Газ в лампочке

Добавил пользователь Morpheus
Обновлено: 19.09.2024

Задавались ли вы когда нибудь вопросом почему горит лампа и как это устроено? Если да, то я расскажу вам об этом. На самом деле горит не лампа, а металл который находится внутри колбы заполненной газом.

Два контакта, один из которых ПЛЮС второй соответственно МИНУС соединены, чаще всего вольфрамовой нитью, которая скручена в спираль( если ее растянуть получится длина более 1 метра). Колба из стекла, заполненная инертным газом — обычно аргоном , чтобы не произошло сгорание нити, так как при соприкосновением с кислородом она бы просто сгорела. Повышенное давление в колбе газонаполненных ламп уменьшает скорость испарения вольфрамовой нити. Это не только увеличивает срок службы лампы, но и позволяет повысить температуру тела накаливания. Таким образом, световой КПД повышается, а спектр излучения приближается к белому

Конструкция

Конструкция лампы накаливания. На схеме: 1 — колба; 2 — полость колбы; 3 — нить (тело накала); 4, 5 — электроды; 6 — крючки-держатели нити; 7 — ножка лампы; 8 — предохранитель; 9 — корпус цоколя; 10 — изолятор цоколя (стекло); 11 — контакт донышка цоколя.

Колбы первых ламп были вакуумированы. Большинство современных ламп наполняются химически инертными газами (кроме ламп малой мощности, которые по-прежнему делают вакуумными). Потери тепла, возникающие при этом за счёт теплопроводности, уменьшают путём выбора газа с большой молярной массой.

Тело накала первых ламп изготавливалось из угля (температура плавления 3559 °C). В современных лампах применяются почти исключительно спирали из вольфрама (температура плавления 3422 °C), иногда осмиево-вольфрамового сплава. Для уменьшения размеров тела накала ему обычно придаётся форма спирали, иногда спираль подвергают повторной или даже третичной спирализации.

Есть два варианта: никакого и инертный газ(смесь инертных газов). В качестве инертных газов применяют азот и аргон, реже криптон. Выбор газов обусловлен преимущественно ценой. Их роль заключается в том, чтобы вольфрам с нити накаливания испарялся как можно меньше, а повышенное давление в колбе дает возможность нагревать спираль еще больше(света побольше). В практике, в основном, используют с газом. К лампам накаливания относятся и галогеновые, заполненые галогенами.

Галогены, это фтор, хлор, бром, йод, астат ,унунсептий. Галогенными лампы называют по-невежеству. В них реально закачены "инертные газы". Такие как ксенон, гелий. К галогенам не имеющие ни какого отношения. Сами понимаете, надеюсь. Извините, ставлю минус. — 9 лет назад

Насколько я знаю парами галогенов, но сути это не меняет. А ксеноновые - это газоразрядные лампы. — 9 лет назад

да, газо-разрядные лампы. Где свет получается по средствам электрического разряда в среде газа. Только причем тут галогены? — 9 лет назад

При том, что не накаливания. Галогеновые - лампы накаливания, заполненые парами брома, хлора, фтора и йода. — 9 лет назад

В лампах накаливания не может быть ни воздух, ни азот ни какие-либо другие газы, кроме инертных (аргон, криптон, ксенон). Дело в том, что температура спирали более 2000 градусов Цельсия. При таких температурах вольфрам будет реагировать с ЛЮБЫМИ газами, кроме инертных. Но заполнять лампочки гелием или неоном слишком дорого, поэтому применяют в основном наиболее дешевый аргон. Криптон и ксенон дороже, но какое они дают преимущество, я не знаю, тем не менее их тоже используют. При попадании воды на включенную ( а значит горячую) лампочку стекло элементарно трескается, но никакого "взрыва" лампочки не происходит.

Насчет галогенных ламп Вы совершенно не правы. Да, к галогенам относятся фтор, хлор, бром, йод, астат. Насчет унунсептия Вы несколько поспешили. Да конечно, если его удастся получить, то он несомненно будет относиться к галогенам. Но он пока еще не получен, поэтому и не имеет собственного названия, только по порядковому номеру (количеству протонов в ядре).

