Учебник для 8 класса

ТЕХНОЛОГИЯ

§ 43. Люминесцентные лампы

Благодаря простым правилам эксплуатации и низкой стоимости лампы накаливания находят весьма широкое применение в бытовых осветительных приборах. Однако они начинают постепенно вытесняться люминесцентными лампами и светильниками на их основе. Это объясняется тем, что люминесцентные лампы создают сравнительно большой световой поток при относительно малом потреблении электрической энергии. Люминесцентная лампа представляет собой стеклянную трубку, из которой удалён воздух (рис. 87).

Внутренняя поверхность трубки покрыта люминофором — веществом, которое начинает светиться при облучении ультрафиолетовым светом. Трубку лампы заполняют небольшим количеством инертного газа, например аргона, и вводят капельку ртути. У каждого конца трубки смонтированы нити накала, которые являются одновременно электродами лампы. Нити накала при нагреве испускают электроны, нагревая аргон и ртуть. Под действием тепла капелька ртути испаряется и переходит в газообразное состояние. Ультрафиолетовое свечение паров ртути, имеющее слегка фиолетовый оттенок, возникает при электрическом пробое паров ртути.

Рис. 87. Конструкция люминесцентной лампы: а — вид в разрезе, б — конструкция; 1 — стеклянная трубка, 2 — нити накала, 3 — капля ртути, 4 — покрытие из люминофора, 5 — пластмассовый цоколь

Процесс пробоя паров ртути прохож на пробой воздуха при грозе, когда между заряженным облаком и землёй проскакивает поток электрических зарядов в виде молнии. В природе этот процесс кратковременен. В лампе же он поддерживается постоянно за счёт источника энергопитания и дросселя (Др) — катушки с железным сердечником. Дроссель служит как для ограничения силы тока в лампе, так и для создания дополнительного кратковременного напряжения, достаточного для эффекта пробоя. Когда ультрафиолетовое излучение падает на люминофорное покрытие, последнее начинает светиться ярким дневным светом.

Включение и выключение нитей накала в люминесцентной лампе происходит автоматически, с помощью специального пускового выключателя — стартёра. В случае отсутствия стартёра его можно заменить кнопкой или обычным выключателем (рис. 88).

Рис. 88. Схема включения люминесцентной лампы

Люминесцентные лампы работают 12 000 часов при коэффициенте полезного действия в несколько раз большем, чем у ламп накаливания. Однако люминесцентные лампы имеют более сложную систему запуска (включения).

Кроме того, с люминесцентной лампой следует обращаться с большой осторожностью, так как ртуть является опасным для жизни людей веществом. После выхода из строя люминесцентные лампы нельзя выбрасывать. Категорически запрещается разбивать трубку. Их следует утилизировать для удаления ртути на специальных пунктах утилизации.

Указанные трудности ограничивают использование люминесцентных ламп в быту, так как для их обслуживания требуется определённая квалификация. Тем не менее в последнее время отечественные и зарубежные производители стали выпускать декоративные светильники с люминесцентными лампами. Для упрощения эксплуатации в быту все дополнительные компоненты к светильнику смонтированы в едином герметизированном корпусе и не подлежат ремонту в бытовых условиях. Светильник подключается к электрической сети с помощью вилки и включается выключателем, вмонтированным в корпус, что вызывает некоторые трудности при установке светильника на большой высоте.

Неоновые лампы

Трубка неоновой лампы заполняется неоном в смеси с другими газами для получения свечения разного цвета. Чистый неон светится оранжевым цветом; добавляя к нему другие газы, можно получить синее, зелёное, красное и белое свечение. Чтобы возникло свечение, к трубке с помощью электродов от источника переменного тока подаётся высоковольтное напряжение, которое вызывает пробой в газе. Чем длиннее трубка, тем большее напряжение требуется для её зажигания. Однако небольшие неоновые лампы, используемые в устройствах индикации, например сигнальная лампочка утюга, работают от напряжения всего лишь в 110 В. Для питания неоновых рекламных надписей требуется напряжение в несколько десятков киловольт. Такое высокое напряжение для питания неоновых ламп получают с помощью повышающих трансформаторов. Схема включения неоновой лампы приведена на рисунке 89.

