Охрана труда и энергосбережение → Основы энергосбереженияОхрана труда и энергосбережение → Основы энергосбереженияОхрана труда и энергосбережение → Основы энергосбереженияЦель работы: изучить виды искусственных источников света, особенности их устройства и конструкции и эффективность их использования. Вопросы для изучения:
1. Общие сведения.
2. Лампы накаливания,
3. Люминесцентные лампы.
4. Сравнение эффективности ламп накаливания и люминесцентных ламп.
Свет представляет собой электромагнитные волны длиной 4*10 -7 — 8*10-7 м. 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.
Поток излучения Физлуч. — энергия, переносимая электромагнитными волнами за 1 секунду через произвольную поверхность. 1 Дж/с = 1 Вт - единица измерения потока излучения.
Энергетическая освещенность Еэнерг. (плотность потока излучения) - отношение потока излучения к площади равномерно облучаемой им поверхности. Единица измерения энергетической освещенности - 1 Вт/м2.
Световой поток Ф — поток излучения, оцениваемый по его воздействию на человеческий глаз. Глаз человека неодинаково чувствителен к потокам света с различными длинами волн (наиболее чувствителен глаз при дневном освещении к свету с длиной волны 555 нм (1 нм=10 -9 м)). Единицей измерения-светового потока с точки зрения восприятия его человеческим глазом является люмен (лм). Световой поток в 1 лм белого цвета равен 4,.6*10 -3 Вт, или 1 Вт = 217 лм.
Освещенность Е — отношение светового потока, падающего на поверхность, к площади этой поверхности. Измеряется в люксах (лк), где люкс — освещенность, при которой на 1 м2 поверхности равномерно распределен световой поток в 1 люмен.
Освещенность поверхности прямо пропорциональна световому потоку Ф и обратно пропорциональна квадрату расстояния от источника.
Тепловое излучение — наиболее распространенный вид излучения. При этом потери атомами и молекулами энергии на излучение света компенсируются за счет энергии их теплового движения. Чем выше температура тела, тем быстрее движутся атомы и 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 и ионов, приходящих в возбужденное состояние под воздействием внешних причин, а затем, при переходе возбужденного центра на более низкий энергетический уровень, испускающих кванты люминесцентного излучения. Вещества, в которых происходит люминесценция, называются люминофорами.
Для превращения электрической энергии в световую служат источники света. По способу генерирования ими излучения делятся на тепловые источники и источники люминесцентного излучения.
Тепловыми источниками света являются лампы накаливания. Первая лампа накаливания была изобретена в 1873 году выдающимся русским электротехником А. Н. Лодыгиным. В лампах накаливания электрический ток, проходя по вольфрамовой спирали разогревает накаливает ее до белого свечения. При этом только 2—4% электрической энергии превращается в световую, а остальная часть энергии расходуется на тепловое и невидимое излучение. Чтобы вольфрамовая спираль не сгорала, из стеклянной колбы выкачивают воздух. Такие лампы называются вакуумными. Для уменьшения интенсивности испарения вольфрамовой спирали и увеличения срока службы лампы, а также для повышения светоотдачи из стеклянной колбы выкачивают воздух и наполняют ее инертными газами: аргоном, криптоном, ксеноном со смесью азота.
Такие лампы называются газонаполненными и находят широкое применение на практике.
Срок службы ламп накаливания при номинальном напряжении составляет 1000 часов. Низкий срок службы ламп накаливания связан с ограниченным сроком использования вольфрамовой спирали, которая работает при больших температурах (около 2500 °С). Лампы накаливания изготавливают в основном на напряжение 220 В и 127 В, мощностью от 15 до 1500 Вт, а для местного освещения рабочих мест на напряжение 12 и 36 В мощностью до 100 Вт. Срок службы ламп накаливания снижается при их вибрациях, частых включениях и выключениях, не вертикальном положении.
Лампы накаливания характеризуются следующими величинами: напряжением, мощностью, световым потоком и световой отдачей.
Световая отдача определяется отношением светового потока, излучаемого лампой, к мощности, потребляемой из электрической сети. Единицей измерения световой отдачи является 1 лм/Вт.
К недостаткам ламп накаливания следует отнести и то, что свет, излучаемый ими, отличается от естественного преобладанием лучей желто-красной части спектра, что искажает естественную расцветку предметов.
Несмотря на имеющиеся недостатки, в настоящее время лампы накаливания находят все еще широкое применение в связи с их простотой в эксплуатации, надежностью, компактностью и низкой стоимостью.
Разновидностью ламп накаливания являются галогенные лампы (галоидные) (рис. 11.2.1), основное отличие которых заключается в повышенном сроке их службы, как правило, до 2000 часов.
Рис. 11.2.1. Галогенные лампы
В этих лампах, кроме Инертного газа, в колбу вводится незначительное количество чистого йода. При работе лампы пары йода вступают в реакцию с частицами испарившегося вольфрама нити накала, образуя газообразное соединение — йодид вольфрама, который, попав в зону высоких температур вблизи нити накала, распадается снова на вольфрам и йод. Вольфрам осаждается на нити накала, а частицы йода возвращаются к колбе и вновь принимают участие в галоидном цикле. Для протекания галоидного цикла необходимо, чтобы стенки колбы имели температуру 500-700 °С, а нить накала -более 2500 °С. Колба галоидной лампы изготовляется из кварцевого стекла, чаще всего в виде трубки диаметром 10—12 мм, а нить накала размещается по оси трубчатой колбы. Галоидные (галогенные) имеют преимущество перед обычными лампами накаливания. Световой поток в них к концу службы уменьшается на 3—4% против 15—20% в лампах накаливания общего назначения, срок из службы вдвое больший, спектральный состав светового потока близок к естественному, световая отдача на 15—20% выше, а размеры значительно меньше обычных ламп накаливания. Галогенные лампы отличаются высокой механической прочностью, нагревостойкостью и не разрушаются при работе в резко меняющейся температуре окружающей среды.