Искусственные источники света

  • Искусственные источники света

О спектре солнечного света, проблемах искусственных источников света и новейших лампочках...

Изобретение газовых ламп

Разработанный в Англии в 1790 и представленный Соединенным Штатам вскоре после Уильяма Мердока, газовые лампы сначала освещали улицы в Ньюпорте, Род-Айленд в 1972. Спустя всего несколько десятилетий газовые лампы Мердока освещали улицы в крупных городах США на восточном побережье, включая Балтимор и Филадельфию. В течение этого периода различные версии были созданы с использованием различных видов газа, включая метан, бутан, пропан, водород, ацетилен и природный газ.

Изобретение ламп накаливания электрических ламп

Первый электрический светильник был изобретен англичанином Хамфри Дэви. В 1809 создание Дэви пришло в себя после подключения двух проводов к батарее, а затем прикрепления его к полоске древесного угля между другими концами проводов. То, что он создал, было тем, что обычно называют светом дуги, с современными современными версиями, которые используются сегодня.

Вскоре после этого в 1879 Томас Эдисон разработал первую лампу накаливания. Эдисон хотел изобрести что-то, чтобы заменить газовые лампы того времени, и это также можно использовать в помещении. Его первая успешная лампочка сгорела за полные часы 13.5, но она не была идеальной для толкания электричества вперед в качестве основного источника питания. После нескольких попыток он, наконец, создал версию лампочки, которая использовала карбонизированную бамбуковую нить и сжигалась в течение 1,200 часов. Это был момент, когда начались достижения в современном освещении, и именно это привело индустрию освещения к тому, где она сегодня.

Изобретение высокоинтенсивных разрядных (HID) ламп

Во время 20th век, инновации в индустрии освещения взорвались. Вскоре после того, как Эдисон изобрел долговечную лампу накаливания, Дэниел Макфарлан Мур создал флуоресцентный свет вокруг 1904 для коммерческого использования. Эти лампы в первые дни были очень энергоэффективными, но для правильной работы требовалось высокое напряжение и специальные разъемы. Изобретения таких огней побуждали других производителей света, таких как General Electric, перепроектировать их лампы накаливания, чтобы быть более энергоэффективными, чтобы они могли конкурировать с новой технологией флуоресцентного света.

Примерно в это же время в начале 20th что Питер Купер Хьюитт разработал первый высокоэффективный свет ртутного пара, который был совместим со стандартной электрической инфраструктурой. Оттуда были созданы другие лампы HID с использованием той же технологии, в том числе натриевые лампы высокого давления и низкого давления и металлогалогенные лампы. Все эти HID работали одинаково, но был один, который выделялся из остальных - светодиод или светодиод.

Современная технология освещения

Сегодня наиболее широко используемой технологией освещения является светодиод, который впервые был изобретен в 1960 ученым по имени Ник Холоньяк, который работал в компании General Electric. Этот тип света - это так называемый твердотельный свет (SSL), поскольку он создает свет, преобразуя электрический ток с использованием полупроводника, и он не требует того же типа стеклянного корпуса, что и традиционные лампы накаливания.

Что ждет будущее индустрии освещения

Изобретение долговечной электрической лампочки изменило то, как люди жили и занимались бизнесом во времена Эдисона. Он также проложил путь вперед для индустрии освещения и добрался до того места, где он находится сегодня. Создание светодиодного света доказало, что в ближайшие десятилетия в индустрии освещения есть много возможностей для инноваций и роста. По мере того как современное освещение продолжает улучшаться по всем направлениям, светодиодные индикаторы по-прежнему демонстрируют наибольшую перспективу в свете выбора 21st века. У них есть срок службы, который в четыре раза превышает средние традиционные лампочки и обеспечивает высокое качество света с гораздо более высокой скоростью.

Трудно представить, что чуть более века назад дома были освещены газовыми и масляными лампами. Прогрессирование технологий освещения и инноваций выросло по экспоненте, что позволило двигаться вперед еще быстрее. Некоторые говорят, что лазеры могут заменить светодиоды, поскольку они более компактны, производят до 1,000 раз больше света и потребляют 1 / 3 электроэнергии. Хотя эта технология все еще нова для индустрии освещения, она многообещающая.

