2021-04-22 20:40:02
#Как_это_устроено: «неоновые» лампы
В прошлый раз мы рассказывали о том, как устроена лампочка накаливания. Теперь же поговорим об устройстве аналогичного назначения – газоразрядной лампе. Такие лампы ещё называют «лампами дневного света», «неоновыми лампами» и так далее. Хотя не всякая газоразрядная лампа имеет тот же спектр излучения, что и дневной свет и тем более не всякая такая лампа заполнена неоном. Но – обо всём по порядку.
Если в лампе накаливания свет излучается раскалённой нитью из проводника, т.е. излучение является тепловым, то в газоразрядной лампе источником света являются переходы молекул наполняющего лампу газа в возбуждённое состояние и обратно.
Любой газ состоит из электрически нейтральных молекул (атомов), в которых количество протонов равно количеству нейтронов. Однако существуют способы «оторвать» электроны от такого нейтрального атома (молекулы), разделив его на заряженные частицы: свободный электрон и положительно заряженный ион. Такой процесс называют ионизацией. И в любом газе всегда существует некоторая (небольшая) доля заряженных частиц.
Если мы поместим газ в электрическое поле, то это поле будет действовать на заряженные частицы: электроны будут притягиваться к «плюсу» (аноду), ионы – к «минусу» (катоду). Если поле будет достаточно сильным, то частицы будут двигаться достаточно быстро для того, чтобы при соударениях с нейтральными частицами «разбивать» их, отрывая электроны и образуя новые ионы. Этот процесс называется ударной ионизацией.
Параллельно идёт и другой процесс – рекомбинация, т.е. присоединение свободных электронов к ионам, имеющим недостаток этих самых электронов. И если ионизация требует затрат энергии на разрыв связей, то при рекомбинации аналогичная энергия выделяется, в том числе и в виде электромагнитного излучения.
Именно этот процесс – рекомбинация частиц ионизированного электрическим полем газа - и позволяет газоразрядным лампам светиться.
То есть, схема работы проста: в колбу лампы закачиваем газ, с двух концов закрываем электродами, включаем напряжение – да будет свет!
Каждый газ, будучи помещённым в газоразрядную лампу, светит своим собственным светом: неон – красно-оранжевым, аргон – фиолетовым, ксенон- бело-синим, гелий – бело-жёлтым, криптон - синим (см. фото).
Это очень удобно для создания цветного освещения, например, в вывесках и других подобных объектах (знаменитый «свет неоновых огней» - как раз про это). Но как получить белый свет, пригодный для освещения жилых помещений? Для этого идут на хитрость: используют вещество, при излучении дающее невидимый ультрафиолет (например, пары ртути), а поверхность лампы обрабатывают люминофором – веществом, светящимся под воздействием этого самого ультрафиолета. Подбирают люминофоры, дающие цвет именно нужного оттенка – чаще всего на основе фосфатов кальция. Такие лампы называют люминисцентными – в отличие от тех, в которых видимый свет даёт сам газ (их называют газосветными).
Главным преимуществом газоразрядных ламп является то, что они излучают в достаточно узком спектре, то есть, в отличие от ламп накаливания, дают меньше бесполезного инфракрасного излучения. Что даёт лучший коэффициент полезного действия (он может достигать 15-20 % против 5 % у ламп накаливания – существенная экономия электричества), кроме того, такие лампы меньше греются (а значит, более безопасны).
Газоразрядные лампы имеют больший срок службы, ведь не имеют постоянно испаряющейся нити накаливания. Благодаря этому срок службы таких ламп может достигать уже десятков тысяч часов непрерывной работы против в среднем тысячи у ламп накаливания. Также со временем постепенно выгорает сам люминофор: лампа становится тусклее, меняется оттенок её света.
Ключевым недостатком газоразрядных ламп является то, что их нельзя подключить к сети напрямую: обычное «розеточное» напряжение «зажечь» газ не сможет. Из-за этого лампы комплектуются дополнительным оборудованием (т.н. пускорегулирующими аппаратами), что существенно увеличивает их стоимость.
875 views17:40