XVIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2026

Введение.

Свет в физической оптике – это электромагнитное излучение, воспринимаемое человеческим глазом. Согласно корпускулярно-волновой теории, свет можно рассматривать как поток частиц и как волну. Корпускулярная теория утверждает, что свет, состоящий из частиц, движущихся со скоростью 3×10⁸ м/с, обладают массой и импульсом, а волновая — что свет имеет волновую природу, и его цвет зависит от длины волны.

Естественный свет может возникать из-за электрических явлений, например, молнии – электрического разряда между атмосферой и поверхностью Земли. Искусственный свет создаётся с использованием различных свойств электричества. При выборе осветительных приборов важны три фактора:

1. Поток излучения (яркость) – , где Q_e – энергия излучения, переносимая через поверхность за время t

2. Коэффициент полезного действия (КПД) – × 100%, где А – полезная работа, а Q – затраченная энергия.

3. Экономичность.

Актуальность данной темы состоит в том, чтобы дать объективную оценку осветительным приборам и рекомендации к их выбору.

Объект исследования – электрические осветительные приборы.

Предмет исследования – принципы действия и характеристики электрических ламп.

Цель – изучить историю появления и сравнить физические характеристики разных видов электрических ламп.

Практическая значимость состоит в том, что создавая физические условия освещаемого места, нужно уметь подбирать виды и количество электроламп.

Задачи исследования:

1. Изучить историю появления электрических ламп.

2. Рассмотреть их устройство и принцип действия.

3. Разобраться в схеме их подключения.

4. Изучить их физические свойства.

5. Выяснить особенности их эксплуатации.

История создания лампы накаливания.

История создания лампы накаливания — это процесс, длившийся десятилетиями, в котором участвовали десятки изобретателей. Ключевыми фигурами стали Александр Лодыгин (патент 1874 г. на угольную нить в вакууме) и Томас Эдисон (1879 г.), который создал коммерчески успешную лампу с высоким вакуумом, долговечной нитью и цоколем.

Основные этапы и ключевые фигуры:

1809–1840-е гг. (Эксперименты): Первые опыты с платиновой проволокой в вакууме проводили Уоррен де ла Рю и другие, но они были слишком дорогими и недолговечными.

1874 г. (Русский след): Александр Лодыгин запатентовал лампу с угольным стержнем, помещенным в безвоздушное пространство. Это позволило увеличить срок службы до получаса и более.

1878–1879 гг. (Конкуренция): Джозеф Суон в Британии запатентовал лампу с карбонизированной нитью.

1879–1880 гг. (Прорыв Эдисона): Томас Эдисон не изобрел лампу с нуля, но усовершенствовал ее: использовал карбонизированное бамбуковое волокно, улучшил вакуум, разработал винтовой цоколь (патрон Эдисона) и, главное, создал систему электроснабжения (генераторы, проводка).

1890-е – 1910 г. (Вольфрам): Лодыгин предложил использовать тугоплавкий вольфрам. Позже, в 1910 г., Уильям Кулидж изобрел способ промышленного производства вольфрамовой нити, а колбы стали заполнять инертным газом для повышения долговечности.

В результате, лампочка превратилась из хрупкого лабораторного эксперимента в массовый продукт, доступный для бытового освещения.

Виды ламп и их характеристики.

Лампа накаливания.

Принцип работы: при прохождении тока нить, находящаяся внутри лампы раскаляется до 2600–3000 °C и начинает светиться. Чтобы предотвратить испарение вольфрама, колбу наполняют азотом или инертными газами (криптоном, аргоном).

Преимущества: мгновенное зажигание, отсутствие токсичных компонентов, небольшие размеры, мгновенное зажигание.

Недостатки: низкий КПД (15%), хрупкость, высокое энергопотребление, короткий срок службы (около 1000 часов), чувствительность к встряске и вибрации.

Применение в жизни: лампы накаливания широко применяются в быту, прожекторах, проекционных аппаратах, автомобильных и самолётных фарах, а также для кино - фотосъёмочного и телевизионного освещения и др.

Дуговая лампа.

Дуговая лампа использует электрический разряд между двумя электродами.

Принцип работы: при соприкосновении угольных стержней часть угля испаряется, а при их раздвижении ток продолжает течь через раскалённые пары углерода, создавая дугу.

Преимущества: высокая светоотдача (до 60 Лм/Вт), пригодность для освещения больших площадей, применимость для освещения при отрицательной температуре.