Другое предсказание - использование «умного» освещения, которое автоматически включается и выключается с помощью датчиков движения или других технологий. Это может работать как дома, так и в крупных городах для экономии энергии. Представьте себе город с уличными фонарями, которые затемнялись, когда дороги были пустыми или меняли цвет на опасных перекрестках. Возможности для будущего индустрии освещения практически бесконечны.

Пока что светодиодные индикаторы по-прежнему остаются в списке самых эффективных и долговечных. 

История лампочки

1803 — 1809  создана первая дуговая лампа

arclamp

Хэмфри Дэви в Королевском институте в Великобритании продемонстрировал первую лампу накаливания, используя блок батарей и два угольных стержня. Дуговые лампы впервые осветили улицы множества городов.

1835 – продемонстрирована первая постоянная система освещения

Джеймс Боуман Линдсей на открытом заседании в Шотландии продемонстрировал постоянно действующую систему освещения. Некоторые приписывают ему изобретение лампы накаливания.

1850 — 1859 – свет в трубке

Geissler_tubes

В 19 веке два немца обнаружили, что можно получить свет, удалив почти весь воздух из длинной стеклянной трубки и пропустив через нее электрический ток. Названное трубкой Гейслера, это устройство стало основой для многих технологий освещения, включая лампы дневного света (CFL).

 

1877 — 1885 – соревнование среди изобретателей ламп накаляется

Изобретатели всего мира — в том числе Уильям Сойер и Албон Мэн в США и Джозеф Суон в Англии — работали над созданием электрической лампы накаливания.

1878 – Эдисон начинает работать над лампой накаливания

409px-Light_bulb_Edison_2

В 1878 году Эдисон и его исследователи в Менло-Парк обратили своё внимание на лампы накаливания. Они сосредоточились на улучшении нити — сначала они пробовали углерод, затем платину, и в конце концов вернулись к углеродной нити.

1882 – развитие систем освещения

Эдисон сосредотачивается на системах освещения, показывая, что можно провести электричество из расположенного в центре источника электроэнергии с Холборн Виадук в Лондоне, и разрабатывает первую коммерческую электросеть в нижнем Манхэттене.

1901 – предшественники лампы дневного света

384px-Early_Cooper_Hewitt_mercury_vapor_lamp

Питер Купер Хьюитт создал сине-зеленую лампу, пропуская электрический ток через пары ртути. Лампа не нашла применения в освещении из-за цвета, но стала одной из предшественниц люминесцентных ламп.

1904 – замена углеродной нити на вольфрамовую

В 1904 году лампы накаливания с вольфрамовой нитью появляются на европейском рынке. Эти лампочки работали дольше, были ярче и эффективнее, чем лампы с углеродной нитью.

1908 – цоколь Эдисона становится универсальным

incandescent_15947010

Частью вклада Эдисона в изобретение современной лампочки, был разработанный им цоколь, который сегодня называется цоколем Эдисона (Edison Screw). К 1908 году это был самый часто используемый цоколь, и сегодня он используется почти для всех бытовых лампочек.

1913 – эффективность ламп накаливания удваивается

Ирвинг Ленгмюр обнаруживает, что заполнение лампочки инертным газом, таким как азот вместо использования вакуума, повышает эффективность лампочки в два раза.

1926 — 1934 – неоновая трубка + фосфор = флуоресцентная лампа

К концу 1920-х и в начале 1930-х европейские исследователи проводили эксперименты с неоновыми трубками, покрытыми фосфором. Результаты этих экспериментов помогли «зажечь» разработку флуоресцентных ламп в США.

1939 – представлены флуоресцентные лампы

В 1939 году General Electric и Westinghouse представили люминесцентные лампы на нью-йоркской Всемирной выставке и на выставке Золотые Ворота в Сан-Франциско.

1951 – люминесцентные лампы обгоняют лампы накаливания

К 1951 году количество света от люминесцентных ламп в США превысило количество света от ламп накаливания – это эффективные изменения, которые были необходимостью во время Второй мировой войны.

