Содержание

1) Введение2) Лампа накаливание

история создания принцип действия достоинства и недостатки ламп накаливания разновидности ламп накаливания интересные факты о лампе

3) Энергосберегающие лампы история создания устройство люминесцентной лампы Зависимость видимого спектра люминесцентной лампы от люминофора

4) Вывод5) Список литературы

Введение

Нашу жизнь невозможно представить без искусственного освещения. Для жизни и работы людям просто необходимо освещение с применением ламп обычных и энергосберегающих. Одним из главных повседневных предметов которыми пользуется человек это электрическая лампочка. Человечество пользуется лампочкой с очень давних пор. Первая лампа накаливания появилась в 1872 году. Лампа накаливания — источник света, преобразующий энергию проходящего по спирали лампы электрического тока в тепловую и световую. По физической природе различают два вида излучения: тепловое и люминесцентное. Тепловым называют световое излучение, возникающее при нагревании тел. На использовании теплового излучения основано свечение электрических ламп накаливания. Под вечер, когда сгущаются сумерки, мы привычно щелкаем выключателем, и под потолком загорается "маленькое солнце" -электрическая лампочка. И редко кто вспоминает при этом об изобретателе простого, надежного и удобного источника света.

История

Электрическое освещение было изобретено в 1872 году русским изобретателем Александром Лодыгиным. Он укрепил между толстыми медными проволоками угольный стерженек и заключил его вместе с концами проволок внутрь закрытого стеклянного баллона. При пропускание тока стерженек раскалялся и давал свет. В 1879 году американский изобретатель Томас Эдисон построил более совершенную лампу накаливания заменив угольный стерженек обугленной бамбуковой нитью и улучшил технику откачки воздуха. Во второй половине 1870-х годов американский изобретатель Томас Эдисон проводит исследовательскую работу, в которой он пробует в качестве нити различные металлы. В 1879 году он патентует лампу с платиновой нитью. В 1880 году он возвращается к угольному волокну и создаёт лампу с временем жизни 40 часов. Одновременно Эдисон изобрёл бытовой поворотный выключатель. Несмотря на столь непродолжительное время жизни его лампы вытесняют использовавшееся до тех пор газовое освещение. В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает несколько типов ламп с нитями накала из тугоплавких металлов. Лодыгин предложил применять в лампах нити из вольфрама (именно такие применяются во всех современных лампах) и молибдена и закручивать нить накаливания в форме спирали. Он предпринял первые попытки откачивать из ламп воздух, что сохраняло нить от окисления и увеличивало их срок службы во много раз. Первая американская коммерческая лампа с вольфрамовой спиралью впоследствии производилась по патенту Лодыгина. Также им были изготовлены и газонаполненные лампы (с угольной нитью и заполнением азотом). В 1906 году Лодыгин продаёт патент на вольфрамовую нить компании General Electric. В том же 1906 году в США он построил и пустил в ход завод по электрохимическому получению вольфрама, хрома, титана. Из-за высокой стоимости вольфрама патент находит только ограниченное применение. В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает улучшенный метод производства вольфрамовой нити. Впоследствии вольфрамовая нить вытесняет все другие виды нитей. Остающаяся проблема с быстрым испарением нити в вакууме была решена американским учёным, известным специалистом в области вакуумной техники Ирвингом Ленгмюром, который, работая с 1909 года в фирме «General Electric», ввёл в производство наполнение колбы ламп инертными, точнее — тяжёлыми благородными газами (в частности — аргоном), что существенно увеличило время их работы и повысило светоотдачу1872 г.Освещение лампочками А.Н. Лодыгина в Петербурге Одесской улицы, аудиторий Технологического института и других помещений.

Принцип действия

Принцип действия ламп накаливания основан на преобразовании электрической энергии, проходящей через нить, в световую. Температура разогретой нити достигает 2600...3000 °С. Но нить лампы не плавится, потому что температура плавления вольфрама (3200...3400 °С) превышает температуру накала нити. Спектр ламп накаливания отличается от спектра дневного света преобладанием желтого и красного спектра лучей. Конструкция современной лампы. На схеме: 1 — колба; 2 — полость колбы (вакуумированная или наполненная газом); 3 — тело накала; 4, 5 — электроды (токовые вводы); 6 — крючки-держатели тела накала; 7 — ножка лампы; 8 — внешнее звено токоввода, предохранитель; 9 — корпус цоколя; 10 — изолятор цоколя (стекло); 11 — контакт донышка цоколя.

