Как устроены люминесцентные лампы. Почему они более энергоэффективны, чем лампы накаливания. Какова экономия при использовании люминесцентных ламп. Каковы преимущества и недостатки люминесцентного освещения.
Устройство и принцип работы люминесцентной лампы
Люминесцентная лампа представляет собой стеклянную трубку, заполненную парами ртути и инертным газом (обычно аргоном). Внутренняя поверхность трубки покрыта люминофором — специальным составом, способным преобразовывать ультрафиолетовое излучение в видимый свет. На концах трубки расположены электроды.
Принцип работы люминесцентной лампы основан на электрическом разряде в парах ртути:
- При подаче напряжения между электродами возникает электрический разряд, ионизирующий пары ртути.
- Ионизированные атомы ртути излучают ультрафиолетовое излучение.
- Ультрафиолетовое излучение, попадая на люминофор, преобразуется в видимый свет.
Таким образом, видимое излучение люминесцентной лампы является результатом преобразования ультрафиолетового излучения паров ртути в видимый свет с помощью люминофора.
Сравнение эффективности люминесцентных ламп и ламп накаливания
Люминесцентные лампы значительно превосходят лампы накаливания по энергоэффективности. Чем это обусловлено?
- КПД люминесцентных ламп достигает 15-20%, в то время как у ламп накаливания он не превышает 5-7%.
- Большая часть энергии в лампах накаливания расходуется на нагрев нити, а не на генерацию света.
- Люминесцентные лампы преобразуют электроэнергию непосредственно в световое излучение, минуя стадию нагрева.
За счет более высокой эффективности люминесцентная лампа мощностью 20 Вт способна обеспечить такой же световой поток, как лампа накаливания мощностью 100 Вт. Это позволяет существенно снизить энергопотребление при том же уровне освещенности.
Экономическая выгода от использования люминесцентных ламп
Использование люминесцентных ламп вместо ламп накаливания позволяет значительно сократить расходы на электроэнергию. Насколько велика эта экономия?
- Энергопотребление люминесцентных ламп в 4-5 раз ниже при той же светоотдаче.
- Срок службы люминесцентных ламп в 8-15 раз больше, чем у ламп накаливания.
- Экономия электроэнергии при замене ламп накаливания на люминесцентные достигает 70-80%.
Несмотря на более высокую стоимость люминесцентных ламп, их использование окупается за счет экономии электроэнергии в течение 1-2 лет. При этом дальнейшее использование обеспечивает существенное снижение затрат на освещение.
Преимущества люминесцентных ламп
Люминесцентные лампы обладают рядом важных преимуществ по сравнению с лампами накаливания:
- Высокая светоотдача — до 80-100 лм/Вт (у ламп накаливания 10-15 лм/Вт).
- Низкое энергопотребление при той же яркости освещения.
- Длительный срок службы — от 6000 до 20000 часов.
- Возможность получения света различного спектрального состава.
- Низкая температура нагрева колбы лампы.
Эти преимущества делают люминесцентные лампы оптимальным выбором для освещения офисов, торговых помещений, учебных заведений и других объектов, требующих яркого и экономичного освещения.
Недостатки люминесцентных ламп
Несмотря на высокую эффективность, люминесцентные лампы имеют и определенные недостатки:
- Наличие ртути в составе лампы, что требует особых мер при утилизации.
- Зависимость светового потока от температуры окружающей среды.
- Необходимость использования специальной пускорегулирующей аппаратуры.
- Возможное мерцание света, вызывающее дискомфорт у некоторых людей.
- Более высокая стоимость по сравнению с лампами накаливания.
При выборе люминесцентных ламп необходимо учитывать эти особенности и принимать соответствующие меры для минимизации их влияния.
Сравнение тепловыделения люминесцентных ламп и ламп накаливания
Одним из важных преимуществ люминесцентных ламп является низкое тепловыделение. Чем это обусловлено?
