Газорозрядні лампи: типи, пристрій і принцип роботи

У наше століття повсюдної електрифікації ми звикли вважати електричний розряд чимось неправильним і десь навіть небезпечним. Тому в словах «газорозрядна лампа» багатьом бачиться якийсь парадокс.

Вже давно електрику перестало бути дивиною. Нас воно оточує буквально з усіх боків. У стінах будинків, квартир прокладена проводка, по якій безперервно тече електричний струм, навіть якщо не включений телевізор і вимкнені всі лампочки. Холодильник все одно весь час тихо включається і зберігає нам продукти, підживлюючи від мережі. Так само і інші прилади: світлодіоди на вимикачах — і ті хоч трохи, але струм пропускають. А ось розряд в наших мережах — щось неординарне. Якщо ненароком замкнуться два дроти в одній розетці, буде коротке замикання, тобто розряд. А це аварія і миттєве відключення мережі захисною автоматикою. Або якщо ми самі зарядилися, просто від тертя одягу, то, як тільки доторкнемся до чого-небудь металевому — буде розряд: несильно, але відчутно вколе або навіть Труснеш. Але зазвичай один раз. Ну, і заряджений конденсатор може вдарити струмом, тобто через нас розрядитися.

Різновидів розрядів досить багато. Найчастіше нам зустрічається іскровий розряд, як саме його-то ми і не любимо. Хоча знаємо, що в автомобілі він змушує двигун працювати.

Види електричних розрядів





Зліва направо: іскровий, дуговий, коронний, тліючий. Є ще екзотичні види — частковий і таунсендовскій (темний — тут його немає).

Якісь із них ми використовуємо, якісь тільки намагаємося поставити на службу, з якимись боремося.

Але ось тліючий розряд, можливо, і названий так «пом’якшено», щоб повідомити: так, це розряд, але не такий вже і страшний. Дійсно, він не б’є, як іскра або блискавка, в частки секунди, щоб відразу ж і припинитися. Він тліє, тобто тече, як звичайний і звичний для нас всіх електричний струм. І не просто тече, але і світить — це все електричні лампи, де світиться газ, а не металевий дріт. Саме газорозрядні лампи.

Найцікавіше у всій цій історії те, що виявили світіння газу під дією розряду ще до того, як з’явилися «справжні» електричні прилади. Тобто такі пристрої, в яких би гарантовано працювала електрична енергія.

Спочатку світіння газу показували як фокус. А в якості джерела енергії використовувалися не генератори, які не акумулятори, а електризація предметів шляхом різних хитрувань, що дозволяло викликати деякий заряд на поверхні. Електризація відома була давно, просто її намагалися якось підсилити, відповідно до свого розуміння. Наприклад, рукою крутили велику кулю з сірки, насаджений на металевий стрижень, і отримували в досить великій кількості «електрику», яке заявляло про себе через іскріння або світінням газу. Були й інші досліди, які прийнято було проводити зі сцени для публіки або в модних світських салонах для вишуканого товариства. Вивчали і демонстрували «тваринний магнетизм», алхімічні перетворення, які йшли корінням в «герменевтична філософію».

Відповідно, і збір електроенергії для цілей демонстрації міг відбуватися не на промисловому якомусь обладнанні, а на речах, швидше за належали до розряду театральної бутафорії.

Однак від таких дослідів вийшло добру справу: люди побачили не просто фізичне — тобто не магічне — явище, а зрозуміли, що в ньому міститься певна, доступна людям, сила, яку можна накопичити і виміряти.

І з тих пір подальше вивчення електрики пішло в напрямку його приручення і широкого використання людству на благо.


Багато дослідників тих часів отримували таємниче світіння. Наприклад, Ломоносов виявив свічення в скляній посудині газоподібного водню. І не всі ці світіння були тим, що тепер називається «тліючий розряд». Справа в тому, що газ здатний отримувати енергію різними шляхами, і потім цю енергію випромінювати у вигляді світла певної довжини хвиль. Це може бути зовнішнє електрична напруга, прикладена до двох встановленим в посудині з газом електродів. При деякій величині напруги, а також при деякій розрідженості газу, потік електронів кинеться від електрода з надмірністю електронів до електрода з їх недостатньою кількістю. І, «натикаючись по дорозі» на атоми газу, електрони їх активують, при цьому і виходить тліючий розряд.

Але щось подібне може відбуватися не тільки від потоку біжать електронів. А, наприклад, безпосередньо від впливу зовнішнього магнітного поля. Буде тліючий розряд, дуже схожий на полярне сяйво. Я сам таке бачив на лампах денного світла, відключених від мережі живлення, але на які вплинуло магнітне поле від обертових магнітних барабанів. На старих комп’ютерах іноді зустрічалися такі пристрої, великі як шафа. Ось в темряві близько таких шаф лампи денного світла і давали цікаві світлові розлучення, схожі на Північне сяйво.

