Разновидности ламп

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.

Лампа накаливанияНагрев 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.

Газоразрядные лампы

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.

Сила светового потока ламп

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).

Цветовая температура ламп

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.