- В лампах накаливания до 95% энергии преобразуется в тепло.
- Люминесцентные лампы выделяют в 4-5 раз меньше тепла при той же светоотдаче.
- Низкое тепловыделение снижает нагрузку на системы кондиционирования.
Благодаря низкому тепловыделению люминесцентные лампы можно использовать в светильниках из теплочувствительных материалов, а также в помещениях, требующих поддержания стабильной температуры.
Перспективы развития люминесцентных технологий освещения
Несмотря на появление светодиодных источников света, люминесцентные технологии продолжают развиваться. Каковы основные направления их совершенствования?
- Повышение светоотдачи до 100-120 лм/Вт.
- Улучшение цветопередачи и расширение диапазона цветовых температур.
- Создание безртутных люминесцентных ламп.
- Разработка компактных люминесцентных ламп с улучшенными характеристиками.
- Совершенствование пускорегулирующей аппаратуры для повышения эффективности и снижения пульсаций света.
Эти разработки позволят сохранить конкурентоспособность люминесцентных технологий в ближайшем будущем, особенно в сегменте массового применения.
Устройство и принцип действия компактной люминесцентной лампы
Исследовательская работа:
Как сэкономить электричество
1.3.2. Устройство компактной люминесцентной лампы (КЛЛ)
Энергосберегающая лампа состоит из 3 основных компонентов: цоколя, люминесцентной лампы и электронного блока.
Цоколь предназначен для подключения лампы к сети.
Электронный блок обеспечивает зажигание (пуск) и дальнейшее горение люминесцентной лампы. Блок образует сетевое напряжение 220В в напряжение, необходимое для работы люминесцентной лампы. Благодаря блоку энергосберегающая лампа зажигается без мерцания и работает без мигания свойственного обычным люминесцентным лампам.
Люминесцентная лампа наполнена парами ртути и инертным газом (аргоном), а ее внутренние стенки покрыты люминофорным покрытием. Под действием высокого напряжения в лампе происходит движение электронов.
Столкновение электронов с атомами ртути образует невидимое ультрафиолетовое излучение, которое, проходя через люминофор, преобразуется в видимый свет.
Энергоэффективная (энергосберегающие лампа) — электрическая лампа, обладающая существенно большей светоотдачей (соотношением между световым потоком и потребляемой мощностью), например, в сравнении с наиболее распространёнными сейчас в обиходе лампами накаливания.[5]
Благодаря этому замена ламп накаливания на энергосберегающие способствует экономии электроэнергии.
Благодаря механизму действия энергосберегающих ламп удается добиться снижения потребления электроэнергии на 80% по сравнению с лампами накаливания при аналогичном световом потоке.
Помимо пониженного потребления световой энергии энергосберегающие лампы выделяют меньше тепла, чем лампы накаливания. Незначительное тепловыделение позволяет использовать компактные люминесцентные лампы большой мощности в хрупких бра, светильниках и люстрах, в которых от ламп накаливания с высокой температурой нагрева может оплавляться пластмассовая часть патрона, либо сам провод.
Наиболее частая причина выхода из строя лампы накаливания – перегорание нити накала. Механизм работы энергосберегающей лампы позволяет избежать этой проблемы, благодаря чему они имеют более длительный срок службы.
Срок службы энергосберегающей лампы колеблется от 6000 до 12000 часов (как правило, длительность срока службы указывается производителем на упаковке товара) и превышает срок службы лампы накаливания в 6–15 раз. Благодаря этому облегчается использование энергосберегающих ламп в труднодоступных местах (например, если в помещении высокие потолки).
Еще одно преимущество энергосберегающих ламп объясняется тем, что площадь поверхности люминесцентной лампы больше, чем площадь поверхности спирали накаливания. Благодаря этому свет распределяется мягче, равномернее, чем у лампы накаливания.