Колір світіння газорозрядних ламп не залежить від джерела енергії. Газ складається зазвичай з однорідної маси найпростіших молекул в один-два атома (H2 — водень, Ar — аргон) і працює як один атомарний механізм. У ньому електрони, отримуючи енергію від зовнішнього джерела, перескакують на інший рівень — в «порушену» стан, а потім повертаються назад, викидаючи свою «порушити» їх енергію у вигляді кванта світла строго визначених довжин хвилі. Так і виходять світіння одного кольору, монохромні. Або кількох кольорів, відповідних енергетичним переходам електронів в електронних оболонках атомів газу. Таким чином можна отримати лампи, що світяться конкретними квітами, на відміну від сонця з його безперервним спектром або полум’я багаття, свічки або світла лампи розжарювання.

Енергетичні процеси при цьому дуже прості, тому і вельми ефективні, мають високий ККД. Тобто лампа розжарювання дає цілий спектр, який виходить від хаотичного теплового руху молекул твердої вольфрамової спіралі. Молекули розпеченого вольфраму метушаться як очманілі навколо своїх місць в кристалічній решітці і несамовито випускають у всіх можливих напрямках кванти світла всіх мислимих енергій і частот. У цьому спектрі є видимий нам світ, і є інфрачервоне випромінювання, якого ми не бачимо. А є ще просто конвекція — передача безпосередньо молекулам газового середовища лампи енергії тепла. Від цього нагрівається скляний балон, який, в свою чергу, нагріває повітря в приміщенні, цоколь, патрон, проводи … Виходить, що на світло від лампи розжарювання йде енергії всього лише 5-10%. Тоді як газовий світло дає, за різними оцінками, від 25 до 40%.

Різновиди газорозрядних ламп

Газорозрядні лампи являють собою скляний (з стекол особливого складу) балон, накачаний газом і з електродами, встановленими всередині. Електрична напруга на нього подається через цоколь. Газ всередині може бути під низьким тиском або під високим. За цією ознакою і розрізняються газорозрядні лампи низького тиску, лампи високого тиску і лампи надвисокого тиску. Інші розходження стосуються, в основному, складів газових середовищ всередині балона і покриття балона. Від цього залежать характеристики світіння ламп.

Ще одна важлива конструктивна особливість ламп (газорозрядних в тому числі) — конструкція і розмір цоколя, від чого залежить конструкція патрона для лампи, а значить, і можливості установки таких ламп в світильниках.

Газорозрядні лампи:
а, б — низького тиску;
в, д — високого тиску;
г — надвисокого тиску
а — натрієва, б — люмінесцентна, в — ртутна, г — ксенонова, д — натрієва
(З особливим покриттям колби — полікристалічним оксидом алюмінію)

Інертні гази, якими наповнюються лампи, здатні світитися кольорами власного полосчатим спектра випускання. Виходить кольорове світіння, яке відразу ж полюбилося рекламникам, і вони стали використовувати його для виготовлення ефектних барвистих написів. Різні інертні гази дають різне забарвлення світіння.

гелій
неон

Аргон

криптон

ксенон

Для звичайних же цілей освітлення зазвичай використовуються лампи, що містять суміш газів або суміш газів і парів металів — ртуті або натрію зокрема.

Газове світло може містити ультрафіолетові компоненти, в цьому випадку можна:

  • використовувати такі лампи саме як джерела ультрафіолету;
  • змінити спектр випромінювання іншим засобом: напиленням на внутрішній стороні балона спеціального покриття, яке поглинає випромінювання газу і перевипромінює його світлом, більш прийнятним для вживання.

Такі речовини називаються люминофорами, а лампи — люмінофорними або люмінесцентними.
Різновидом люмінесцентних ламп є і повсюдно використовувані зараз газосветние енергозберігаючі лампи.

застосування

Енергозберігаючі лампи випускають різних відтінків кольору, але такого, щоб людське око сприймав його як можна більш природним. При цьому варіюються відтінки кольору або світлова температура: від більш теплого до наближеного до білого денного. Енергозберігаючі лампи випускаються градацією світності приблизно так само, як це робиться з лампами розжарювання, ця система склалася роками. Маленькі лампи розжарювання — 25 ват (настільні), побільше — 60, 75 ват (люстри, торшери), 100-120 ват (зали, великі приміщення) і так далі. Аналогічно випускаються по светімостям і лампи енергозберігаючі, хоча потужність споживання енергії у них знижена рази в 2-4 за рахунок того, що вище ККД. Ще один наслідок цього — те, що вони майже не гріються. І в цьому теж є безліч плюсів: чи не гріються патрони, які плавляться пластикові абажури, і так далі

Інші лампи дають сильний направлене світло: наприклад, ксенонові використовують в прожекторах і автомобільних фарах.

Є лампи такого кольору, який не дуже хороший для людських очей, але дієвий при висвітленні рослин. Це натрієві лампи різної потужності. Вони дають яскраво-жовте світіння, від них добре вегетують рослини, тому їх використовують в теплицях.

Ссылка на основную публикацию