Вот Вы пишете ". Галогенными лампы называют по-невежеству. В них реально закачены "инертные газы". Такие как ксенон, гелий. ". Во-первых, нужно писать раздельно "по невежеству". Во вторых, не "закачЕны" (это слово производное от слова "катить", т.е. если что-то куда-то закатили, то про это что-то можно сказать "закачены".). а "закачАны" (от слова "качать", закачать"). В-третьих, гелием лампы накаливания не заполняют (слишком дорого. В-четвертых,

в галогенных лампах "галоген" всё же есть, правда только один - иод. Заполнены они как и обычные лампочки - аргоном, но кроме аргона добавлены еще пары иода. Такие лампочки "самозалечивающиеся".

В чем недостаток лампочек накаливания? Со временем спираль в них "перегорает" (реально не перегорает, а расплавляется). Допустим, где-то диаметр (толщина) спирали чуть меньше, чем в других местах. Значит сопротивление в этом месте больше, температура выше, и с этого участка металл (хоть это и вольфрам, но тем не менее) более интенсивно испаряется. Значит диаметр уменьшается, это приводит к еще более сильному местному повышению температуры, и так всё сильнее и сильнее. В конце концов, этот участок спирали разогревается до температуры плавления, "тонкое" место расплавляется ("где тонко, там и рвётся") и лампочку нужно выбрасывать. А что получается в присутствии паров иода. Пары иода взаимодействуют с металлом спирали, образуется летучее (при тех температурах, что внутри лампы)соединение. На тех участках, где спираль тоньше и температура выше эти летучие соединения разлагаются вновь на металл и иод. Таким образом, на "тонкое" место переносится металл с более толстых мест. В итоге, спираль самозалечивается, и служит дольше. Кроме того, это позволяет повысить температуру спирали, т.е лампочка работает при более высоких температурах. А интенсивность излучения пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры. таким образом, повышается "световой КПД", или светоотдача лампочки.

Для того чтобы можно было поднять температуру накала нити и тем самым повысить КПД лампы + продлить срок службы лампы. Первые лампы были вакуумированы, но вакуум способствует испарению металла из за высокой температуры при работе лампы. Потом догадались закачивать в колбу инертные газы (азот чаще всего) чтобы не было вакуума, это позволило продлить службы и поднять температуру накала (КПД) .

Изобретение галогеных ламп (добавление брома или йода) позволило ещё больше поднять температуру накала (КПД) и одновременно продлить срок службы.

И еще хочу добавить свой текст 6 летней давности про 100 летнюю лампочку в американском пожарном депо о которой упомянули в предыдущих ответах:

Пример с вечной лампочкой неудачный.

Эта вечная лампа светит с большим недокалом, ее скорее ночником нужно называть, а не лампочкой. приведу пример на том что сейчас есть в магазинах. не так давно появились реплики ламп Эдисона, красивые такие с тонкой длинной спиралью, и срок службы у них аж целых 3000 часов, да вот только светоотдача маловата, у 60Вт лампы всего 210Лм. Тогда как у современной обычной лампы накаливания срок службы 1000 часов и при мощности 60 Вт светоотдача 660 Лм. Ощущаете разницу? 3,5 Лм/Вт у лампы Эдисона и 11 Лм/Вт у обычной лампочки современного стандарта.

Для примера посчитаем сколько рубликов придется отдать на оплату электроэнергии за 1000 часов работы одной и другой лампы. Будем считать для светоотдачи 1000 Люмен. Итак, лампа Эдисона для светоотдачи 1000 Лм нужна мощностью 286 Вт а обычная лампа современного стандарта нужна мощностью 91 Вт (да, таких ламп не бывает, это для наглядности). За 1000 часов работы такие лампочки съедят соответственно 286 кВт и 91 кВт электроэнергии. При тарифе 3 руб/кВтч получаем 858 рубликов за 1000 часов работы съест лампа эдиссона и 273 руб обычная лампочка. Конечно при этом обычная лампа стоимостью 20 руб уже отработает срок, а лампа эдиссона сможет работать еще 2000 часов.

Как вам такая экономика? Какой однако заговор подлых производителей получается что они экономят ваши деньги продавая вам больше ламп.

