Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

СРЕДНЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОЛЛЕДЖ»
Факультет дизайн одежды
Доклад

Тема: «Источники света. Лампы накаливания»
                                                                            Выполнил: ст. гр. 405

                                                            Быкова Н.О.

                                                                                      Проверил: Темелеску И.Ю.
Оренбург 2010

1. Лампы накаливания. Общие положения

Электрический свет интернационален по месту своего рождения. В его открытии и создании участвовали выдающиеся учёные и изобретатели из многих стран мира. Первый этап разработки электрических источников света благодаря открытиям и изобретениям Деви, Вольта, Петрова, Мольена, Габела, Адамаса, Шпренгеля, Ладыгина, Яблочкова, Дедриксона и других завершился в 1879г. созданием Эдисоном лампы накаливания в привычном для нас конструктивном виде. Первые публичные установки электрического освещения появились в конце19 века в странах Западной Европы, в Америке и России.

Чем лампы отличаются друг от друга

Нас интересует целый ряд параметров ламп, определяющих, насколько они применимы в том или ином проекте (как говорят светотехники, в осветительной установке). Во-первых, это характеристики, определяющие количество света, которое дает та или иная лампа. Прежде всего, это световой поток в люменах, значение которого всегда приводится в каталогах. Например, установленная в люстре лампа накаливания мощностью 100 Вт может иметь световой поток в 1200 Лм, 35-ваттная «галогенка» — 600 Лм, а натриевая лампа мощностью 400 Вт в светильнике, освещающем проезжую часть — 48 000 Лм. Легко заметить, что разные типы ламп имеют разную световую отдачу, определяющую эффективность преобразования электрической энергии в свет и, следовательно, разную экономическую эффективность применения.

Несколько слов о световой отдаче

Световую отдачу лампы измеряют в Лм/Вт (светотехники говорят «люменов с ватта», имея в виду, что каждый ватт потребленной электроэнергии «преобразуется» в некоторое количество люменов светового потока). Это наиболее важный параметр лампы с точки зрения энергосбережения, и прогресс источников света — это в большой степени увеличение световой отдачи, ее приближение к теоретическим пределам. Эти пределы, то есть максимальные значения световой отдачи при «идеальном» преобразовании электроэнергии в свет, можно оценить для разных типов ламп. Для этого нужно вспомнить соотношение между воспринимаемым человеческим глазом светом (система световых величин, в том числе и световой поток, измеряемый в люменах) и мощностью излучения (измеряется, как и положено мощности, в ваттах). Это соотношение, или, попросту, чувствительность среднестатистического человеческого глаза, зависит от длины волны излучения и имеет максимум в желто-зеленой части спектра (555 нм).

График такой зависимости — хорошо знакомая каждому светотехнику «кривая видности» — определяет, сколько люменов «видимого света» несет в себе каждый ватт лучистой энергии монохроматического («одноцветного») излучения той или иной длины волны. При идеальном (без потерь) преобразовании электроэнергии в свет кривая видности как раз и покажет максимальную световую отдачу источника света заданного цвета излучения. Так, для 555 нм мы получим «абсолютный рекорд» световой эффективности — 683 Лм/Вт, а, скажем, для 630 Нм (красный цвет) — всего 180 Лм/Вт. Лампы, дающие белый свет, представляющий собой смесь разных излучений, могут иметь разный спектр: линейчатый, полосатый, сплошной. В зависимости от спектра максимально возможная световая отдача может быть разной.

