Электрический свет - Electric light

Включены лампы накаливания (слева) и люминесцентные (справа)

An электрический свет это устройство, которое производит видимый свет из электрический ток. Это наиболее распространенная форма искусственного освещение и имеет важное значение для современного общества,^[1] обеспечение внутреннего освещения зданий и внешнего освещения для вечерних и ночных мероприятий. В техническом использовании сменный компонент, излучающий свет от электричества, называется напольная лампа.^[2] Лампы обычно называют лампочки; например, лампа накаливания.^[3] Лампы обычно имеют основание из керамика, металл, стекло или пластик, который фиксирует лампу в патроне Светильник. Электрическое подключение к розетке может быть выполнено с помощью резьбового основания, двух металлических штифтов, двух металлических заглушек или крышка штыка.

Три основных категории электрического освещения - это лампы накаливания, которые излучают свет за счет нить раскаленный добела электрическим током, газоразрядные лампы, которые излучают свет с помощью электрическая дуга через газ, и Светодиодные лампы, которые производят свет потоком электронов через запрещенная зона в полупроводник.

До того, как электрическое освещение стало обычным явлением в начале 20 века, люди использовали свечи, газовые фонари, масляные лампы, и пожары.^[4] Английский химик Хэмфри Дэви разработал первый лампа накаливания в 1802 году, за которым последовал первый практический электрический дуговая лампа в 1806 году. К 1870-м годам дуговая лампа Дэви была успешно коммерциализирована и использовалась для освещения многих общественных мест.^[5] Усилия Свана и Эдисонледа, направленные на то, чтобы коммерческие лампы накаливания стали широко доступны в 1880-х годах, а к началу двадцатого века они полностью заменили дуговые лампы.^[1]^[4]

Энергетическая эффективность электрического освещения радикально выросла с момента первой демонстрации дуговых ламп и ламп накаливания в 19 веке. Современные электрические источники света бывают разных типов и размеров, адаптированных для многих приложений. Большинство современного электрического освещения питается от централизованно генерируемой электроэнергии, но освещение также может работать от мобильных или резервных электрических генераторов или аккумуляторных систем. Аккумулятор -сильный свет часто резервируется для случаев, когда стационарные фонари выходят из строя, часто в виде фонарики или электрический фонари, а также в транспортных средствах.

Типы

Проверка долговечности и яркости электрического света

Виды электрический Освещение включает:

Лампа накаливания, нагретая нить накала внутри стеклянной оболочки
- Галогенные лампы лампы накаливания, использующие плавленый кварц оболочка заполнена галогеном
Светодиодная лампа, твердотельная лампа, использующая светодиоды (Светодиоды) как источник света
Дуговая лампа
- Ксеноновая дуговая лампа
- Ртутно-ксеноновая дуговая лампа
- Лампа сверхвысокого качества, дуговая лампа на парах ртути сверхвысокого давления для использования в кинопроекторы
- Металлогалогенная лампа
Газоразрядная лампа, источник света, который генерирует свет, посылая электрический разряд через ионизированный газ
- Флюоресцентная лампа
  - Компактная люминесцентная лампа, люминесцентная лампа, предназначенная для замены лампы накаливания.
- Неоновая лампа
- Лампа ртутно-паровая
- Натриевая лампа
- Серная лампа
- Безэлектродная лампа, газоразрядная лампа, в которой энергия передается снаружи от колбы внутрь посредством электромагнитных полей.