Во всей этой истории с вечной лампой в американском пожарном депо, те кто приводят эту лампочку как пример, почему то не замечают что она еле еле светит (по данным википедии ~4Вт от первоначальных 60 Вт), приводя при этом в пример заговор производителей, когда они сговорились о сроке службы 1000 часов, не говорят какая была свеотдача у ламп до сговора, и после. После такой считалки скорее это был не заговор производителей а повышение стандартов энергоэффективности?

Some light bulbs are filled with gas. The type of gas can vary depending on the type of light bulb. As the filament burns, tungsten particles separate from the filament, eventually causing the filament to weaken and break. The presence of gas inside the light bulb helps extend the lifespan of the light bulb by slowing the evaporation process of the tungsten.

History

Originally, there was no gas inside of a traditional light bulb. Instead, a vacuum was created to allow air to oxidize the filament when heated. However it was discovered that gas atoms can "bounce" tungsten atoms back onto the filament, restoring the filament structure.

Types

There are a few types of gases that can be found in a light bulb. Usually only one type of gas is found in a single bulb. The first type of gas used, and one found in common incandescent bulbs, is argon. Sometimes the argon gas is mixed with nitrogen. Some light bulbs contain halogen or xenon gas. Krypton gas is also found in some light bulbs.

Benefits

Besides helping to slow the evaporation of tungsten from the filament, each gas has a slightly different benefit during use. Krypton- and xenon-filled light bulbs do not burn as hot as argon-filled ones.

These types of gases also have larger atoms than argon gas, making them more effective at bouncing tungsten atoms back to the light filament. This in turn results in longer-lasting light bulbs.

Halogen light bulbs last longer than the other types of gas-filled bulbs, with a lifespan of up to three years or about 2,500 hours of use.

Misconceptions

Mercury is found in fluorescent light bulbs, but it is not in gas form. Rather, the inside of these bulbs is coated with a mercury powder that aids in the light production process.

Also, while krypton- and xenon-gas-filled bulbs tend to put off less heat than those filled with argon, halogen light bulbs run extremely hot, upward of 250 degrees C or 482 degrees F. A 300-watt halogen bulb can easily reach temperatures of 300 degrees C or higher.

Other types of light bulb technology, such as LED lights, do not contain gases; incandescent bulbs that contain a coated filament are the primary types that contain some form of gas.

Considerations

The cost of xenon, krypton and halogen light bulbs is higher than argon-filled bulbs. According to the "The Great Internet Light Bulb Book," xenon gas is the best choice but also the most expensive to use.

Another consideration is the safety associated with certain gas-filled bulbs. Halogen bulbs not only run extremely hot, but their glass also can become weakened when touched because of the oil in our skin.

Встретить газоразрядные лампы высокого давления и низкого в разных интерпретациях можно совершенно неожиданно и сразу в нескольких сферах жизни современного человека. Они освещают улицу в виде автомобильных фар и фонарей, создают комфорт и уют, являясь частью домашнего освещения, и это далеко не все.

Конструктивные особенности изделий

Под газоразрядными лампами следует понимать альтернативный традиционным источникам света компактный прибор, главная особенность которого — излучение света в диапазоне, который человек способен охватить взглядом. Чтобы понять принцип работы устройства, нужно разобраться с его конструктивными особенностями.

Основа изделия — это стеклянная колба. В нее под определенным давлением закачивают пары металла, но чаще газ. Дополнительные элементы — электроды по краям стеклянной колбы.

Понимая особенности строения изделия, можно представить себе принцип его работы. Построен он на действии электрического разряда, который пропускает через себя стеклянная колба с электродами. Ядро колбы — главный электрод. Под ним работает токоограничительный резистор. В то время как электрический разряд проходит через колбу, она начинает излучать свет.

Кроме перечисленных выше электродов и колбы, лампа имеет цоколь. Именно он позволяет расширить сферу использования изделия. Его можно вкручивать в осветительные приборы разного назначения.

Обратите внимание! Чаще всего такие устройства применяют в создании именно уличного освещения. Ими оснащают фонари, а также фары в автомобилях, как уже было отмечено выше.

Разновидности изделий

Выделяют разные виды газоразрядных ламп в зависимости от типа свечения, величины давления.