Перераспределение потоков

Итак, мы определились с требуемыми энергетическими и спектральными характеристиками лампы, обеспечив нужное количество и качество света. Оказывается, это далеко не все. Нашей целью является создание зрительного образа, световой сцены, попросту говоря, «картинки», и для того, чтобы эта «картинка» отражала наши художественные идеи, нужно организовать правильное распределение света в пространстве. Конечно, львиную долю работы здесь выполняют не лампы, а осветительные приборы, ответственные за перераспределение светового потока, а также выбор приема освещения. Однако сам источник света тоже играет далеко не последнюю роль. Прежде всего, важен размер тела свечения (нити накала, горелки и т.д.). Точечный источник дает резкий, акцентирующий свет, подчеркивает фактуру поверхностей, создает «драматические» контрасты. Чем меньше тело свечения, тем легче использовать вторичную оптику — отражатели и линзы, чтобы добиться точного перераспределения светового потока в пространстве, например, сфокусировав свет в узкий луч. В свою очередь, лампы с большой поверхностью свечения (например, люминесцентные), создают прямо противоположный световой эффект. «Мягкий» свет — это смягчение контрастов, нечеткие тени, часто приятная и уютная картинка, которая, однако, может быть невыразительной. Соответственно, такой свет трудно сфокусировать, поэтому люминесцентные лампы, как правило, не используются для прожекторов.

Эксплуатация — это серьезно

Лампы перегорают. Кроме того, световой поток лампы уменьшается в процессе работы. Срок службы — важнейший эксплуатационный параметр ламп — отражает оба этих неприятных факта: различают полный (пока не перегорит) и полезный (пока световой поток не упадет ниже определенного предела) срок службы. Проектируя световое решение, нельзя забывать о дальнейшей эксплуатации осветительной установки, в частности, о замене ламп. Частая замена ламп в труднодоступных местах может превратить эксплуатацию в кошмар; еще худший вариант — длительная работа установки с перегоревшими лампами, разрушающими световой образ, что очень актуально для установок наружного архитектурного освещения. Современные источники света сильно отличаются по сроку службы. Абсолютным лидером здесь являются светодиоды: лампу накаливания пришлось поменять более 100 раз, а светодиоды горят и горят...

Сколько нужно ламп, чтобы осветить мир?

Источники света — один из самых массовых товаров, производимых человеком. Ежегодно производится и потребляется несколько миллиардов ламп, львиную долю которых пока составляют лампы накаливания. Стремительно растет потребление современных ламп — компактных люминесцентных, натриевых, металлогалогенных. Заманчивые перспективы в энергосбережении, да и в дизайне осветительных остановок обещают ультрасовременные светодиоды. Происходящие качественные изменения позволяют надеяться, что источники света в новом тысячелетии станут важным инструментом архитектора, проектировщика, просто творческого человека — главного действующего лица наступающей эпохи дизайна.

2. Лампы накаливания. Принцип действия.

По особенностям устройства и принципа действия лампы накаливания, применяемые для целей освещения можно разбить на 2 большие группы: общего применения (обычные лампы в традиционном исполнении) и галогенные лампы накаливания. Устройство ламп, в принципе осталось таким же, как предложил Эдисон. Для повышения температуры тела накала и снижения его скорости распыления (это основные способы увеличения световой отдачи и срока службы ламп накаливания) вместо угольной нити в современных лампах используется спиральная или биспиральная (спираль из спирали) вольфрамовая проволока и в подавляющем большинстве типов ламп вместо вакуума применяется инертный газ: аргон или криптон. Появился также класс ламп с зеркальным отражателем, т.е. лампы светильники. Лампы очень чувствительны к колебаниям напряжения в сети: при перенапряжении резко снижается срок службы, а недостаточное напряжение ведёт к непропорционально большой потере светового потока (хотя срок службы при этом возрастает). Нормальная работа ламп обеспечивается при колебаниях напряжения не более чем на 5 %. За более чем 120-летнюю историю ламп накаливания их было создано огромное множество — от миниатюрных ламп для карманного фонарика до полукиловаттных прожекторных. Типичная для ЛН световая отдача 10-15 Лм/Вт выглядит очень неубедительно на фоне рекордных достижений ламп других типов. ЛН в большей степени нагреватели, чем осветители: львиная доля питающей нить накала электроэнергии превращается не в свет, а в тепло. В связи с этим сплошной спектр лампы накаливания имеет максимум в инфракрасной области и плавно спадает с уменьшением длины волны. Такой спектр определяет теплый тон излучения (Тцв=2400-2700 К) при отличной цветопередаче (Ra=100). Для сетей с постоянным перенапряжением в России выпускаются лампы с маркировкой 230-240В. Лампы накаливания одинаково хорошо работают на переменном и постоянном токе.