1963 – изобретены первые светодиоды

Во время работы в General Electric Ник Холоньяк-младший изобрел первый красный светодиод в видимом спектре. Бледно-желтые и зеленые диоды были изобретены в последующем.

1973 – конец дешевой энергии

Нефтяной кризис 1973 года стал переломной точкой в энергопотреблении — пришел конец дешевых энергоресурсов. Исследователи приняли вызов и начали разработку люминесцентных ламп для бытового использования.

1976 – люминесцентная лампа в форме спирали

544px-Compact-Fluorescent-Bulb

В 1976 году Эдвард Хаммер в General Electric придумал как скрутить люминесцентную лампу в форме спирали, создав первый компактную люминесцентную лампу (CFL).

1978 – диоды появляются в товарах народного потребления

800px-TI-30-LED-Display-3682e1

Как только исследователи улучшили красные диоды и процесс их изготовления, компании начали использовать их в товарах народного потребления (дисплеи калькуляторов, различные индикаторы).

1985 – первые люминесцентные лампы выходят на рынок

Первые люминесцентные лампы, появившиеся на рынке в середине 1980-х, стояли от $25 до $35 за лампочку.

1994 – первые голубые и белые диоды

За изобретением синего диода в 1990-х последовало изобретение белых светодиодов. Вскоре после этого, исследователи продемонстрировали, белый свет с помощью красного, зеленого и синего светодиодов.

2002 — 2008 – первые светодиодные лампочки появляются на потребительском рынкеlights_leds_hero

К 2008 году на рынке было всего несколько производителей светодиодных лампочек, большинство из этих лампочек потребляли 25-40 ватт.

2013 – люминесцентные лампы стоят дешевле $2

Почти через 30 лет после выхода на рынок люминесцентных ламп, их стоимость упала до минимальной — $1,74 за лампочку (в США). Они используют на 75% меньше энергии, чем лампы накаливания и работают в 10 раз дольше.

2013 – стоимость светодиодов существенно снижается 

КРАТКО - Источники искусственного света:

  • Лампы накаливания

  • Галогенная лампа

  • Газоразрядные источники света

  • Натриевая лампа

  • Люминесцентные лампы

  • Светодиоды

Лампы накаливания являются наиболее распространённым видом источников света. Они широко применяются в различных видах помещений, как во внутренних, так и в наружных.

Лампа накаливания

Принцип действия: свет в лампах накаливания создается путем прохождения электрического тока через тонкую проволоку, обычно изготовляемую из вольфрама. Принцип действия основан на тепловом действии электрического тока.

Преимущества лампы: низкие первоначальные затраты, удовлетворительное качество воспроизведения цвета, возможность управления степенью концентрации и направлением распространения света, разнообразие конструкций, удобство применения, отсутствие систем электронного запуска и стабилизации.

Недостатки: срок службы обычно не более 1000 часов; 95% производимой ими энергии преобразуется в тепло и только 5 % - в свет! Лампы накаливания представляют пожарную опасность. Через 30 минут после включения ламп накаливания температура наружной поверхности достигает в зависимости от мощности следующих величин: 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 еще сильнее. Солома, касающаяся поверхности лампы мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно через 67 минут.

Применение: предназначены для внутреннего и наружного освещения при параллельном включении ламп в электрические сети напряжением 127 и 220 В.

 

Галогенная лампа 

Галогенные лампы, как и лампы накаливания, излучают тепло.

Принцип действия: спираль, изготовленная из жаропрочного вольфрама, находится в колбе, заполненной инертным газом. При прохождении через спираль электрического тока она накаляется, вырабатывая тепловую и световую энергию. Частички вольфрама при температуре 1400˚ С еще до достижения поверхности колбы соединяются с частичками галогена. Благодаря термической циркуляции эта галогенно-вольфрамовая смесь приближается к раскаленной спирали и под воздействием более высокой температуры разлагается. Частички вольфрама снова осаждаются на спирали, а частички галогена возвращаются в процесс циркуляции.

Преимущества: Спираль имеет более высокую температуру, что позволяет получить больше света при той же мощности лампы, спираль постоянно обновляется, что увеличивает срок службы лампы, колба не чернеет, и лампа дает постоянный световой поток в течение всего срока эксплуатации.
При одинаковой способности к цветопередаче с лампами накаливания, имеют компактную конструкцию.