Если сравнивать потоки светового излучения, создаваемые изделиями, то газоразрядные лампы можно разделить на:

люминесцентные;
газосветные;
электродосветные.

Первые отличаются светом, поступающим наружу за счет слоя люминофора, которым покрыта лампа, активирующегося при газовом разряде.

Газосветные светят за счет света самого газового разряда, а электродосветные освещают с помощью свечения электродов под воздействием газового разряда.

По величине давления изделия можно разделить на лампы высокого и низкого давления.

Первые могут дополнительно разделяться на дуговые ртутные лампы (ДРЛ), а также на дуговые ксеноновые трубчатые (ДКсТ), дуговые ртутные с йодидами (ДРИ) и дуговые натриевые трубчатые (ДНат). Главное их отличие — функционирование без пускорегулирующего устройства. Именно такие лампы чаще всего освещают улицы, дома, автомобили и стенды наружной рекламы.

Стоит обратить внимание на тот факт, что лампы высокого давления газоразрядного типа используются чаще всех остальных. Натриевые и ртутные модели просто незаменимы в создании ярких баннеров рекламы, освещающих улицы в ночное время. Жилые и офисные помещения с помощью таких ламп освещают нечасто.

А вот что такое газоразрядные лампы с низким давлением? Они классифицируются на ЛЛ и КЛЛ. Эти лампочки с успехом выполняют функции ранее используемых ламп накаливания. Именно их удобнее и практичнее всего использовать для создания не только уличного, но и домашнего освещения.

Среди ламп низкого давления наиболее популярными считаются люминесцентные. Такие лампы для уличного освещения подходят как нельзя лучше. Вкручивая их в фонари, можно добиться высокой эффективности работы за счет мощного преобразования электроэнергии в световую.

Как построена работа лампочки

Рассмотрим принцип работы газоразрядных ламп подробнее, основываясь на их конструктивных особенностях.

Начнем с того, что лампа газоразрядная генерирует свет за счет создаваемого в теле стеклянной колбы электрического разряда. Газ, закачиваемый в колбу под давлением, лежит в основе освещения. Для создания уличного освещения чаще всего применяют инертные газы:

аргон;
неон;
ксенон и другие.

Практикуется использование и смесей газов в разных пропорциях. Часто в состав включают натрий или ртуть. На основании их включения натриевая газоразрядная лампа или ртутная и носят свои названия.

Обратите внимание! Ртутные изделия в наши дни более актуальны, чем натриевые. Они используются для создания уличного и домашнего освещения.

Оба варианта лампочек могут считаться металлогалогенными источниками света. Сразу после генерации электрического поля при подаче питания газ и свободные электроны в колбе ионизируются. Это приводит к контакту вращающихся на верхних уровнях атомов электронов с остальными электронами атомов металла, что в свою очередь вызывает их переход к внешним орбиталям и конечному появлению энергии — свечению.

Стоит помнить о том, что свечение, получаемое таким образом, может быть самым разным, начиная от ультрафиолетового и заканчивая инфракрасным. Для экспериментов со свечением используют цветную люминесцентную краску для обработки внутренней части колбы. Цветные стенки колбы помогают ультрафиолетовому излучению приобрести видимый цветной свет.

Плюсы и минусы изделий

Рассмотрим достоинства и недостатки газоразрядных ламп с анализом их основных характеристик.

К основным преимуществам изделий можно отнести следующие моменты:

Лампочки отличаются высоким уровнем светоотдачи даже при условии использования плафонов из толстого стекла.
Лампы достаточно практичны, особенно, если сравнивать их с обычными лампочками накаливания. В среднем изделие прослужит от 10 тысяч часов, поэтому является особенно незаменимым в создании качественного и долговечного уличного освещения.
Изделия демонстрируют повышенный уровень устойчивости, особенно ртутная газоразрядная лампа в условиях сложного климата. Их можно использовать для уличного освещения до первых заморозков в комплекте с обычными плафонами и в зимнее время при условии контакта со специальными фарами и фонарями.
Стоимость изделий доступна и приемлема.
Лампочки с таким устройством не нуждаются в дорогих комплектующих и могут работать без дополнительной осветительной затратной аппаратуры.
Схема подключения изделий проста и понятна, поэтому с монтажом справится каждый своими руками.