Лампа накаливания светится потому, что нить раскаляется проходящим через нее током. Температура нити резко возрастает после включения тока. Тело накала излучает электромагнитное тепловое излучение. Часть потребляемой электрической энергии лампа накаливания преобразует в излучение, часть уходит в результате процессов теплопроводимости и конвекции. Только малая доля излучения лежит в области видимого света, основная доля приходится на инфракрасное излучение. Чтобы спираль быстро не перегорела, из стеклянного баллона выкачан воздух либо баллон заполнен инертным газом. Спираль укреплена на электродах. Один из них припаян к металлической гильзе цоколя, другой — к металлической контактной пластине. Их разделяет изоляция. Один из проводов присоединен к гильзе цоколя, а другой — к контактной пластине, как показано на рис. Тогда ток, преодолевая электрическое сопротивление нити, раскаляет ее. Для повышения КПД лампы и получения максимально «белого» света необходимо повышать температуру нити накала, которая в свою очередь ограничена свойствами материала нити — температурой плавления. В современных лампах накаливания применяют материалы с максимальными температурами плавления — вольфрам (3410 °C) и, очень редко, осмий (3045 °C). В настоящее время только лампы малой мощности изготавливают в вакуумированной колбе. Колбы более мощных ламп наполняют инертным газом (азотом, аргоном или криптоном). Повышенное давление в колбе газонаполненных ламп резко уменьшает скорость испарения вольфрама, благодаря чему не только увеличивается срок службы лампы, но и есть возможность повысить температуру тела накаливания, что позволяет повысить КПД и приблизить спектр излучения к белому. Колба газонаполненной лампы не так быстро темнеет за счёт осаждения материала тела накала, как у вакуумной лампы

Достоинства и недостатки

Достоинства:

высокий индекс цветопередачи, Ra 100 налаженность в массовом производстве малая стоимость небольшие размеры отсутствие пускорегулирующей аппаратуры нечувствительность к ионизирующей радиации чисто активное электрическое сопротивление (единичный коэффициент мощности) быстрый выход в рабочий режим невысокая чувствительность к сбоям в питании и скачкам напряжения отсутствие токсичных компонентов и как следствие отсутствие необходимости в

инфраструктуре по сбору и утилизации возможность работы на любом роде тока возможность изготовления ламп на самое разное напряжение (от долей вольта до

сотен вольт) отсутствие мерцания при работе на переменном токе отсутствие гудения при работе на переменном токе непрерывный спектр излучения приятный и привычный в быту спектр устойчивость к электромагнитному импульсу возможность использования регуляторов яркости не боятся низкой и повышенной температуры окружающей среды, устойчивы к

конденсату

Недостатки:

световой КПД ламп накаливания, определяемый как отношение мощности лучей видимого спектра к мощности потребляемой от электрической сети, весьма мал и не превышает 4%.Таким образом, основной недостаток ламп накаливания — низкая светоотдача. Ведь лишь незначительная часть потребляемой ими электрической энергии превращается в энергию видимых излучений, остальная часть энергии переходит в тепло, излучаемое лампой

относительно малый срок службы хрупкость, чувствительность к удару и вибрации при термоударе или разрыве нити под напряжением возможен взрыв баллона резкая зависимость световой отдачи и срока службы от напряжения лампы накаливания представляют пожарную опасность. Через 30 минут после

включения ламп накаливания температура наружной поверхности достигает в зависимости от мощности следующих величин: 25 Вт — 100 °C, 40 Вт — 145 °C, 75 Вт — 250 °C, 100 Вт — 290 °C, 200 Вт — 330 °C. При соприкосновении ламп с текстильными материалами их колба нагревается ещё сильнее. Солома, касающаяся поверхности лампы мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно через 67 минутю

нагрев частей лампы требует термостойкой арматуры светильников

Разновидности ламп накаливания по заполнению баллона

Лампы накаливания изготовляются на напряжение от единиц до сотен вольт и на мощности от долей ватта до киловатт. Лампы накаливания, из колбы которых удален воздух, называются вакуумными. Лампы, колбы которые заполнены инертными газами, называются газонаполненными. Преимущества газонаполненных ламп ощутимы: газонаполненные лампы выгодно отличаются от вакуумных ламп. Объясняется это тем, что в среде инертного газа нить лампы не разрушается даже при более высокой температуре, чем в вакуумной лампе накаливания. Значит, они служат дольше. Газонаполненные лампы при прочих равных условиях имеют большую светоотдачу, чем вакуумные лампы, потому что газ, находящийся в колбе под давлением, препятствует испарению нити накала. Это позволяет повысить рабочую температуру нити. Таким образом, при одной и той же мощности они: меньше по размеру, обладают большей светоотдачей, в несколько раз дольше служат.Недостатком газонаполненных ламп является дополнительная потеря тепла нити накала вследствие конвекции газа, заполняющего внутреннюю полость колбы. В целях снижения тепловых потерь газонаполненные лампы заполняют малотеплопроводными газами. Другим способом снижения тепловых потерь является уменьшение размеров и изменение конструкции нити накала. Так, например, нити накала выполняют в виде плотной винтообразной спирали (моноспирали) или двойной спирали (биспирали). Лампы накаливания делятся на (расположены по порядку возрастания эффективности):