Срок службы ЛН, как правило, не превышает 1000 часов, что, по временным меркам, очень немного. При работе в среднем 8 ч в день лампа живёт обычно 3-5 месяцев.
 Что же заставляет людей покупать (15 млрд в год!) столь неэффективные и недолговечные источники света? Кроме силы привычки и крайне низкой начальной цены (что, кстати, совершенно не означает, что применение ЛН экономически эффективно), причина этого в том, что существует огромный выбор декоративных типов стеклянных колб ЛН. В люстрах и бра их декоративная форма (свеча, шар, витая свеча, рифленая свеча) может выгодно дополнять конструкцию светильника.

Отличить лучшую по энергоэкономичности лампу можно по её белому излучению.Лампы накаливания – традиционный источник света в помещениях жилых и общественных зданий. Они создают неповторимую обстановку праздничности или уюта и применяются во всех случаях, когда это необходимо по условиям дизайна. В функциональном отношении они очень эффективны при освещении картин и других нестойких к воздействию света экспонатов. Их невысокий срок службы и световая отдача бывают не столь важны в помещениях с кратковременным пребыванием людей и при низких нормированных значениях освещённости.

3. Типы ламп накаливания

Основными типами ламп накаливания являются лампы общего назначения, лампы специального назначения, декоративные лампы и лампы с отражателем.

Промышленностью выпускаются различные типы ламп накаливания, отличающиеся номинальными значениями мощности и напряжения, размерами, формой колб, материалом и размером цоколей и т. д.

В обозначении ламп накаливания буквы означают:

1. В — вакуумная;
2. Г — газонаполненная;
3. Б — биспиральная;
4. БК — биспиральная криптоновая;
5. ДБ — диффузная (с матовым отражательным слоем внутри колбы);
6. МО — местного освещения и т. д.

Следующая за буквой цифра означает напряжение питания, а вторая — мощность лампы в ваттах. Зеркальные лампы выпускаются концентрированного светораспределения (ЗК), среднего (ЗС), широкого (ЗШ), зеркальные из ниодимового стекла концентрированного или широкого светораспределения — ЗКН, ЗШН. Зеркальные лампы предназначены для освещения высоких помещений и открытых пространств, декоративного освещения. Ниодимовые лампы используются там, где необходимо высокое качество цветопередачи.

Декоративные специальные лампы (Д) могут излучать белые (БЛ), желтые (Ж), зеленые (3), красные (К), опаловые (О) лучи. Выпускаются лампы накаливания с зеркальным отражателем — термоизлучатели, кварцевые галогенные (КГ-220-1200; ИКЗК-220-500).



Наибольшее большинство ламп накаливания предназначены для светильников внутреннего и наружного освещения в сетях переменного тока с номинальным напряжением 220 В, 127 В частоты 50 Гц.

Лампы накаливания различаются мощностью и типом колб. Лампы накаливания производятся в классической шарообразной форме, так и с меньшими габаритными размерами с колбой формы «Грибок» и «Свеча». Прозрачные лампы излучают красивый сочный свет, а светорассеивающее покрытие дает равномерное распределение света и исключает эффект ослепления. Выпускаются лампы, которые адаптированы к колебаниям напряжения в сети, рассчитанные на повышенное напряжение (230-240 В) (при повышении напряжения в сети на 10%, срок службы обычных ламп сокращается в 3 раза), что позволяет дольше сохранять их технические характеристики. Продолжительность горения ламп накаливания при нормальном напряжении не менее 1000ч, для ламп напряжения 127-135 В - 2500 ч., для ламп МО - 700 ч.