Это легко продемонстрировать на следующем примере: если вы вставляете в люстру обыкновенную лампу накаливания, то по стенам комнаты будут видны резкие тени от плафонов, а при использовании компактной энергосберегающей лампы тени не такие резкие.
Из-за более равномерного распределение света энергосберегающие лампы снижают утомляемость человеческого глаза.
Последняя характеристика, выгодно отличающая энергосберегающие лампы от традиционных, заключается в том, что энергосберегающие лампы могут иметь разную цветовую температуру, которая определяет цвет лампы.
Энергосберегающие лампы могут иметь следующие цветовые температуры 2700 К – Мягкий белый свет, 4200 К – Дневной свет, 6400 К – Холодный белый свет (цветовая температура измеряется градусами по шкале Кельвина).
Чем ниже цветовая температура, тем ближе цвет к красному, чем выше – тем ближе к синему. Таким образом, потребитель получает возможность обогатить цветовую гамму помещения.
Перейти к разделу: 1.4. Проведение расчётов по энергосбережению при освещении
1.1.4. Принцип работы, преимущества и недостатки люминесцентных ламп (лл)
Принцип
действия состоит в использовании
электролюминесценции (свечения паров
металлов и газов при прохождении через
них электрического тока) и фотолюминесценции
(свечение вещества люминофора при его
облучении другим, например, невидимым
УФ светом).
Поскольку
лампа не предназначена для непосредственного
включения в сеть, значение напряжения
на лампе при её маркировке не приводится.
В комплекте с ПРА лампы обычно рассчитаны
на питание от сети переменного тока
промышленной частоты.
Для питания от
сети постоянного тока требуются
специальные ПРА.
Лампы отличаются высоким сроком службы, достигающим 15000 ч. Некоторые производители приводят с учётом оптимизации расходов на освещение рентабельный срок службы, который может быть в два раза меньше. Указанные в техдокументации значения срока службы значительно меньше продолжительности жизни лампы до полного отказа. В режиме частых включений срок службы лампы сокращается.
В качестве источников света при искусственном освещении следует применять преимущественно люминесцентные лампы типа ЛБ (Л – люминесцентная лампа, Б – цвет излучения, либо особенности спектра излучения). Эти лампы имеют наиболее высокую светоотдачу при отсутствии особых требований к цветоразличию. Среди них наиболее перспективны лампы диаметром 26 мм.
Недостатки ЛЛ:
Необходимость использования сложных схем подключения их к сети, связанная с особенностями разряда, так как для его зажигания требуется более высокое напряжение, чем для устойчивого горения.
Номинальный
режим газоразрядных ламп устанавливается
только спустя некоторое время после
включения;Безынертность излучения ламп, питающихся переменным током, приводит к появлению пульсаций светового потока, что может вызвать стробоскопический эффект;
В каждой люминесцентной лампе содержится небольшое количество ртути, которое при разрушении колбы загрязняет окружающее пространство, поэтому вышедшие из строя ЛЛ подлежат обязательной утилизации.
Номинальный
режим газоразрядных ламп устанавливается
только спустя некоторое время после
включения;1.2. Светотехнический расчет. Определение числа осветительных приборов, их размещение и потребляемая мощность.
1.2.1. Методы расчета
Все методы расчета освещения можно свести к двум основным методам: точечному и методу светового потока, иначе называемому методом коэффициента использования.
Локализованное
освещение предусматривает возможность
создания повышенной освещенности в
необходимых местах за счет сосредоточения
над ними большого количества светильников,
большей мощности ламп или даже уменьшением
высоты подвески светильников над
освещаемой зоной.
При локализованном
освещении в проходах и других нерабочих
зонах может быть допущена и пониженная
освещенность. Локализованное освещение
может быть применено при расположении
рабочих мест по периметру помещения.
Тогда светильники располагают над
каждым рабочим столом (локализовано),
ближе к передней кромке стола, обращенного
к оператору. Такой способ устройства
освещения по сравнению с общим равномерным
позволяет несколько уменьшить расход
электроэнергии, но создает определенную
неровность в распределении яркостей
поверхностей и несколько усложняет
конструкцию электрической сети.