Недостатки: низкая светоотдача, маленький срок службы

Газоразрядные источники света

Газоразрядные источники света представляют собой стеклянную, керамическую или металлическую (с прозрачным выходным окном) оболочку, содержащую газ, некоторое количество металла или др. вещества с достаточно высокой упругостью пара. В оболочку герметично вмонтированы электроды, между которыми происходит разряд. Существуют газоразрядные источники света с электродами, работающими в открытой атмосфере или протоке газа.
Различают:

  • газосветные лампы - излучение создаётся возбуждёнными атомами, молекулами, рекомбинирующими ионами и электронами;
  • люминесцентные лампы - источником излучения являются люминофоры, возбуждаемые излучением газового разряда;
  • электродосветные лампы - излучение создаётся электродами, разогретыми разрядом.

Люминесцентные лампы

Принцип действия: свет в этих лампах возникает за счет преобразования ультрафилeтoвoгoо излучения люминофорным покрытием в видимый cвeт пocлe вoзникнoвeния в ниx газoвoгo pазpяда.

Преимущества: этo эффективный cпocoб пpeoбpазoвания энepгии; в cлeдcтвиe бoльшoй излучающей пoвepxнocти создаваемый люминесцентными лампами cвeт не столь яркий, как у "тoчeчныx" итoчникoв cвeта (лампы накаливания, галoгeнныe и газоразpядныe лампы выcoкoгo давления); по энepгeтичecкoй эффeктивнocти
люминecцeнтныe лампы являются идеальными для ocвeщeния бoльшиx oткpытыx пoмeщeний (oфиcы, кoммepчecкиe, пpoмышлeнныe и oбщecтвeнныe здания).
Свет ламп может быть белым, тёплых и холодных цветов, а также цвета, близкого к естественному дневному свечению.

Недостатки: все люминесцентные лампы содержат ртуть (в дозах от 40 до 70 мг), ядовитое вещество. Эта доза может причинить вред здоровью, если лампа разбилась, и если постоянно подвергаться пагубному воздействию паров ртути, то они будут накапливаться в организме человека, нанося вред здоровью.

Срок службы: достигает 15000 часов, что в 10-15 раз больше по сравнению с лампами накаливания.

Лампа дневного света

Одна из разновидностей люминесцентных ламп с голубоватым цветом свечения. Выделяют 2 типа таких ламп — ЛДЦ (дневного света, с правильной цветопередачей) и ЛД (дневного света).

Лампы ЛД не обеспечивают правильной передачи цвета освещаемых объектов; используются для целей общего освещения, особенно в южных районах.

Лампы ЛДЦ служат для освещения объектов, для которых важно точное воспроизведение цветовых оттенков, преимущественно в синей и голубой областях спектра. Их световая отдача на 10—15% ниже, чем у ламп ЛД. Такие лампы применяют для освещения производственных помещений.

Энергосберегающие лампы

Компактные люминесцентные лампы (КЛЛ), благодаря специальной технологии и дизайну, могут быть сравнимы в размерах или равны лампам накаливания. Эти современные лампы имеют все передовые характеристики люминесцентных ламп.

Преимущества: экономия электроэнергии составляет до 80% в зависимости от производителя и конкретной модели; энергосберегающие лампы слабо нагреваются.

Недостатки: высокая стоимость и содержание в них ядовитых веществ.

Срок службы: приблизительно в 5-6 раз дольше, чем ламп накаливания, но может до 20 раз превышать его при условии обеспечения достаточного качества электропитания, балласта и соблюдения ограничений по числу коммутаций, в противном случае быстро выходят из строя.

Натриевая лампа

Газоразрядный источник света, в котором излучение оптического диапазона возникает при электрическом разряде в парах Na. Выделяют лампы низкого давления и лампы высокого давления.

Принцип действия: лампа высокого давления изготовляется из светопропускающего поликристаллического состава Al2O3, устойчивого к воздействию электрического разряда в парах Na до температур выше 1200 °С. Внутрь разрядной трубки после удаления воздуха вводят дозированные количества Na, Hg и инертный газ при давлении 2,6—6,5 кн/м2 (20—50 мм рт. ст.). Существуют натриевые лампы высокого давления «с улучшенными экологическими свойствами» — безртутные.