4. Основные особенности ламп накаливания:

1.      Изготовление в широком сортаменте, на самые разные мощности и напряжения и различных типов, приспособленных к определенным условиям применения

2.      Непосредственное включение в сеть без дополнительных аппаратов

3.      Работоспособность (хотя и с резко изменяющимися характеристиками) даже при значительных отклонениях напряжения сети от номинального

4.      Незначительное (около 15%) снижение светового потока к концу срока службы

5.      Почти полная независимость от условий окружающей среды (вплоть до возможности работать погруженной в воду), в том числе от температуры

6.      Компактность

7.      Малая стоимость

8.      Небольшие размеры

9.      Ненужность пускорегулирующей аппаратуры

10.  При включении они зажигаются практически мгновенно

11.  Отсутствие токсичных компонентов и как следствие отсутствие необходимости в инфраструктуре по сбору и утилизации

12.  Возможность работы как на постоянном токе (любой полярности), так и на переменном

13.  Отсутствие мерцания и гудения при работе на переменном токе

14.  непрерывный спектр излучения

15.  Устойчивость к электромагнитному импульсу

16.  Возможность использования регуляторов яркости

17.  Нормальная работа при низкой температуре окружающей среды

5. Недостатки:

1.      Низкая световая отдача

2.      Относительно малый срок службы

3.      Резкая зависимость световой отдачи и срока службы от напряжения

4.      Цветовая температура лежит только в пределах 2300—2900К, что придаёт свету желтоватый оттенок

5.      Лампы накаливания представляют пожарную опасность. Через 30 минут после включения ламп накаливания температура наружной поверхности достигает в зависимости от мощности следующих величин: 40 Вт — 145 °C, 75 Вт — 250 °C, 100 Вт — 290 °C, 200 Вт — 330 °C. При соприкосновении ламп с текстильными материалами их колба нагревается еще сильнее. Солома, касающаяся поверхности лампы мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно через 67 минут.

6.      Световой коэффициент полезного действия ламп накаливания, определяемый как отношение мощности лучей видимого спектра к мощности потребляемой от электрической сети, весьма мал и не превышает 4%.
Краткий словарик терминов

Напряжение питания — напряжение электрической сети, необходимое для зажигания и стабильной работы лампы. Измеряется в вольтах (В).

Мощность — электрическая мощность, потребляемая лампой. Единица измерения мощности осветительного прибора - ватт (Вт).

Освещённость E - Единица измерения: люкс [лк]. Освещённость E отражает соотношение падающего светового потока к освещаемой площади. Освещённость равна 1 лк, если световой поток 1 лм равномерно распределяется по площади 1 кв.м.

Свет - электромагнитное излучение, вызывающее в глазу человека зрительное ощущение. При этом речь идёт об излучении в диапазоне от 360 до 830 нм, занимающем мизерную часть всего известного нам спектра электромагнитного излучения.

Спектральный состав излучения зависит от длины излучаемых источником электромагнитных волн и измеряется в нм (1 нм - длина, равная одной миллионной доле миллиметра). Длины волн, воспринимаемые глазом, лежат в спектральном промежутке от 380 до 780 нм. Наиболее интенсивное излучение, воспринимаемое человеческим глазом, имеет средняя (зеленая) часть видимого спектра с длиной волны 555 нм. Эта интенсивность спадает по мере "перехода" излучения к обеим крайним областям спектра - его синей или красной части. При переходе излучения соответственно в ультрафиолетовое (от 10 до 380 нм) и инфракрасное (от 780 нм до 1 мм) оно становится невидимым.

Световой поток — единица измерения: люмен [лм]. Световым потоком Ф называется вся мощность излучения источника света, оцениваемая по световому ощущению глаза человека.

Световая отдача [ ђ ] — с точки зрения энергосбережения, ключевой параметр эффективности источника света. Он показывает, сколько света вырабатывает та или иная лампа на каждый ватт израсходованной на нее энергии. Световая отдача измеряется в лм/Вт. Максимально возможная отдача равна 683 лм/Вт и теоретически может существовать только у источника, преобразующего энергию цв свет без потерь. Световая отдача ламп накаливания составляет всего 10-15 лм/Вт, а люминесентных ламп уже приближается к 100 лм/Вт.

Сила света [ І ] Единица измерения: кандела [кд]. Источник света излучает световой поток Ф в разных направлениях с различной интенсивностью. Интенсивность излучаемого в определённом направлении света называется силой света I.