Вакуумные (самые простые) Аргоновые (азот-аргоновые) Криптоновые (примерно +10% яркости от аргоновых) Ксеноновые (в 2 раза ярче аргоновых) Галогенные (наполнитель I или Br, в 2,5 раза ярче аргоновых, большой срок службы, не любят недокала, так как не работает галогенный цикл) Галогенные с двумя колбами (более эффективный галогенный цикл за счёт лучшего нагрева внутренней колбы) Ксенон-галогенные (наполнитель Xe + I или Br, наиболее эффективный наполнитель, до 3х раз ярче аргоновых) Ксенон-галогенные с отражателем инфракр сного а́� излучения (так как большая часть излучения лампы приходится на ИК диапазон, то отражение ИК излучения внутрь лампы заметно повышает КПД, производятся для охотничьих фонарей) Накаливания с покрытием преобразующим инфракр сноеа́� излучение в видимый диапазон. Ведутся разработки ламп с высокотемпературным люминофором, который при нагреве излучает видимый спектр.

История создания

Официально первая люминесцентная или, как ее еще называют, флуоресцентная лампа была создана в начале прошлого века инженером-изобретателем из США Питером Купером Хьюиттом, получившим на нее патент 17 сентября 1901 года. Хотя некоторые исследователи оспаривают его первенство в изобретении, называя «отцом» люминесцентной лампы малоизвестного немецкого физика Мартина Аронса, экспериментировавшего с ртутными лампами в конце XIX века.Изобретенная и запатентованная Хьюиттом люминесцентная лампа содержала ртуть, пары которой нагревались проведенным через нее электротоком. Лампа Хьюитта была шарообразной формы и слегка изогнута, она давала больше света, чем лампы Лодыгина-Эдисона, но свет этот был голубовато-зеленым, неприятным для глаза. По этой причине первые ртутные лампы использовали только фотографы и они не получили широкого распространения. Люминесцентная лампа в ее практически современном виде была создана группой немецких изобретателей во главе с Эдмундом Гермером, запатентовавшими свое изобретение 10 декабря 1926 года. Именно Гермеру пришла идея нанести флуоресцирующее покрытие на стеклянную поверхность лампы изнутри, которое преобразовывало ультрафиолетовое свечение ртутной лампы в белый свет, не режущий глаз. Альберт Халл, инженер компании «General Electric», разработал люминесцентную лампу с аналогичным покрытием к началу 1927 года, но компания была вынуждена приобрести патент Эдмунда Гермера, как оформившего его раньше. С момента приобретения патента Гермера инженеры «General Electric» активно принялись за совершенствование люминесцентных ламп, стараясь довести их до серийного производства. Для сокращения размеров колбы были созданы лампы круглой и U-образной формы, продемонстрированные на стенде «GE» на всемирной нью-йоркской выставке 1939 года, лампы с компактной спиралевидной колбой разработаны инженером «General Electric» Эдвардом Хаммером в 1976 году. Впрочем, спиралевидные люминесцентные лампы в 80-х так и не были запущены в производство, поскольку руководители компании сочли расходы на строительство новых заводов чрезмерными. В 1995-м медлительностью «General Electric» воспользовались китайские производители, наладив выпуск энергосберегающих ламп со спиралевидными колбами.Ввинчивающаяся лампа с магнитным балластом (SL) была создана компанией «Philips» в 1980 году — она стала первой люминесцентной лампой такого рода, способной конкурировать с лампами накаливания. Энергосберегающую лампу с электронным балластом (CFL) в 1985 году впервые продемонстрировал немецкий концерн «Osram».

Интересные факты о лампочке

Только 10% энергии электрической лампы используется для освещения. Остальная энергия уходит на выделение тепла. С другой стороны, компактные флюоресцентные лампочки используют на 80% меньше электроэнергии и служат в 12 раз дольше.

В США в одном из пожарных отделений города Ливермор (штат Калифорния) есть 60-ваттная лампа ручной работы, известная под именем «Столетняя лампа» . Она практически постоянно горит уже более 110 лет, с 1901 года. Необычно высокий ресурс лампе обеспечила в основном работа на малой мощности (4 Bаттa), в глубоком недокале, при очень низком КПД. Лампа включена в Книгу рекордов Гиннесса в 1972 году.

В СССР после претворения в жизнь ленинского плана ГОЭЛРО за лампой накаливания закрепилось прозвище «лампочка Ильича». В наши дни так чаще всего называют простую лампу накаливания, свисающую с потолка на электрическом шнуре без плафона.