Натриевые лампы низкого давления (далее - НТЛД) отличаются рядом особенностей, существенно затрудняющих как их производство, так и эксплуатацию. Во-первых, пары натрия при высокой температуре дуги весьма агрессивно воздействуют на стекло колбы, разрушая его. Из-за этого горелки НЛНД обычно выполняются из боросиликатных стёкол. Во-вторых, эффективность НЛНД сильно зависит от температуры окружающей среды. Для обеспечения приемлемого температурного режима горелки последняя помещается во внешнюю стеклянную колбу, играющую роль «термоса».

Преимущества: большой срок службы, применяют для наружного и внутреннего освещения; лампы дают приятный золотисто-белый свет.

Недостатки: включаются в электрическую сеть через пускорегулирующие аппараты; для обеспечения наибольшего выхода резонансного излучения Na разрядные трубки натриевой лампы утепляют, помещая их внутри стеклянного баллона, из которого откачан воздух.

Светодиод

Светодиод — это полупроводниковый прибор, преобразующий электрический ток непосредственно в световое излучение. Минимальное потребление энергии обеспечивается за счёт свойств специально выращенного кристалла.

Применение светодиодов: в качестве индикаторов (индикатор включения на панели прибора, буквенно-цифровое табло). В больших уличных экранах, в бегущих строках применяется массив (кластер) светодиодов. Мощные светодиоды используются как источник света в фонарях. Так же используются в качестве подсветки небольших жидкокристаллических экранов (на мобильных телефонах, цифровых фотоаппаратах).

Преимущества:

  • Высокий КПД. Современные светодиоды уступают по этому параметру только люминесцентной лампе с холодным катодом (CCFL).

  • Высокая механическая прочность, вибростойкость (отсутствие спирали и иных чувствительных составляющих).

  • Длительный срок службы. Но и он не бесконечен — при длительной работе и/или плохом охлаждении происходит «отравление» кристалла и постепенное падение яркости.

  • Специфический спектральный состав излучения. Спектр довольно узкий. Для нужд индикации и передачи данных это — достоинство, но для освещения это недостаток. Более узкий спектр имеет только лазер.

  • Малый угол излучения — также может быть как достоинством, так и недостатком.

  • Безопасность — не требуются высокие напряжения.

  • Нечувствительность к низким и очень низким температурам. Однако, высокие температуры противопоказаны светодиоду, как и любым полупроводникам.

  • Отсутствие ядовитых составляющих (ртуть и др.) и, следовательно, лёгкость утилизации.

Недостаток - высокая цена, но в ближайшие 2-3 года ожидается снижение цен на светодиодную продукцию.

Срок службы: среднее время полной выработки для светодиодов составляет 100000 часов, это в 100 раз больше ресурса лампочки накаливания. С учетом того, что в году 8 760 или 8784 часов, светодиодные лампы могут работать несколько лет.

Интересное, ПостНаука    
Администратор 01 октября 2019, 18:34 Интересное 0

page.maple4.ru


Похожие публикации


Особенности репродукции человека

Размножение у людей и животных - Биолог Ольга Смирнова о природных противозачаточных средствах, раке репродуктивных органов и климаксе, сравнение репродукции человека и животных. В общем, НЕ ОТОРВАТЬСЯ…    Открыть
История изучения жизни Будды

О смерти Будды, его биографии и вульгарной части буддизма.      Открыть
Квантовая физика и её парадоксы

История квантовой физики как научной дисциплины насчитывает уже примерно сотню лет, но результаты некоторых экспериментов продолжают удивлять своей парадоксальностью. Как электрон может одновременно…    Открыть
Корейский майдан

Американцы дали ему власть и деньги. Он потерял все и сбежал    Открыть
Хромосома

 Даже те, кто прогуливал уроки в школе, все равно слышали про анализ по ДНК, с помощью которого, например, изобличают преступников и точно устанавливают отцовство. Молекула ДНК у каждого человека уникальна.…    Открыть

Все отборные




Рейтинг@Mail.ru