Для расчета локализованного освещения целесообразно использовать расчет освещенности, так называемым «точечным методом».
Равномерное
освещение предусматривает расположение
светильников на разном или одинаковом
расстоянии друг от друга, что позволяет
создать примерно равную освещенность
всего помещения, включая поверхности
рабочих мест. При расчете равномерного
освещения обычно применяют упрощенный
метод с помощью «коэффициента
использования».
[2]
В помещениях отдела рабочей поверхностью является поверхность стола. Примем, что место положения столов в помещениях может меняться. В силу этого рабочая поверхность становиться по площади равной полу. Что делает целесообразным применение метода коэффициента использования для светотехнического расчета.
Принципы работы люминесцентных ламп Чем они отличаются от ламп накаливания по эффективности и стоимости. — Научные проекты
(973) 777 — 3113
1059 Main Avenue
Clifton, NJ 07011
07:30 — 19:00
с понедельника по пятницу
123 456 789
с понедельника по пятницу. [email protected]
Goldsmith Hall
New York, NY
07:30 — 19:00
С понедельника по пятницу
Принципы работы люминесцентных ламп Чем они отличаются от ламп накаливания по эффективности и стоимости.
Введение: (Первоначальное наблюдение)
Люминесцентные лампы во многих отношениях отличаются от обычных ламп накаливания (или ламп накаливания).
Они выглядят по-разному и излучают разный цвет света. Люминесцентные лампы являются наиболее часто используемым коммерческим источником света в Северной Америке. Фактически люминесцентные лампы освещают 71% торговых площадей в США. Большинство люминесцентных ламп имеют форму длинных трубок. Новые версии люминесцентных ламп не такие длинные и известны как компактные люминесцентные или энергосберегающие лампы.
Этот проект дает возможность узнать больше о принципах работы люминесцентных ламп и сравнить их с лампами накаливания.
Сбор информации:
Узнайте о люминесцентных лампах и о том, как они работают. Читайте книги, журналы или спрашивайте профессионалов, которые могут знать, чтобы узнать о принципах работы люминесцентных ламп и о том, чем они отличаются от ламп накаливания. Следите за тем, откуда вы получили информацию.
Руководство по проекту:
Люминесцентные лампы сильно отличаются от обычных ламп (также известных как лампы накаливания).
Например, в лампе накаливания электричество проходит через тонкую проволоку, известную как нить накала. Электрический ток сделает нить настолько горячей, что она начнет светиться и излучать свет. Но в люминесцентных лампах электричество проходит через газ (скоро вы узнаете, что это за газ), и газ излучает невидимый УФ (ультрафиолетовый) свет, не нагреваясь. Затем белый порошок, известный как люминофор, получает этот невидимый ультрафиолетовый свет и производит видимый свет.
Ниже приведены некоторые общие сведения о люминесцентных лампах, которые помогут вам быстро начать работу. Вот некоторые из вопросов, связанных с люминесцентными лампами и их сравнением с лампами накаливания:
- Для определенного количества света какая лампа более эффективна (потребляет меньше электроэнергии), люминесцентная или лампа накаливания?
- Какая лампа производит больше тепла, чтобы генерировать определенное количество света?
- Сколько мы экономим с энергосберегающими люминесцентными лампами?
Если вам интересно узнать, как работает люминесцентная лампа, прочтите этот раздел.
Конструкция люминесцентной лампы действительно очень проста. Эта конструкция остается неизменной, будь то прямая трубка, круглая или изогнутая, как в компактных светильниках. Люминесцентная лампа имеет самую простую конструкцию с нитью накала, похожей на лампу накаливания, на обоих концах и покрытием из люминесцентного материала на внутренней стороне стеклянной оболочки. Сама трубка вакуумируется, в трубку добавляется небольшое количество испаренной ртути, а затем в нее впрыскивается небольшое количество газообразного аргона. ( Итак, газ внутри люминесцентной лампы представляет собой смесь аргона и паров ртути ).