Достоинства рассмотрели, теперь назовем минусы. Их немного, но о них также нужно знать:

Газоразрядные лампы низкого давления и высокого давления не отличаются идеальной цветопередачей. Все дело в спектре лучей, весьма ограниченном в этих изделиях. Под светом таких лампочек достаточно непросто рассмотреть цвета предметов, поэтому в уличном и автомобильном освещении они наиболее приемлемы.
Работают изделия исключительно при условии наличия переменного тока.
Для активации лампочек потребуется балластный дроссель.
Чтобы изделие заработало, кроме тока ему потребуется увеличенное время для разогрева.
Лампочки сложно назвать полностью безопасными из-за возможного содержания в них паров ртути.
Световой поток, излучаемый лампочками, имеет неприятную особенность — повышенный уровень пульсации.

Что касается установки, то она не представляет каких-либо сложностей, как уже было отмечено. Процесс аналогичен монтажу стандартных лампочек накаливания.

Область применения

За счет конструктивных особенностей и уникального принципа работы, а отчасти и благодаря доступности таких комплектующих, как конденсаторы для газоразрядных ламп, изделия сегодня более чем востребованы, причем в самых разных сферах жизнедеятельности человека.

Чаще всего свет от изделий можно увидеть:

на улицах городов и сел исходящим от фонарей;
в магазинах и производственных зданиях, торговых центрах и офисах, вокзалах и аэропортах;
на пешеходных дорогах и в подсветке парков, скверов, фонтанов;
на рекламных щитах;
на фасадах зданий кинотеатров, концерт-холлов в комплекте с дополнительным оборудованием, способным увеличивать эффект от свечения.

Совершенно отдельным пунктом стоит отметить использование такого рода лампы для авто в фарах. Чаще всего здесь применяются неоновые лампы с высоким уровнем интенсивности света. Некоторые современные марки ТС уже оснащены фарами, заполненными ксеноном и металлогалоидными солями.

Обратите внимание на маркировку ламп для автомобильных фар. Так, например, D1R и D1S — это первое поколение газоразрядных лам, связанных с модулем зажигания.

Лампы второго поколения имеют маркировку D2R и D2S, где R — это изделие для рефлекторной оптической схемы, S — прожекторной.

Нельзя не упомянуть и о роли лампочек такого типа в современной фотосъемке. Постановка света для создания качественной фотографии позволяет ощутить главные преимущества источника.

Импульсные газоразрядные лампы для освещения позволяют фотографировать с постоянным контролем светового потока. Они более яркие, экономичные, имеют компактные размеры. Из минусов использования изделий в этой сфере стоит отметить неспособность визуального контроля светотени, образуемой от источника света такого рода на фотографическом объекте в процессе.

Что нужно знать об индикаторных видах ламп

В качестве альтернативы малогабаритным лампам накаливания использование газоразрядных индикаторных ламп (лампы ин) выглядит более чем оправдано. Такие лампы работают за счет свечения закачанного между электродами газа, помещенного в стеклянную колбу. Какого цвета газ использовали для наполнения колбы, такого цвета получится конечное свечение.

Самые популярные линейные газоразрядные индикаторы — на основе неона. Конструкции можно встретить в елочных гирляндах, не редкость и светильник с наполнением такого рода —лампочкой газоразрядного типа миниатюрных размеров.

Газоразрядные индикаторы отличаются практичностью и экономичностью работы, особенно по сравнению с обычными лампочками. Они имеют невысокий уровень внутреннего сопротивления. Одиночные варианты чаще всего используют для подсвечивания надписей на стекле или пластике, также индикаторы подходят для подсветки символических пиктограмм.

Важно! Газоразрядные индикаторные лампы могут воспроизводить как битовую информацию, так и десятичные цифры.

В заключение отметим, что невозможно искусственно увеличить значение использования газоразрядных ламп в жизни современного человека. Изделия действительно востребованы и в некотором роде даже незаменимы. Сколько еще применений сможет им найти человек в ближайшем будущем? Время покажет.

Читайте также: