IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

Введение.

Искусственные источники света — технические устройства различной конструкции, с различными способами преобразования энергии, основным назначением которых является получение светового излучения. В отличие от искусственных источников света, естественные источники света представляют собой природные материальные объекты: Солнце, Луна, Полярные сияния, светлячки, молнии и прочие [2].

С течением времени люди обнаружили, что большее количество света может быть получено при сжигании смолистых пород дерева, природных смол, масел и воска. С точки зрения химических свойств подобные материалы содержат больший процент углерода и при сгорании частицы углерода сильно раскаляются в пламени и излучают свет.

В качестве топлива использовался светильный газ, получаемый из жира морских животных (китов, дельфинов), позже стали использовать бензол. Идея использовать газ для освещения улиц принадлежала будущему королю Георгу IV, а в то время еще принцу Уэльскому. Первый газовый фонарь был зажжен в его резиденции Карлтон-хауз. Спустя два года – в 1807 году – газовые фонари появились на Пэлл-Мэлл, которая стала первой в мире улицей с газовым освещением. В то время зажженный газ выходил из открытого конца газовой трубы. Вскоре, чтобы защитить горелку, был сооружен металлический абажур с несколькими отверстиями. К 1819 году в Лондоне было проложено 288 миль газовых труб, которые снабжали газом 51 тысячу фонарей. В течение десяти последующих лет большинство центральных улиц крупнейших английских городов уже освещались газом.

Дальнейший прогресс в области изобретения и конструирования источников света в значительной степени был связан с открытием электричества и изобретением источников тока.

Основная часть.

В начале 19 в. русский физик и электротехник В. В. Петров сделал открытие, которое позволило использовать электрическую энергию для освещения. Если на стеклянную плитку положить два древесных угля и металлическими на правителями, сообщенными с обоими полюсами приближать их, то между ними появляется пламя в форме дуги. Но при горении, угольные стержни сгорали и дуга гасла. Лишь через 70 лет русский электротехник В. Н. Чиколав построил приспособление для автоматической регулировки угольных стержней рис.1.

Рис.1.а. В.Н. Чиколав. б. Дуговой светильник.

В 1876 г. русский изобретатель П. Н. Яблочковна выставке в Лондоне демонстрировал электрическую свечу. Он расположил угли не напротив, а рядом, чтобы дуга горела только вверху. Для запала применялась тонкая пластинка из материала, плохо проводящего ток. Совершенствуя своё изобретение, Яблочков для равномерного сгорания стержней использует переменный ток. Так же он разработал схему соединения нескольких ламп с помощью индукционных катушек, работающих по принципу трансформации. К 1880 г. «русский свет» освещал многие города мира.

Рис.2.Дуговая свеча Яблочкова. а. Павел Николаевич Яблочков.б.Свеча Яблочкова.

Свечи Яблочкова появились в продаже и начали расходиться в громадном количестве, каждая свеча стоила около 20 копеек и горела 1½ часа; по истечении этого времени приходилось вставлять в фонарь новую свечу. Впоследствии были придуманы фонари с автоматической заменой свечей. В феврале 1877 года электрическим светом были освещены фешенебельные магазины Лувра. Затем свечи Яблочкова вспыхнули и на площади перед зданием оперного театра. Наконец, в мае 1877 года, они впервые осветили одну из красивейших магистралей столицы. И когда все фонари разом вспыхивали ярким и приятным светом, публика приходила в восторг. Не меньшее восхищение вызывало освещение огромного парижского крытого ипподрома. Его беговая дорожка освещалась 20 дуговыми лампами с отражателями, а места для зрителей — 120 электрическими свечами Яблочкова, расположенными в два ряда.

Поиски наиболее эффективного источника света можно проследить по рис. 3. Где отражены наиболее значимые периоды работы учёных мирового сообщества 19века, которые в своих работах использовали тепловое действие тока в проводящих материалах. При нагревании электрическим током различных токопроводящих материалов с высокой температурой плавления они излучают видимый свет и могут служить в качестве источников света той или иной интенсивности. Такими материалами были предложены: графит (угольная нить), платина, вольфрам, молибден, рений и их сплавы. На рис.3 представлена динамика развития и конструктивные особенности первых ламп накаливания.

Рис.3. Динамика развития первых ламп накаливания.

Первый опыт с нагревом платиновой спирали в разряженном пространстве проводит в 1840г., англичанин Грове. В основу своего опыта Грове положил идею француза Жобера высказанную 1837 году использовать тепловое действие электрического тока в вакууме, где в качестве объекта нагрева выбрана угольная палочка. В 1841 году дизайн первых лампочек накала был слегка изменён. В этом детище Фредерик де Молейна виделся некий гибрид между изобретениями сэра Хампфри Дэви: мелкая угольная крошка должна была светиться между двумя электродами из платины, заключёнными в вакуумную колбу. В разработке ламп накаливания можно отметить работы 1848 Стэт, 1854 Гебель, 1858 де Шанжи, 1867 Адамс, 1873 Лодыгин, 1875 Дидрихсон, 1877 Кон, 1877 Булыгин, 1878 Яблочков, 1878 Фок, 1879 Сван, 1879 Эдисон. Вариант [3] электрических источников, по технологичности, экономичности, безопасности выделяет работы Лодыгина А.Н. рис.4.

