Разновидности газоразрядных ламп

Есть источники света, работа которых основана на использовании электрического разряда в газовой среде. Это газоразрядные лампы.

В зависимости от газовой среды и принципов, используемых для получения светового потока, эти лампочки подразделяются еще на несколько видов.

Люминесцентные лампы

После лампочек накаливания это – самые распространенные осветительные приборы. Хоть в бытовых условиях они применяются нечасто, но являются лидерами при освещении помещений производственных цехов, учебных заведений и других объектов.

Принцип работы основан на зажигании и поддержании разряда внутри стеклянной трубки с парами инертного газа, куда добавлено еще и небольшое количество ртути. Инертный газ ионизируется и является поставщиком носителей заряда: электронов и ионов. Они, бомбардируют атомы ртути, сообщая им энергию. Долго удержать ее атомы не могут, практически сразу излучая излишки в виде кванта света. Причем – в ультрафиолетовом спектре.

Для преобразования ультрафиолетового излучения в диапазон, пригодный для освещения помещений, колба изнутри покрыта люминофором. При облучении ультрафиолетом люминофор светится, но уже в другом спектре. Возможны следующие оттенки свечения:

• белый,
• дневной,
• холодно-белый,
• тепло-белый.

Наиболее приближена к солнечному лампа белого света, имеющая желтоватый оттенок. У остальных увеличивается доля синего цвета свечения.

К очевидным недостаткам люминесцентных лампочек относится пульсации света с частотой 100 Гц, что компенсируется применением полупроводниковых ПРА вместо стандартных стартеров и дросселей, применяющихся для зажигания разряда и поддержания в рабочем состоянии газового промежутка.

Разновидностью люминесцентных являются так называемые энергосберегающие лампочки. Их еще называют компактными люминесцентными (КЛЛ). Размеры минимизируются за счет сворачивания длинной трубки в сложную конструкцию, а также – за счет применения полупроводникового пускорегулирующего устройства.

Подробнее про люминисцентные лампы можно почитать здесь.

Лампы ДРЛ

В некотором роде модификацией люминесцентных лампочек являются дуговые ртутные лампы (ДРЛ). Внутри них также находятся пары аргона и ртути. Они заключены в трубку, расположенную по центру стеклянной колбы, покрытой изнутри люминофором. Рабочая температура трубки довольно высокая. Чтобы она не расплавилась, ее изготавливают из кварцевого стекла, а внутреннюю полость заполняют азотом, чтобы люминофор не пострадал.

Для зажигания ДРЛ нужно, чтобы внутри трубки, называемой «горелкой», появились свободные носители зарядов. Если у люминесцентной лампочки для этого используются нити накала, подключенные к стартеру во внешней цепи, то пусковое устройство ДРЛ уже находится внутри.

У горелки ДРЛ имеются два вида электродов: основной и поджигающий, находящиеся парами по обоим ее концам. Пока не пробит основной дуговой промежуток горелки, ток проходит через небольшое по размеру пространство между основными и поджигающими электродами и добавочные резисторы, создавая в месте пробоя тлеющий разряд. За счет этого ионизируется аргон.

Как только количество носителей заряда становится достаточным, пробивается основной промежуток горелки. Ток через него ограничивается дросселем – единственным элементом внешней цепи, оставшимся от люминесцентных ламп.

Полный разогрев ДРЛ происходит за 10–15 минут. А вот после исчезновения напряжения лампа не сможет загореться до тех пор, пока горелка не остынет и в ней не снизится давление.

Лампы имеют сине-зеленый оттенок свечения, яркость очень высока, поэтому их применение ограничено наружным освещением и производственными помещениями с высокими потолками. Свет от них имеет ярко выраженные пульсации с частотой сети. Для их снижения при освещении производственных зон светильники равномерно распределяются по фазам сети питания.