Для изготовления обычной лампочки требуется как минимум 7 металлов. Спектр излучения лампы накаливания определяется исключительно температурой

рабочего тела и не зависит ни от каких иных условий, что следует из принципа её работы. Он не зависит от применяемых материалов и их чистоты, стабилен во времени и имеет стопроцентную предсказуемость и повторяемость. Это важно в том числе при больших инсталляциях и в светильниках из сотен ламп: нередко можно увидеть, когда при применении современных люминофорных или светодиодных ламп они имеют разный цветовой оттенок в пределах группы. Это уменьшает эстетическое совершенство инсталляций. При неисправности одной лампы часто приходится заменять всю группу целиком, но даже при установке ламп из одной партии встречается девиация спектра.

Курсовая работа по физикеНа тему “История электрической лампочки”

Байкалов Даниил 10Б Лицей Петру Мовилэ

Chisinau 2013 год

Использованная литература

1) “Элементарный учебник физики” под редакцией академика Г.С. Ландсберга2) wikipedia.org3) coolreferat.com4) rmnt.ru

Устройство люминесцентной лампы

Основные конструкционные элементы люминесцентной лампы — колба, электронный балласт и цоколь. Электронный блок (ЭПРА: электронный пускорегулирующий аппарат) включает зажигание и поддерживает дальнейшее горение лампы. ЭПРА переводит напряжение тока в сети 220 В в напряжение, которое требуется для работы лампы. Благодаря этому энергосберегающая лампа зажигается без мерцания и работает без мигания, свойственного обычным люминесцентным лампам. Цоколь с резьбой для вкручивания в патрон лампы и с контактами для ее питания практически не отличается от цоколя обычной лампы накаливания. Как работает люминесцентная лампа? Подача питания вызывает разряд между электродами, ток проходит через смесь инертного газа и паров ртути, быстрые электроны наталкиваются на медлительные атомы ртути — лампа зажигается. Однако 98% светового излучения, производимого энергосберегающей лампой — ультрафиолет, невидимый для человеческого зрения. А видимый свет, идущий от нее, обеспечивают слои люминофора, светящиеся под воздействием ультрафиолетового облучения. Цветность освещения, вырабатываемого люминесцентными лампами, зависит от химического состава люминофора, нанесенного на стеклянную колбу с внутренней стороны. Подбирая соответствующие виды люминофора, можно изменять цветовые характеристики ламп. Чтобы создать компактные флуоресцентные лампы, не отличающиеся по размерам от традиционных ламп накаливания, потребовалась разработка новых высокоэффективных видов фосфора, которые могли бы выдерживать большое количество напряжения, чем в старых видах флуоресцентных ламп. В качестве высокотемпературного люминофора — вещества, которое под воздействием температуры начинает светиться, могут использоваться, например, сульфид цинка, активированный катионами меди, или соли натрия и калия, активированные катионами других металлов. Яркость лампы в целом обещает быть в 2-3 раза больше яркости спирали, разогревающей люминофоровую колбу. Поэтому светоотдача новой лампочки мощностью 40 Вт будет эквивалентна светоотдаче обычной лампы накаливания мощностью примерно 150 Вт. При этом экономия энергии составит 70-80%

Зависимость видимого спектра люминесцентной лампы от люминофора

Свет, генерируемый дешевыми энергосберегающими лампами, чаще всего неприятен для зрения — в его спектре преобладают синий и желтый цвета, в результате цвет предметов в освещаемом помещении неестественен. Причины кроятся в типе люминофора, содержащем недорогой галофосфат кальция. Такие лампы, обладая высокой светоотдачей, предназначены для освещения нежилых помещений (складов и т.п.) — внешне вырабатывают белый свет, но его отражение от предметов выявляет неполный спектр (отсутствие красного и зеленого цветов).Энергосберегающие лампы для домашнего освещения имеют более высокую цену, т.к. люминофор в них создает 3-5 цветных полос (к примеру красную, зеленую и голубую) из видимого для человеческого глаза спектра и имитирует эффект естественного света, но уменьшает при этом светоотдачу.

Что такое цветовая температура энергосберегающей лампыЭнергосберегающие лампы могут иметь разную цветовую температуру, которая определяет цвет горения лампы:Y - 2700 К теплый (желтый) свет; N - 4000 К нейтральный (дневной) свет; W - 6400 К холодный (белый) свет.

Цветовая температура измеряется градусами по шкале Кельвина: чем она ниже, тем ближе цвет к красному; чем выше - тем ближе к синему. Цветопередающие свойства ламп зависят от характера спектра их излучения. Индекс цветопередачи (Ra) эталонного источника света принят за 100. Комфортный для человеческого зрения диапазон цветопередачи составляет 80-100 Ra. У энергосберегающей лампы индекс Ra составляет 80 и более единиц.

Вывод

Электрическая лампочка это одно из тех изобретений без которого нам сложно представить нашу жизнь, и которое