Когда на нити на обоих концах трубки подается ток, нити становятся так называемыми «катодами», что означает, что они обеспечивают интенсивный источник положительно заряженных электронов. Это возбуждает газообразный аргон до «плазменного состояния», которое «возбуждает» металлическую ртуть. В этот момент поток положительных электронов заставляет электроны в оболочке атомов ртути «прыгать» (двигаться наружу) из нейтрального или «основного состояния» и становиться «возбужденными».
Это выталкивает электроны наружу, заполняя «пустое» орбитальное кольцо новым электроном. Затем атом высвобождает свой избыточный электрон, когда атом пытается вернуться в свое нейтральное состояние, и благодаря этому процессу газообразная ртуть становится «заряженной», отводя избыточную энергию в виде фотонов, находящихся в ультрафиолетовом диапазоне. Внешнее балластное устройство служит для ограничения количества тока, подаваемого в плазму в этом процессе, поддерживая постоянный и равномерный источник электрического потока к катодам.
Тот же самый атом, который только что испустил фотон, затем подбирает другой из катодного потока, непрерывно повторяя процесс, пока катод подключен к источнику тока.
В случае с ртутью этот элемент излучает очень сильную линию с длиной волны 2537 Ангстрем, далеко в дальнем ультрафиолетовом диапазоне (УФС). По своим свойствам эта длина волны опасна, так как ни одна из них никогда не проникает на землю, и жизнь не готова иметь дело с этими длинами волн излучения.
Но эта частота полезна двумя способами. Если бы в трубку не добавляли люминофор, эта лампа была бы той, что используется в оборудовании для УФ-стерилизации (например, в парикмахерских для расчесок и ножниц и в боулинге для обуви), поскольку она убивает все живые организмы, подвергшиеся воздействию. это спустя время. Но это не относится к бытовым люминесцентным лампам. Эта спектральная линия фотонов ударяется о соответствующим образом легированное (то есть добавление выбранных примесей) покрытие из галофосфата кальция внутри самой трубки, что приводит к двум вещам. Сначала покрытие отфильтровывает опасное УФ-излучение, а затем преобразует энергию в другой спектральный диапазон, в основном в видимый.
В зависимости от смеси легирующих материалов в сочетании с люминофором на основе галоидфосфата кальция диапазон выходной мощности лампы будет варьироваться, и, таким образом, флуоресцентное устройство может быть адаптировано для получения определенных диапазонов или спецификаций светоотдачи.
Так разные производители выпускают осветительные приборы с разными выходными характеристиками. В то время как существует несколько тысяч легирующих материалов, которые могут изменить спектральный выход лампы, только сотня или около того создают пригодные для использования длины волн. Характеристики и свойства соответствующих осветительных приборов можно найти в разделе Люминесцентные лампы.
Конструкция люминесцентной лампы состоит из стеклянной трубки со следующими характеристиками:
- заполнена аргоном или аргон-криптоном и небольшим количеством ртути
- с внутренним покрытием люминофором
- с внутренним покрытием люминофором
Люминесцентные лампы обеспечивают свет следующим образом.
- Электрический разряд (ток) поддерживается между электродами за счет паров ртути и инертного газа.
- Этот ток возбуждает атомы ртути, заставляя их излучать невидимое ультрафиолетовое (УФ) излучение .
- Это УФ-излучение преобразуется в видимый свет люминофорами, выстилающими трубку.
Для газоразрядных ламп (например, люминесцентных) требуется балласт для обеспечения правильного пускового напряжения и регулирования рабочего тока после запуска лампы.
Как работает люминесцентная лампа?