Лампы ДНаТ

Похожую на ДРЛ конструкцию имеют и натриевые лампы. Сокращенное ее название – лампа ДНаТ (дуговая натриевая трубчатая). Ее излучение создают пары натрия, разогретые до высокой температуры, а не ртуть. Хотя она тоже присутствует в составе наряду с небольшим количеством ксенона, служащего для облегчения процесса запуска.

Вся эта смесь помещена внутрь кварцевой трубки, также называемой горелкой. Ее концы соединены с цоколем и герметизированы тугоплавким материалом – ниобием. Между трубкой и колбой лампы создан глубокий вакуум, чтобы снизить потери тепла.

Разогретый до большой температуры натрий, да еще и находящийся под давлением, излучает в ярко выраженном желтом свете. Для запуска лампочке необходим импульс высокого напряжения, создающийся при совместной работе импульсного зажигающего устройства (ИЗУ) и дросселя.

Используются эти лампочки при освещении дорог, городских улиц и промышленных предприятий. Из-за преобладания желтого света в спектре натриевая лампа максимально пригодна для работы в тепличном хозяйстве.

Лампы кварцевые

Еще одно направление для использования светящихся разрядов в среде газа – кварцевые лампы для дезинфекции помещения. Принцип их действия также основан на разряде в трубке из кварца, содержащей ртуть. Только теперь ультрафиолет не нужно преобразовывать, он является полезным излучением. Поэтому внутреннее люминофорное покрытие колбы отсутствует.

Ультрафиолетовая лампа при работе убивает бактерии и прочие микроорганизмы, разрушая их ДНК, или затормаживает их активность. Это свойство активно используется для обеззараживания помещений как медицинских, так и общественных, даже бытовых.

Обычная лампа для кварцевания (так сокращенно в медицинской среде принято называть процесс обработки помещений ультрафиолетом), помимо всего прочего, еще и способствует образованию озона. Так как он в больших концентрациях становится вреден, то после обработки помещение требует проветривания.

Но существуют ультрафиолетовые бактерицидные лампы, трубки которых сделаны из специального увиолевого стекла, не пропускающего длины волн, способствующих образованию озона. Их и называют «безозоновыми».

Лампы для защиты от насекомых

Еще одно применение для ультрафиолетового излучения – инсектицидные лампы. Принцип работы прибора основан на повышенном внимании насекомых к ультрафиолету: их к нему тянет. Лампа инсектицидная выполняет роль приманки. На подлете к ней насекомых поджидает неприятный сюрприз: сетка, находящаяся под напряжением.

Безэлектродные лампы

Лампа может быть газоразрядной и без электродов, между которыми происходит образование плазмы. Этот процесс можно запустить и бесконтактным способом. На этом принципе работают индукционные лампы.

Поскольку внутри баллона с газом отсутствуют металлические детали, срок службы изделия увеличивается. Разряд получается за счет ионизации газа мощным электромагнитным полем катушки индуктивности.

Лампы импульсные

Есть устройства, задача которых – выдать кратковременный световой импульс. Они используются в профессиональной фотографии и называются вспышками.

Основным элементом такого устройства является импульсная лампа. Для ее работы требуется подвести кратковременный высоковольтный импульс от мощного источника. Обычно в его роли выступает заранее заряженный конденсатор.

Лампы неоновые

Неоновые лампы – это небольшие по габаритам лампочки, применяющиеся в основном в устройствах индикации. Название пошло от газа неона, который находится в их стеклянной колбе. Оно стало нарицательным, хотя вместо него иногда применяются и другие инертные газы.

Светящийся разряд возникает сам собой, из дополнительных устройств имеется только небольшой резистор, ограничивающий ток. Ток настолько мал, что лампочка с успехом используется в однополюсных индикаторах напряжения.

Вот так многообразно используется способность некоторых газов ионизироваться и излучать свет. Но это не предел. Возможно, в скором времени будут изобретены новые способы, чтобы извлечь пользу от светящейся плазмы.