Рис. 89. Схема включения неоновой лампы: 1 — первичная обмотка, 2 — трансформатор, 3 — вторичная обмотка, 4 — электроды, 5 — газонаполненная трубка

Проверяем свои знания

1. На какие мощности рассчитаны стандартные газонаполненные и вакуумные лампы накаливания?
2. Чем отличается лампа накаливания от дуговой лампы?
3. Почему дуговые лампы не находят применения в быту?
4. Почему люминесцентные лампы чаще используются в общественных местах и относительно редко в домашних условиях?
5. Почему в быту чаще используются лампы накаливания?
6. Какой максимальный КПД имеют лампы накаливания?
7. Каков средний срок службы лампы накаливания?
8. Что является причиной разрыва спирали в лампах накаливания?
9. Как расходуется электроэнергия в лампе накаливания?
10. Для каких целей помимо освещения можно использовать лампы накаливания?
11. Кто изобрёл лампу накаливания и дуговую лампу?
12. Кто и как усовершенствовал лампу накаливания?
13. Почему спираль лампы накаливания изготовляют из вольфрама?
14. Каково назначение стартёра люминесцентной лампы?
15. Почему вышедшую из строя люминесцентную лампу следует утилизировать?
16. Перечислите достоинства и недостатки люминесцентных ламп и ламп накаливания.
17. Каким образом изменяется цвет свечения неоновых ламп?
18. Где используются неоновые лампы?

Практическая работа № 34

Задание. Провести энергетический аудит школы.

1. Исследуйте разные помещения школы. Оцените использование электроэнергии по потреблению света или тепла.
2. Выясните, существуют ли санитарные государственные нормы освещённости в школах и сравните их с условиями в вашей школе, классе, мастерской.
3. Выясните у завхоза школы, учителей:
   • Какие лампы применяются в разных помещениях?
   • Энергетическую эффективность типов используемых ламп.
   • Как часто остаётся невыключенным ненужное освещение в классах и подсобных помещениях?
   • Как часто меняются перегоревшие лампы?
   • В каких помещениях лампочки перегорают чаще всего? Почему?
4. Отыщите другие используемые в школе электронагревательные приборы, например электрические камины, обогреватели. Определите их мощность и продолжительность ежедневной работы.
5. Оцените состояние дверей и окон: есть ли сквозняки, установлены ли двойные рамы?
6. Свои исследования оформите в письменном виде в качестве доклада. Он должен включать конкретные данные, подтверждающие ваши выводы, и рекомендации. Ознакомьте с ними своих товарищей и учителей.
7. Аналогичную работу проделайте дома. Результаты представьте в виде письменного отчёта с рекомендациями по экономии электроэнергии в быту. Поделитесь вашими выводами с членами семьи, соседями.
8. Возьмите лампу накаливания и ознакомьтесь с её электрическими параметрами; исходя из этих параметров вычислите сопротивление нити накала, а затем измерьте его с помощью электроизмерительного прибора. Объясните, почему измеренное вами сопротивление нити накала довольно значительно отличается от рассчитанного его значения.

Это интересно

Первую электрическую лампу накаливания изобрёл в 1872 году русский инженер Александр Николаевич Лодыгин. В его лампочке электрический ток проходил по угольной нити, которая не выдерживала высокой температуры накала и взрывалась. Никак не удавалось подобрать металл, тоненькая нить которого, накаляясь, не плавилась бы. Пробовались самые редкие и самые стойкие металлы. И лишь после 20 лет поисков решил эту задачу опять-таки А.Н. Лодыгин. Нужным материалом оказался вольфрам. Теперь во всём мире из него делают нити накала для электроламп.