Люминесцентная лампа состоит из стеклянной трубки, заполненной парами ртути под низким давлением. Внутренняя часть трубки покрыта фосфорным веществом. Две скрученные металлические (вольфрамовые) нити находятся на каждом конце трубки. Когда через нити проходит электрический ток, они начинают нагреваться и светиться (как обычная лампочка). Когда мы прикладываем напряжение между двумя нитями, электроны пересасываются с одной нити на другую. Проносясь по трубке, электроны врезаются в атомы ртути, которые начинают светиться и испускать ультрафиолетовый (УФ) свет.
Ультрафиолетовый свет очень, очень фиолетовый. На самом деле он настолько фиолетовый, что его не видно, но от него можно получить солнечный ожог.
Таким образом, сам по себе УФ-свет не может быть полезной лампой, поэтому внутри стеклянной трубки находится фосфорное вещество. Когда УФ-свет попадает на атомы люминофора, они поглощают УФ-свет и испускают белый свет, который освещает вашу комнату. Преобразование света из одного типа в другой называется флуоресценцией, что и дало название люминесцентной лампе.
Люминесцентные лампы экономят энергию. Для того же количества света им требуется меньше энергии, чем обычным лампочкам. Кстати, лампочки забавной формы из изогнутых стеклянных трубок в супермаркете на самом деле являются люминесцентными лампами. Пожалуйста, не играйте и не разбивайте люминесцентные лампы, они содержат ядовитые химические вещества. При утилизации люминесцентной лампы необходимо позвонить в Центр утилизации!
Внутри флуоресцентного светильника находятся пары ртути низкого давления. При ионизации пары ртути излучают ультрафиолет. Человеческие глаза не чувствительны к ультрафиолетовому излучению (хотя человеческая кожа чувствительна).
Поэтому внутренняя часть флуоресцентного светильника покрыта люминофором . Люминофор — это вещество, которое может принимать энергию в одной форме (например, энергию от высокоскоростного электрона, как в телевизионной трубке) и излучать энергию в виде видимого света. В люминесцентной лампе люминофор принимает энергию ультрафиолетовых фотонов и испускает видимые фотоны.
Свет, который мы видим от люминесцентной лампы, — это свет, испускаемый люминофором, покрывающим внутреннюю часть трубки (люминофор флуоресцентный при подаче питания, отсюда и название).
http://misty.com/people/don/f-lamp.html
http://www.ladwp.com/energyadvisor/EA-11.html
http://www.chem4kids.com/ files/matter_plasma.html
http://scifun.chem.wisc.edu/chemweek/gasemit/gasemit.html
Подробнее о люминесцентной лампе
Люминесцентная лампа представляет собой газоразрядную трубку, светоотдача которой благодаря специальным средствам настолько увеличивается, что ее можно использовать для целей освещения.
Внутренняя поверхность стенки трубки покрыта светоизлучающими веществами – обычно флуоресцирующими или фосфоресцирующими солями металлов (вольфрамат кальция, сульфид цинка, силикат цинка). Трубка заполнена парами ртути при крайне низком давлении. Электроны, выбрасываемые из лампы накаливания, сталкиваются с атомами ртути и заставляют их испускать излучение, состоящее большей частью из невидимых ультрафиолетовых лучей. Видимая часть лучей паров ртути находится в зеленой и синей области спектра и дает бледный свет. Ультрафиолетовый свет попадает на флуоресцентное вещество, которым покрыта стенка трубки, и заставляет это вещество излучать излучение с большей длиной волны в видимой части спектра, т. е. покрытие преобразует невидимые лучи в видимый свет. Подходящим выбором флуоресцентного вещества этому свету можно придать любой желаемый цвет. Лампа должна работать с дросселем, который предотвращает вредное повышение напряжения и служит для зажигания лампы. Для этого параллельно основной лампе подключают небольшую вспомогательную лампу накаливания с термоконтактом.