Рис.4 . Лампа Лодыгина. а. А.Н. Лодыгин. б. Лампа Лодыгина.

Разработанная Т. Эдисоном лампа накаливания, вытеснила лампы Яблочкова, Лодыгина и сохранились до наших дней[4]. Кроме того Эдисон разработал цоколь лампы, патрон, предохранитель, источник энергии рис.5.

Рис.5. Лампа Т. Эдисона. а. Лампа накаливания Эдисона. б. Т. Эдисон.

За более чем 140-летнюю историю ламп накаливания их было создано огромное множество — от миниатюрных ламп для карманного фонарика до полукиловаттных прожекторных. Типичная для ЛН (ламп накаливания) световая отдача 10-15 Лм/Вт выглядит очень неубедительно на фоне рекордных достижений ламп других типов. ЛН в большей степени нагреватели, чем осветители: львиная доля питающей нить накала электроэнергии превращается не в свет, а в тепло. Срок службы ЛН, как правило, не превышает 1000 часов, что, по временным меркам, очень немного.

В галогенной лампе окружающий вольфрам йод вступает в химическое соединение с испарившимися атомами вольфрама, препятствуя осаждению последних на колбе. Атомы вольфрама концентрируются таким образом либо на самой спирали, либо вблизи неё. В результате атомы вольфрама возвращаются на спираль, что позволяет повысить рабочую температуру спирали (для получения более яркого света), продлить срок службы лампы.

Новым направлением развития ламп является т. н. IRC-галогенные лампы (сокращение IRC обозначает «инфракрасное покрытие»). На колбы таких ламп наносится специальное покрытие, которое пропускает видимый свет, но задерживает инфракрасное (тепловое) излучение и отражает его назад, к спирали. За счёт этого уменьшаются потери тепла и, как следствие, увеличивается эффективность лампы. При этом, потребление энергии снижается на 45 %, а время жизни удваивается (по сравнению с обычной галогенной лампой).

Люминесцентные лампы (ЛЛ) — разрядные лампы низкого давления — представляют собой цилиндрическую трубку с электродами, в которую закачаны пары ртути. Под действием электрического разряда пары ртути излучают ультрафиолетовые лучи, которые, в свою очередь, заставляют нанесенный на стенки трубки люминофор излучать видимый свет. ЛЛ обеспечивают мягкий, равномерный свет, но распределением света в пространстве трудно управлять из-за большой поверхности излучения.Одно из главных преимуществ ЛЛ — долговечность (срок службы до 20 000 часов). Если «закрутить» трубку ЛЛ в спираль, мы получим КЛЛ — компактную люминесцентную лампу. Люминесцентные лампы являются энергосберегающими.

Полупроводниковые светоизлучающие приборы — светодиоды — называют источниками света будущего. Достигнутые характеристики светодиодов - световая отдача до 25 Лм/Вт, срок службы 100 000 часов - уже обеспечили лидерство в светосигнальной аппаратуре, автомобильной и авиационной технике.

Светодиоды в отличии от стандартных ламп дают не рассеянный свет, а направленный, как и рефлекторы, но при этом угол пучка света уже, чем у галогенных ламп. Для его увеличения используются различные линзы и диффузионные экраны.

Преимущества использования светодиодов:

У светодиодов высокая световая отдача 20-50 Лм / Вт, в то время как у стандартных ламп она составляет 7-12 Лм / Вт. При этом потребление энергии остается достаточно низким (40-100мВт), поэтому для освещения требуется всего несколько ламп.

Светодиоды практически не выделают тепло. Однако для мощных ламп используются теплоотводы, но тепло выделяется и распределяется по очень ограниченной площади. Срок службы светодиодов составляет 50-100 тысяч часов.

Вывод.

Недостаток ЛН – низкий коэффициент полезного действия.

Недостаток лапм нового поколения ЛЛ то, что они содержат пары ртути, приблизительно по 3-5 мг вещества каждая. Ртуть относится к первому классу опасности (чрезвычайно опасное химическое вещество). Кроме того лампочки нового поколения производят более интенсивные излучения, нежели обычные.

Как утверждают ученые, использование энергосберегающих ламп может нанести вред человеку.

Светодиодные источники света стоят на пороге вторжения на рынок общего освещения.

Литературные источники.

1. http://protok.net/istoriya-iskusstvennogo-osveshheniya/

2. http://wreferat.baza-referat.ru/

3. http://pandia.ru/text/78/256/2616.php

4.Спасский С.П. История физики. Ч.2.Издательство московского университета.1964г.С.299.

Код для цитирования: Скопировать