Разновидности ламп

Практически половина производимого электричества используется для освещения. Чтобы преобразовать напряженность электромагнитных полей в видимое излучение, применяются светотехнические приборы, которые в общем употреблении называются лампами или лампочками, без уточнения принципа их действия. Конструкция одних практически не изменилась за сто лет, прошедших с момента их изобретения. Другие появились только в последние годы и являются результатом применения инновационных технологий. Давайте разберемся, какие виды ламп сегодня предлагаются электротехнической промышленностью, в чем их отличия, достоинства и недостатки.

Как возникает видимое излучение

Известно три способа преобразования электрического тока в видимое излучение. Типы ламп различаются именно по этому признаку.

1. Свечение за счет нагрева, порожденного высоким электрическим сопротивлением проводника.
2. Свет, возникающий в результате пробоя среды при ее малом сопротивлении – так называемая электрическая дуга.
3. Испускание частиц света – фотонов – при переходе заряженных частиц между средами с разными электрическими потенциалами.

Нагрев проводников происходит в лампах накаливания, светящимся элементом которых в начале прошлого века был угольный стержень (конструкция Лодыгина), а в последующем – вольфрамовая нить (Лодыгин, Эдисон). Для защиты от чрезмерно быстрого окисления – сгорания в атмосфере кислорода – нагревающийся элемент помещают в стеклянную колбу, в которой создают вакуум или закачивают смесь инертного газа и веществами из химического ряда галогенов.

Эффект пробоя среды используется в газоразрядных лампах. Их прообразом была так называемая свеча Яблочкова, в которой электрическая дуга возникала между двух открытых угольных электродов. В последующем, для увеличения стабильности горения газа, их стали заключать в стеклянную колбу и закачивать в них разные газообразные среды, которые начинали излучать электроны в видимой или невидимой части спектра при прохождении через них тока большой силы. Виды ламп такого типа отличаются химическим составом газа и давлением в колбе.

• Люминесцентные. Закачаны пары ртути. Давление низкое. Свечение возникает при бомбардировке люминофора, нанесенного на стенки колбы, электронами из возбужденного током пробоя газа.
• Натриевые. Бывают высокого и низкого давления. Первые имеют более широкий спектр излучения.
• Металлогалогенные, в которые закачан инертный газ, содержащий пары, например, йодида натрия. Давление в колбе высокое.

Эффект свечения при пропускании электрического тока через сплавы редкоземельных металлов (полупроводники) был зафиксирован еще сто лет назад. Но только в наше время на их основе удалось создать приборы, не уступающие по силе светового потока первым двум. Это так называемые светодиодные лампы.

Сравниваем и оцениваем

Сравнение ламп разных конструкций стоит проводить по следующим критериям:

• Энергетическая эффективность.
• Эргономика.
• Экономическая целесообразность.
• Экологическая безопасность.

Энергетическая эффективность

Мощность лампы накаливания напрямую определяет силу излучаемого ею светового потока, измеряемого в люменах. Чем больше ватт вы к ней приложите, тем ярче она будет светить. Ограничение лишь в том, что после достижения нитью температуры плавления вольфрама она сгорает. У газоразрядных ламп интенсивность свечения зависит не только от силы тока, но и от электрохимической активности среды. Световой поток светодиода зависит только от химических свойств материала, из которого он сделан. В большей степени – от его химической чистоты.

Сравнительная таблица эффективности использования энергии приведена ниже.

Поскольку привычка оценивать эффективность светотехнического прибора по силе светового потока еще не укоренилась, сейчас на упаковках пишут сравнительное значение с лампой накаливания, что облегчает ориентацию.

Эргономика

Сейчас характеристики ламп содержат сведения о цветовой температуре, измеряемой по шкале Кельвина. Суть ее в том, что при абсолютном нуле (– 273 ⁰С) тело не излучает света. Оно появляется при 1800 ⁰К, что соответствует цвету пламени свечи или костра. По мере повышения температуры спектр свечения смещается от красных тонов к белым и синим. Психологически первые воспринимаются как теплые, а вторые – холодные (снег, лед, вода).

