу поміщається в зовнішню колбу з термостійкого скла. Порожнина зовнішньої колби вакуумувалася і ретельно дегазується. Останнє необхідне для підтримки нормального температурного режиму роботи пальника і захисту ніобієвих струмових введень від дії атмосферних газів.
Пальник НЛВД наповнюється буферним газом, як який служать газові суміші різного складу, а також в них дозується амальгама натрію (сплав з ртуттю). Існують НЛВД «з покращуваними екологічними властивостями» – безртутниє.
Лампи світять жовтим або оранжевим світлом (в кінці терміну служби лампи спектр випромінювання змінюється і варіюється від темно-оранжевого до червоного). Високий тиск пари натрію в лампі, що горить, викликає значне розширення випромінюваних
спектральних ліній. Тому НЛВД мають квазібезперервний спектр в обмеженому діапазоні в жовтій області. Перенесення кольорів при освітленні такими лампами декілька поліпшується в порівнянні з НЛНД, проте падає світлова віддача лампи (приблизно до 150 лм/Вт).