Исследование сравнительных характеристик электрических источников света

Цели работы:

1. Изучить устройство, принцип действия электрических источников света.
2. Сравнить основные параметры наиболее распространенных типов электрических источников света.

Краткие теоретические сведения

Свет представляет собой электромагнитные волны длиной 4·–8·м. Электрические волны излучаются при ускоренном движении заряженных частиц. Для того чтобы атом или молекула начали излучать, им необходимо передать определенное количество энергии. Излучая, они теряют полученную  энергию, поэтому для непрерывного свечения необходим постоянный приток энергии извне. [1]

Поток излучения Физл – энергия, переносимая электромагнитными волнами за 1 секунду через произвольную поверхность.

Единица измерения потока излучения – Дж/с = Вт.

Энергетическая освещенность Еэн (плотность потока излучения) – отношение потока излучения к площади равномерно облучаемой им поверхности. 

Световой поток Ф – поток излучения, оцениваемый по его воздействию на человеческий  глаз. Человеческий глаз неодинаково чувствителен к потокам света с различными длинами волн (наиболее чувствителен глаз при дневном освещении к свету с длиной волны 555 нм). Единицей измерения светового потока с точки зрения восприятия его человеческим глазом (яркости) является люмен (лм). Световой поток в 1 лм белого света равен 4,6·Вт (1 Вт = 217 лм).

Освещенность Е − отношение светового потока, падающего на поверхность,  к площади этой поверхности. Измеряется в люксах (лк.)

Освещенность поверхности прямо пропорциональна световому потоку и обратно пропорциональна квадрату расстояния от источника.

Тепловое излучение − наиболее распространенный вид излучения. При этом потери атомами или молекулами энергии на излучение света компенсируется  за счет энергии их теплового движения. Чем выше температура тела, тем быстрее движутся атомы или молекулы. При столкновении друг с другом часть их кинетической энергии превращается в энергию возбуждения, которая затем превращается в световую.

Люминесцентное излучение исходит из сравнительно небольшого числа центров люминесценции – атомов, молекул или ионов, приходящих в возбужденное состояние под воздействием внешних причин, а затем при переходе возбужденного центра на более низкий энергетический уровень, испускающих квант люминесцентного излучения. Вещества, в которых происходит люминесценция, называются люминофорами. Технический прогресс не стоит на месте, и терпеть такое расточительство традиционных ламп накаливания современные изобретатели не могли. На смену старой лампе накаливания пришла новая лампа – комплексная люминесцентная лампа (КХЛ) или энергосберегающая лампа.

Актуальность данной темы обусловлена тем, что 29.11.2009 г. был принят Федеральный закон № 263-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельный законодательные акты Российской Федерации».

Целью закона является создание правовых, экономических и организационных основ стимулирования энергосбережения и повышения энергоэффективности.

Согласно закону, с 1 января 2011г. к обороту на территории РФ не допускаются электрические лампы накаливания мощностью 100 Вт и более. С 1 января 2013г. может быть введен запрет на оборот на территории РФ электроламп мощностью 75 Вт и более, а с 1 января 2014г. - ламп мощностью 25 Вт и более.

Изучение последствий использования энергосберегающих ламп позволяет задуматься: стоит ли жестко ставить вопрос о повсеместной ликвидации ламп накаливания.ликвидации ламп накаливания и необходимости информации о энергосберегающих ламп.

Электрические источники света, их конструкции и параметры

Электрические источники света по способу генерирования ими излучения делят на температурные (лампы накаливания) и люминесцентные (люминисцентная и газоразрядные лампы). [3]

Принцип действия ламп накаливания основан на вышеописанном тепловом излучении. Использование этого принципа обусловливает основные недостатки ламп накаливания, а именно:

• низкий КПД (около 2 %), так как подавляющая часть потребляемой электроэнергии этими лампами преобразуется не в световую, а в тепловую энергию;
• низкий срок службы, который в среднем составляет около 1000 часов, ограничиваемый сроком службы спирали, которая работает при больших температурах. Срок службы ламп накаливания снижается при их вибрациях, частых включениях и отключениях, не вертикальном положении.

Кроме того, свет ламп накаливания отличается от естественного преобладанием лучей желто-красной части спектра, что искажает естественную расцветку предметов.

Несмотря на указанные недостатки, в настоящее время лампы накаливания все еще находят широкое применение в связи с их простотой в эксплуатации, надежностью, компактностью и низкой стоимостью.

Лампы накаливания могут быть вакуумными и газонаполненными.  В последних используется аргон с добавлением 12–15 % азота.

Разновидностью ламп накаливания являются галогенные лампы, основное отличие которых заключается в повышенном сроке службы, как правило,  до 2000 часов. Это достигается за счет того, что в состав газового заполнения колбы галогенной лампы накаливания добавляется йод, который

при определенных условиях обеспечивает обратный перенос испарившихся частиц вольфрама спирали со стенок колбы лампы на тело накала.

Люминесцентная лампа представляет собой запаянную с обоих концов

стеклянную трубку, внутренняя поверхность которой покрыта тонким слоем люминофора. Из лампы откачан воздух, и она заполнена инертным газом аргоном при очень низком давлении. В лампу помещена капля ртути, которая при нагревании превращается в ртутные пары. Вольфрамовые электроды лампы, как правило, имеют вид спирали. Параллельно спирали располагаются два жестких никелевых электрода, каждый из которых соединен с одним  из концов спирали. При подаче на электроды напряжения в газовой среде лампы возникает электрический разряд, в частности между жесткими электродами и спиралью. 

В цилиндрическом баллоне ртутной лампы идет электрический разряд.  Возбужденные атомы ртути испускают мощные потоки электромагнитного излучения, основная энергия которого лежит в ультрафиолетовой части спек- тра. Под действием ультрафиолетового излучения происходит свечение по- крытых люминофором стенок лампы разным цветом. Поглощая ультрафиолетовая излучение, смесь люминофоров излучает в видимой части спектра и в достаточной степени воспроизводит спектр дневного света.

Таблица 1- Сравнение лампы по основным показателям

Читать работу полностью (оригинал работы):

Исследование сравнительных характеристик электрических источников света