У разных типов огней очень разные эффективность и цвет света.^[6]

Имя	Оптический спектр	Номинальный эффективность (lm /W )	Продолжительность жизни (MTTF ) (часы)	Цветовая температура (кельвин )	Цвет	Цвет рендеринг индекс
Лампа накаливания	Непрерывный	4–17	2–20,000	2,400–3,400	Теплый белый (желтоватый)	100
Галогенная лампа	Непрерывный	16–23	3,000–6,000	3,200	Теплый белый (желтоватый)	100
Флюоресцентная лампа	Меркурий линия + Люминофор	52–100 (белый)	8,000–20,000	2,700–5,000^*	Доступен белый (разная цветовая температура), а также насыщенные цвета	15–85
Металлогалогенная лампа	Квазинепрерывный	50–115	6,000–20,000	3,000–4,500	Холодный белый	65–93
Серная лампа	Непрерывный	80–110	15,000–20,000	6,000	Бледно-зеленый	79
Натрий высокого давления	Широкополосный	55–140	10,000–40,000	1,800–2,200^*	Розовато-оранжевый	0–70
Натрий низкого давления	Узкая линия	100–200	18,000–20,000	1,800^*	Желтый, без цветопередачи	0
Светодиодная лампа	Линия плюс люминофор	10–110 (белый)	50,000–100,000	Различный белый от 2700 до 6000^*	Различная цветовая температура, а также насыщенные цвета	70–85 (белый)
Безэлектродная лампа	Меркурий линия + Люминофор	70–90 (белый)	80,000–100,000	Различный белый от 2700 до 6000^*	Различная цветовая температура, а также насыщенные цвета	70–85 (белый)

^*Цветовая температура определяется как температура черное тело излучение аналогичного спектра; эти спектры сильно отличаются от спектров черных тел.

Самый эффективный источник электрического света - натриевая лампа низкого давления. Он производит для всех практических целей монохромный оранжево-желтый свет, который дает одинаково монохроматическое восприятие любой освещенной сцены. По этой причине он обычно используется для наружного освещения. Астрономы предпочитают использовать натриевые лампы низкого давления для общественного освещения, так как световое загрязнение которые они генерируют, можно легко фильтровать, в отличие от широкополосных или непрерывных спектров.

Лампа накаливания

Табличка с инструкцией по использованию лампочек

Планшет в Церковь Святого Иоанна Крестителя, Хэгли в память об установке электрического освещения в 1934 году.

Современная лампа накаливания со спиральной вольфрамовой нитью, коммерциализированная в 1920-х годах, была разработана на основе угольной лампы накаливания, появившейся около 1880 года.

Менее 3% входной энергии преобразуется в полезный свет. Практически вся потребляемая энергия превращается в тепло, которое в теплом климате необходимо отводить из здания с помощью вентиляция или же кондиционер, что часто приводит к увеличению потребления энергии. В более холодном климате, где отопление и освещение требуется в холодные и темные зимние месяцы, побочный продукт тепла имеет определенную ценность. Лампы накаливания прекращено во многих странах из-за их низкой энергоэффективности.

Помимо ламп для нормального освещения, существует очень широкий спектр ламп, в том числе низковольтные и маломощные лампы, которые часто используются в качестве компонентов в оборудовании, но теперь в значительной степени заменены светодиодами.

Галогенная лампа

Галогенные лампы обычно намного меньше стандартных ламп накаливания, поскольку для успешной работы обычно требуется температура колбы более 200 ° C. По этой причине у большинства есть колба из плавленого кварца (кварца) или алюмосиликатного стекла. Часто его герметизируют дополнительным слоем стекла. Наружное стекло является мерой предосторожности, чтобы уменьшить излучение ультрафиолета и удерживать горячие стеклянные осколки, если внутренняя оболочка взорвется во время работы. Маслянистый остаток от отпечатки пальцев может привести к расколу горячего кварцевого конверта из-за чрезмерного тепловыделения в месте загрязнения. Риск ожогов или пожара также выше при использовании голых лампочек, что приводит к их запрещению в некоторых местах, если только они не закрыты светильником.

Те, которые рассчитаны на работу от 12 или 24 В, имеют компактные нити накала, полезные для хорошего оптического контроля. Кроме того, они имеют более высокую эффективность (люмен на ватт) и лучший срок службы, чем негалогенные типы. Световой поток остается практически постоянным на протяжении всего срока службы.

Флюоресцентная лампа

Сверху две компактные люминесцентные лампы. Внизу две люминесцентные лампы. Спичка слева показана для масштаба.

