Тепловые источники света

Тепловые источники света используют свойство тел излучать при нагревании лучистую энергию. При достаточно большой температуре это излучение переходит в область видимого — тело начинает светиться. Световое излучение увеличивается с увеличением температуры тела.
Действие ламп накаливания основано на тепловом излучении. Это наиболее простой и распространенный вид излучения, при котором потери атомами энергии на излучение света компенсируются за счет энергии теплового движения атомов излучающего тела. Чем выше температура тела, тем быстрее движутся атомы, и световое излучение увеличивается. При столкновении быстрых атомов друг с другом часть их кинетической энергии превращается в энергию возбуждения, и эти атомы затем также излучают свет.
Лампа накаливания — малоэкономичный источник, так как только 12 % всей энергии, выделяемой в ее нити электрическим током, преобразуется в световую энергию.
При повышении температуры излучающего тела I изменяется и цветовой состав излучения. Это хорошо видно при нагреве стали: сначала она становится красной, а затем раскаляется добела.
В первых моделях ламп накаливания использовалась угольная нить, в современных лампах применяется нить из вольфрама. Температура плавления вольфрама (около 3400 °С) позволяет раскалить нить до 2500...2700°С при условии предохранения ее от сгорания. Защита от сгорания может быть решена или полным удалением воздуха из стеклянной колбы, в которой размещена раскаленная нить, или заполнением ее инертным газом. В обоих случаях из-за отсутствия кислорода сгорания нити не происходит.
Вольфрам относится к группе тугоплавких металлов и широко применяется в электротехническом производстве. Вольфрам — металл серого цвета с очень высокой температурой плавления и большой твердостью. Получают его методом порошковой металлургии, т. е. в результате спекания спрессованных частиц металла. Прессованием частиц вольфрама в стальных пресс-формах получают заготовки — стержни, которые затем подвергают спеканию при 1 = 1300 °С. Спеченные вольфрамовые стержни имеют зернистое строение и являются хрупкими, поэтому их нагревают до 3000 °С и подвергают ковке и волочению. В результате такой обработки вольфрам приобретает волокнистое строение, обеспечивающее ему высокую механическую прочность и пластичность.
Скорость испарения вольфрама при 1 = 3000 °С составляет около 9 • 10-9 мг/(с • см2), однако при температуре нагрева нити близкой к температуре плавления она резко повышается. Пары вольфрама оседают на внутренней поверхности стекла колбы и делают ее менее прозрачной. Такое потемнение хорошо видно у перегоревших ламп. При испарении вольфрама нить делается тоньше и перегорает.
Для уменьшения теплрвых потерь в лампах нить свертывают в плотную спираль, а в некоторых типах ламп эту спираль свертывают еще раз в двойную спираль. Такие лампы называют биспиральными.
Лампы накаливания могут быть типа В127-15, В220-15, В127-25 и т.д.
Срок службы ламп накаливания колеблется в широких пределах, так как зависит от условий работы, в том числе от стабильности питающего напряжения, наличия механических воздействий, температуры окружающей среды. Средний срок службы ламп накаливания общего назначения 1000... 1200 ч.
Основная причина быстрого перегорания ламп накаливания — повышенное напряжение питания. Так при напряжении 230 В срок службы лампы составляет 570 ч, а при напряжении 240 В — 200 ч.
В помещениях, где часто перегорают лампы, необходимо последовательно с группой ламп, управляемых одним выключателем, включить дополнительное сопротивление. Хотя в сопротивлениях и теряется часть мощности, но все же устанавливать их экономически выгодно.
Номинальный ток, например в группе из 20 ламп по 60 Вт, определяется следующим образом: /ном = (60 • 20) / 220 = 5,46 А.
В качестве сопротивлений используются высокоомные материалы диаметром 0,8... 1,0 мм или обычная стальная проволока диаметром 1,2 мм. Размещают их в отрезке асбоцементной трубы длиной 25... 30 см. Трубу устанавливают вертикально. Снизу и сверху ее закрывают крышками, в которых сверлят отверстия для контактных болтов.
Основным электрическим параметром ламп накаливания является напряжение питания. При повышении номинального напряжения на 10 % срок службы лампы снижается в пять раз, а на каждый процент изменения напряжения приходится 4 % изменения светового потока. Напряжение питающих электрических сетей в условиях эксплуатации колеблется. В целях улучшения эксплуатационных характеристик ламп ГОСТом допускается колебание напряжения питания в пределах +5 %.
Лампы накаливания, из внутреннего объема которых удален воздух, называются вакуумными, а лампы с колбами, заполненньдми инертным газом, - газополными. Газополные лампы при прочих равных условиях имеют большую светоотдачу, чем вакуумные, так как находящийся под давлением газ препятствует испарению тела накала, что позволяет повысить его рабочую температуру.
Материалом для тела накала в газополных лампах служит вольфрам. Колбы их наполняются ксеноном с добавкой соединения галогенного элемента с водородом. При высоких температурах тела накала эти добавки образуют химическое соединение с вольфрамом, препятствуя его испарению. В настоящее время галогенные лампы применяются для светильников общего и киносъемочного освещения, прожекторов, аэродромных огней.
В целях снижения тепловых потерь газополные лампы заполняются малотеплопроводным газом. Одним из способов сокращения тепловых потерь является также уменьшение размеров и изменение конструкции нити накала, например выполнение ее в виде плотной винтообразной или двойной спирали.
Более совершенны по сравнению с лампами накаливания люминесцентные лампы, широко применяемые для освещения.

Предыдущая статья     Архив статей     Следующая статья