Противоречие между физикой и лирикой заключается в том, что свет лампы накаливания с температурой в 3000 ⁰К считается теплым, а люминесцентной в 4800 ⁰К – холодным. Предел физиологического комфорта для глаза человека наступает при температуре цвета в 5000 ⁰К – белое полуденное солнце. Поэтому газоразрядные и светодиодные лампы, которые имеют цветовую температуру не ниже 4800 ⁰К, не вполне подходят для использования в жилых помещениях.

Скрытое мерцание источника света у ламп накаливания при хорошем качестве электропитания отсутствует. А у люминесцентных оно есть всегда, что обусловлено особенностью конструкции. Например, зажигание газовой смеси производится пусковой аппаратурой старого образца при каждом максимуме синусоиды напряжения, то есть, с частотой 100 Гц.

Установка электронной схемы, работающей на частоте 36 кГц, решает проблему только в том случае, если производитель не экономит на емкости выходного конденсатора, но это можно установить только опытным путем. Мерцают и светодиодные лампы, поскольку они снабжены блоками питания, преобразующими переменное напряжение в постоянное. Если эти драйверы некачественные и напряжение на их выходе пульсирует, то моргают и лампы. Прерывистость светового потока не всегда заметна, но она сильно портит зрение, утомляет и снижает работоспособность.

Светотехнические приборы с нитью накаливания легко управляются: силу свечения можно менять в широких пределах, изменяя величину питающего напряжения, они без проблем сопрягаются с датчиками движения. Газоразрядные приборы не выдерживают частого включения-выключения, поэтому их нельзя включать в паре с датчиками движения.

В крайнем случае вам придется устанавливать параллельно чувствительному элементу механический выключатель. Кроме того, большинство моделей люминесцентных «экономок» не поддерживают диммирования, а установленная в выключателях подсветка провоцирует их кратковременный запуск. Если вы приобретаете светодиодный источник света с резьбовым цоколем Е27, то так же не сможете им управлять, если об этом не сказано в его инструкции по эксплуатации.

Экономическая целесообразность

Первые лампы Эдисона перегорали через сорок часов. И это было очень разорительно. Современные лампы накаливания имеют «моторесурс», равный 1 тыс. часов. У люминесцентных он обозначен пределом в 20, а у светодиодных – 30 тысяч часов. На практике все гораздо хуже – срок службы ламп не более 15 тыс. часов, поскольку пусковая аппаратура инновационных источников света зачастую менее работоспособна, чем они сами. Учитывая, что светодиодный или люминесцентный прибор дороже лампы накаливания в 3–4 раза, выгода от их приобретения становится уже не столь очевидной.

Экологичность

Лампа накаливания имеет в своем составе минимум веществ, способных повредить окружающей среде. На нее она влияет опосредованно – требуется произвести большее количество электроэнергии, а потому и уровень выбросов вредных веществ в атмосферу довольно высок.

Люминесцентные экономки содержат ртуть и их опасность не оспаривается никем. Светодиодные приборы, казалось бы, самые экологически чистые, поскольку потребляют меньше всего энергии. Производство и тех и других связано с чрезвычайно высоким уровнем загрязнения, а большинство отходов крайне токсичны.

Итог

Современные светодиодные источники света экономичны и безопасны. Хочется чтобы они стали более совершенными и, что немаловажно, подешевели. Это вопрос времени.

Применения люминесцентных ламп дома следует по возможности избегать. Они чувствительны к качеству питающего электричества, мерцают и портят зрение. Они потенциально опасны, поскольку содержат ртуть. При этом их цена в два — три раза выше, чем безопасных накальных.

Учитывая, что лампы с нитью накаливания дешевы, легко управляются и не оказывают вредного влияния на зрение, можно смириться с их энергетической неэффективностью. Причислять их к техническим анахронизмам явно рано.