Недостатки: длительный период разгорания (около 10 минут), мерцание, низкий КПД (4–7%), риск выхода из строя при чрезмерном нагреве.

Применение в жизни: дуговые ртутные лампы высокого давления (лампы ДРЛ) применяются в различных хозяйственных и промышленных сферах: для освещения улиц, дорог, парков, скверов, подсветок зданий, для работы в производственных цехах, промышленных помещениях и для оранжерей и теплиц.

Газоразрядная лампа.

Принцип работы: видимое излучение происходит вследствие электрического разряда в атмосфере газов (неон, аргон, криптон, ксенон) или пара металлов (натрий, ртуть).

Преимущества: повышенная светоотдача, экономичность, улучшенная цветопередача, долгий срок службы (до 20 000 часов).

Недостатки: мерцание, шум пускорегулирующей аппаратуры, возможное наличие вредных веществ (например, паров ртути).

Применение в жизни: чаще используются для наружного и автомобильного освещения. Они подходят для больших площадей, улучшают освещение, снижают энергопотребление на 50-80%. Такие изделия освещают рабочие места, световую рекламу, подсвечивают фасады. Применение газоразрядных ламп также подходит для общественных мест (например, школы, офисы, больницы, банки).

Таблица

Сравнение характеристик электрических ламп

	Лампа накаливания	Дуговая лампа	Газоразрядная лампа
Мощность, Вт	40-100	250	11 = 50
Срок службы, ч	1 000 – 1 200	10 000	6 000 – 8 000
Наличие вредных веществ	Отсутствует	Присутствуют	Присутствуют
Нагрев поверхности лампы	120	60	60
Прочность лампы	Очень низкая	Хрупкая	Очень низкая
Температура цвета, К	2 100 – 3 000	4 000	5 500 – 6 500
Мерцание	Есть	Есть	Есть
КПД, %	15	4 – 7	60 – 70
Яркость, Лм	700	6 000	1 000

Соответственно можно сделать следующие выводы:

Лампа накаливания — простой и дешёвый вариант для редкого использования, но неэффективна для основного освещения.

Дуговая лампа — подходит для улиц и производств, где важны мощность и устойчивость к морозу.

Газоразрядная лампа — оптимальна для экономии энергии в общественных и промышленных объектах, но требует осторожности из‑за содержания в ней ртути.

Рекомендации по выбору.

При выборе лампы стоит учитывать:

• Поток излучения (лм) – чем больше люменов, тем ярче свет.

• КПД (%) – чем выше, тем долговечнее лампочка.

• Экономический эффект.

• Площадь помещения (м²) – чем больше площадь, тем более яркой должна быть лампочка.

• Размер лампы (её длина и диаметр).

• Тип колбы (прозрачная или матовая). Прозрачная – даёт резкий свет. Направленность света более акцентирована, что формирует чёткие и контрастные тени. Матовая – рассеивает свет, преобразуя точечные лучи светодиодов в однородный мягкий свет.

• Температуру цвета (К) ­– чем больше температура, тем «холоднее» свет.

• Срок службы (ч) – чем больше часов указано, тем долговечнее лампочка.

Заключение.

Анализ трёх основных типов ламп (накаливания, дуговых и газоразрядных) показывает: нет универсального решения – выбор зависит от конкретных задач и условий эксплуатации. Грамотный подбор лампы — это баланс между начальными затратами, эксплуатационными расходами и комфортом. Ориентироваться при выборе нужно на назначение пространства и технические параметры, чтобы избежать переплат и неудобств.

Список используемых источников.

1. В.В. Мешков «Основы светотехники» // Учебное пособие для вузов Ч.1–2-е издание. 1979.

2. Ю.Б. Айзенберг «Световые приборы» // учебник для электромеханических техникумов. 1980.

3. What is an Arc Lamp? – Working Principle, Advantages, and Applications //Электронный ресурс URL:https://www.tutorialspoint.com/what-is-an-arc-lamp-working-principle-advantages-and-applications

4. Основные сведения о лампах накаливания в физике // Электронный ресурс URL: https://wika.tutoronline.ru/fizika/class/8/osnovnye-svedeniya-o-lampah-nakalivaniya-v-fizike .

5. Газоразрядная лампа: устройство, принцип работы, классификация // Электронный ресурс URL: https://www.asutpp.ru/gazorazryadnye-lampy.html

Код для цитирования: Скопировать