Флюоресцентные лампы состоят из стеклянной трубки, содержащей пары ртути или аргона под низким давлением. Электричество, протекающее по трубке, заставляет газы выделять ультрафиолетовую энергию. Внутренняя часть трубок покрыта люминофор которые испускают видимый свет при воздействии ультрафиолета фотоны.^[7] У них намного более высокий КПД, чем у ламп накаливания. Для того же количества генерируемого света они обычно используют от четверти до одной трети мощности лампы накаливания. Типичный световая отдача люминесцентных осветительных систем составляет 50–100 люмен на ватт, что в несколько раз превышает эффективность ламп накаливания при сопоставимой светоотдаче. Светильники люминесцентных ламп дороже, чем лампы накаливания, потому что они требуют балласт регулировать Текущий через лампу, но более низкая стоимость энергии обычно компенсирует более высокую начальную стоимость. Компактные люминесцентные лампы доступны в тех же популярных размерах, что и лампы накаливания, и используются в качестве сохранение энергии альтернатива в домах. Поскольку они содержат ртуть, многие люминесцентные лампы классифицируются как опасные отходы. В Агентство по охране окружающей среды США рекомендует отделять люминесцентные лампы от обычных отходов для переработка отходов или безопасная утилизация, а в некоторых юрисдикциях требуется их переработка.^[8]

Светодиодная лампа

Светодиодная лампа с E27 Эдисон винт основание

Твердотельный светодиод (LED) был популярен как индикатор в бытовая электроника и профессиональное звуковое оборудование с 1970-х годов. В 2000-х годах эффективность и производительность выросли до такой степени, что светодиоды теперь используются в осветительных приборах, таких как автомобильные фары и стоп-сигналы, в фонариках и велосипедных фарах, а также в декоративных целях, например, в праздничном освещении. Светодиодные индикаторы известны своим чрезвычайно долгим сроком службы, до 100 000 часов, но светодиоды работают гораздо менее консервативно и, следовательно, имеют более короткий срок службы. Светодиодная технология полезна для дизайнеров освещения из-за ее низкого энергопотребления, низкого тепловыделения, мгновенного управления включением / выключением, а в случае одноцветных светодиодов - непрерывности цвета на протяжении всего срока службы диода и относительно низкой стоимости производства. Срок службы светодиода сильно зависит от температуры диода. Эксплуатация светодиодной лампы в условиях, повышающих внутреннюю температуру, может значительно сократить срок ее службы.

Угольная дуговая лампа

15 кВт ксеноновая лампа с короткой дугой используется в IMAX проекционная система.

А Меркурий дуговая лампа из флуоресцентный микроскоп.

Угольные дуговые лампы состоят из двух угольных стержней электроды на открытом воздухе, питаемый от токоограничивающего балласт. В электрическая дуга ударяется, касаясь кончиков стержней, а затем разделяя их. Возникающая дуга вызывает раскаленную добела плазма между наконечниками стержней. Эти лампы имеют более высокий КПД, чем лампы накаливания, но угольные стержни недолговечны и требуют постоянной регулировки при использовании, так как сильное тепло дуги разрушает их. Лампы производят значительные ультрафиолетовый выходя, они требуют вентиляции при использовании в помещении, и из-за их интенсивности они нуждаются в защите от прямого взгляда.

Изобретенный Хэмфри Дэви около 1805 года угольная дуга стала первым практическим электрическим светом. Он использовался в коммерческих целях, начиная с 1870-х годов для освещения больших зданий и улиц, пока не был заменен в начале 20 века лампами накаливания. Угольные дуговые лампы работают с высокой мощностью и излучают белый свет высокой интенсивности. Они также являются точечным источником света. Они по-прежнему использовались в ограниченных приложениях, требующих этих свойств, таких как кинопроекторы, сценическое освещение, и прожекторы до окончания Второй мировой войны.