Уровень освещенности — параметр, определяющий, насколько освещена та или иная поверхность данным источником освещения. Зависит от мощности светового потока, от расстояния источника света до освещаемой поверхности, от отражающих свойств этой поверхности и ряда других факторов. Единица измерения - люкс (лк). Эта величина определяется как отношение светового потока мощностью в 1 лм к освещенной поверхности площадью 1 кв.м. Иными словами, 1 лк = 1лм/кв.м. Приемлемая для человека норма освещенности рабочей поверхности по российским стандартам составляет 200 лк, а по европейским достигает 800 лк.

Цветность света - очень хорошо описывается цветовой температурой. Существуют следующие три главные цветности света: тепло-белая 5000К. Лампы с одинаковой цветностью света могут иметь различные характеристики цветопередачи, что объясняется спектральным составом излучаемого ими света.

Цветовая температура — важнейший качественный параметр, определяющий степень естественности (белизны) света, испускаемого лампой. Измеряется по температурной шкале Кельвина [К]. Цветовую температуру можно условно разделить на тепло-белую (менее 3000 К), нейтрально-белую (от 3000 до 5000 К) и дневную белую (более 5000 К). В жилых интерьерах обычно используют лампы теплого тона, способствующие отдыху и расслаблению, а в офисных и производственных уместны более холодные лампы. Наиболее естественная, а значит, и комфортная для человека, цветовая температура лежит в диапазоне 2800-3500 К.

Индекс цветопередачи — относительная величина, определяющая, насколько естественно передаются цвета предметов в свете той или иной лампы. Цветопередающие свойства ламп зависят от характера спектра их излучения. Индекс цветопередачи (Ra) эталонного источника света (т.е. идеально передающего цвет предметов) принят за 100. Чем ниже этот индекс у лампы, тем хуже ее цветопередающие свойства. Комфортный для человеческого зрения диапазон цветопередачи составляет 80-100 Ra.

Эксплуатационные характеристики — к важнейшим параметрам эффективности различных типов ламп относятся также средний срок службы, скорость включения и гарантированное число включений, конструктивные особенности исполнения (используемая арматура, разъемная/неразъемная конструкция, совместимость с разными типами патронов, габариты и дизайн изделия). От этих характеристик зависят расходы на эксплуатацию, которые вместе с продажной ценой определяют уровень рентабельности лампы.

Яркость [ L ] - единица измерения: кандела на квадратный метр [кд/кв.м]. Яркость света L источника света или освещаемой площади является главным фактором для уровня светового ощущения глаза

Цветопередача. Характеристики цветопередачи источника света выражаются с помощью различных степеней «общего коэффициента цветопередачи» Ra. Коэффициент цветопередачи отражает уровень соответствия естественного цвета тела с видимым цветом этого тела с видимым цветом этого тела при освещении его эталонным источником света. Для определения значения Ra фиксируется сдвиг цвета с помощью 8 указанных в DIN 6169стандартных эталонных цветов, который наблюдается при направлении света тестируемого или эталонного источника света на эти эталонные цвета. Чем меньше отклонение цвета излучаемого тестируемой лампой света от эталонных цветов, тем лучше характеристики цветопередачи этой лампы.
Источник света с показателем цветопередачи Ra = 100 излучает свет, оптимально отражающий все цвета, как свет эталонного источника света. Чем ниже значение Ra, тем хуже передаются цвета освещаемого объекта.

КПД светильника

КПД является важным критерием оценки энергоэкономичности светильника.
КПД светильника отражает отношение светового потока светильника к световому потоку установленной в нём лампы.
Список используемой литературы

1.      ”Азбука освещения”, авт.В.И Петров, издательство «ВИГМА»

2.      1999г.

3.      Журнал “Иллюминатор”, выпуск №2, 2002г.

4.      ”Что такое. Кто такой.” Том 3. Главный редактор А.Г Банников, издательство «Педагогика» 1978г.

5.      ”Справочник школьника 5-11 классы”,Главный редактор М.Б

6.      Волович, издательство «АСТ-ПРЕСС», 1999г.