Газоразрядная лампа

Газоразрядная лампа имеет стеклянную или кремнеземную оболочку, содержащую два металлических электроды разделены газом. Используемые газы включают, неон, аргон, ксенон, натрий, галогенид металла, и Меркурий. Основной принцип работы такой же, как и у угольной дуговой лампы, но термин «дуговая лампа» обычно относится к угольным дуговым лампам, а более современные типы газоразрядных ламп обычно называются газоразрядными. В некоторых газоразрядных лампах для зажигания дуги используется очень высокое напряжение. Для этого требуется электрическая цепь, называемая воспламенителем, которая является частью электрический балласт схема. После зажигания дуги внутреннее сопротивление лампы падает до низкого уровня, и балласт ограничивает ток до рабочего. Без балласта будет течь избыточный ток, что приведет к быстрому разрушению лампы.

Некоторые типы ламп содержат немного неона, который позволяет зажигать при нормальном рабочем напряжении без внешней схемы зажигания. Натриевые лампы низкого давления действуйте таким образом. Самые простые балласты - это просто индуктор, и их выбирают там, где решающим фактором является стоимость, например, при уличном освещении. Более совершенные электронные балласты могут быть разработаны для поддержания постоянной светоотдачи в течение всего срока службы лампы, могут приводить лампу в движение прямоугольной волной для обеспечения полного отсутствия мерцания на выходе и отключаться в случае определенных неисправностей.

Форм-факторы

Для многих ламповых блоков или лампочек указаны стандартные коды формы и названия патронов. Лампы накаливания и их модернизированные замены часто обозначаются как "A19 / A60 E26 / E27 ", стандартный размер для таких лампочек. В этом примере параметры" A "описывают размер и форму лампы, а параметры" E "описывают размер основания винта Эдисона и характеристики резьбы.

Ожидаемый срок службы лампы

Ожидаемый срок службы для многих типов ламп определяется как количество часов работы, при котором 50% из них выходят из строя, то есть медиана жизнь ламп. Производственные допуски, составляющие всего 1%, могут привести к разбросу срока службы лампы на 25%, поэтому, как правило, некоторые лампы выходят из строя намного раньше номинального срока службы, а некоторые прослужат гораздо дольше. Для светодиодов срок службы лампы определяется как время работы, при котором 50% ламп испытали снижение светоотдачи на 70%.

Некоторые типы ламп также чувствительны к циклам переключения. В помещениях с частым переключением, таких как ванные комнаты, срок службы лампы может быть меньше, чем указано на коробке. Компактные люминесцентные лампы особенно чувствительны к циклам переключения.

Общественное освещение

Общее количество искусственного света (особенно от уличный фонарь ) достаточно для того, чтобы города были хорошо видны ночью с воздуха и из космоса. Этот свет - источник световое загрязнение это бремя астрономы и другие.

На этом составном изображении, сделанном в октябре 2012 года, искусственные огни выделяют особо развитые или населенные районы поверхности Земли, включая побережья Европы, востока Соединенных Штатов, Индии, Японии и Южной Кореи.

Использование кроме освещения

Прозрачная стеклянная лампочка мощностью 60 Вт

Электрические лампы можно использовать в качестве источников тепла, например, в инкубаторы, так как инфракрасные лампы в быстрое питание рестораны и игрушки, такие как Kenner Духовка Easy-Bake.

Из-за своих нелинейных характеристик сопротивления вольфрамовые лампы накаливания долгое время использовались как быстродействующие. термисторы в электронных схемах. Популярные виды использования включают:

Стабилизация синусоидальных генераторов
Защита твитеры в корпуса громкоговорителей; избыточный ток, который слишком велик для твитера, освещает свет, а не разрушает твитер.
Автоматическая регулировка громкости в телефонах

Стилизованное изображение лампочки является логотипом турецкой Партия АК.^[9]^[10]

Условные обозначения схем

В принципиальные схемы лампы обычно обозначаются символами. Есть два основных типа символов, это:

Крест в круге обычно обозначает лампу как индикатор. (ANSI / IEEE Std 315A-1986)
Полукруглая вмятина в круге, которая обычно представляет лампу как источник света или освещения.