При включении тока сначала загорается лампа накаливания (теперь биметаллический термоконтакт разомкнут). Это вызывает разогрев биметаллической пластины и замыкание контакта, в результате чего происходит короткое замыкание лампы накаливания и на катоды основной лампы поступает полный ток, от которого они накаляются. Биметаллическая пластина охлаждается и разрывает контакт. С помощью дросселя это прерывание цепи вызывает скачок напряжения, который достаточно высок, чтобы инициировать разряд в самой люминесцентной лампе. Поскольку основная лампа обходит ее, малая вспомогательная лампа перестает работать. Биметаллическая пластина удерживает контакт открытым. Катоды основной лампы продолжают светиться до белого каления за счет столкновения с положительными ионами ртути, и, таким образом, лампа продолжает функционировать и излучать свет описанным образом. Свет люминесцентной лампы создается не раскаленным телом (например, нитью накала обычной электрической лампы), а испускается в результате возбуждения атомов (а именно паров ртути и люминесцентного покрытия) и чрезвычайно экономичен.
Из-за большой светоизлучающей поверхности люминесцентная лампа дает приятный свет, который дает только мягкие тени.
Вопрос/ Цель:
Что вы хотите узнать? Напишите заявление, описывающее, что вы хотите сделать. Используйте свои наблюдения и вопросы, чтобы написать утверждение.
- Для определенного количества света какая лампа более эффективна (потребляет меньше электроэнергии): люминесцентная или лампа накаливания?
- Какая лампа производит больше тепла, чтобы генерировать определенное количество света?
- Сколько мы экономим с энергосберегающими люминесцентными лампами?
Идентификация переменных:
Когда вы думаете, что знаете, какие переменные могут быть задействованы, подумайте о способах изменения по одной за раз. Если вы измените более одного за раз, вы не будете знать, какая переменная вызывает ваше наблюдение. Иногда переменные связаны и работают вместе, чтобы вызвать что-то. Сначала попробуйте выбрать переменные, которые, по вашему мнению, действуют независимо друг от друга.
Независимыми переменными, которые мы будем изучать в этом проекте, являются тип лампочки (люминесцентная или лампа накаливания) и уровень потребления энергии (Вт).
Зависимыми переменными являются количество света и количество тепла, выделяемого лампой.
Гипотеза:
На основе собранной информации сделайте обоснованное предположение о том, какие факторы влияют на систему, с которой вы работаете. Идентификация переменных необходима, прежде чем вы сможете выдвинуть гипотезу.
Образец гипотезы:
Моя гипотеза состоит в том, что люминесцентные лампы потребляют меньше электроэнергии для определенного количества света. Они также выделяют меньше тепла, что часто является просто пустой тратой энергии. Что касается экономии от люминесцентных ламп, я думаю, что экономия составляет около 50% по сравнению с лампами накаливания. Моя гипотеза основана на моих наблюдениях и собранной информации.
План эксперимента:
Разработайте эксперимент для проверки каждой гипотезы.
Составьте пошаговый список того, что вы будете делать, чтобы ответить на каждый вопрос. Этот список называется экспериментальной процедурой. Чтобы эксперимент дал ответы, которым можно доверять, он должен иметь «контроль». Контроль – это дополнительное экспериментальное испытание или прогон. Это отдельный эксперимент, проводимый точно так же, как и другие. Единственное отличие состоит в том, что никакие экспериментальные переменные не меняются. Элемент управления — это нейтральная «точка отсчета» для сравнения, которая позволяет вам увидеть, что делает изменение переменной, сравнивая ее с отсутствием изменения чего-либо. Надежные элементы управления иногда очень трудно разработать. Они могут быть самой сложной частью проекта. Без контроля вы не можете быть уверены, что изменение переменной вызывает ваши наблюдения. Серия экспериментов, включающая контроль, называется «контролируемым экспериментом».
На данный момент мы собрали информацию и изучили информацию о люминесцентных лампах и лампах накаливания.
Мы знаем, что в лампе накаливания электричество проходит через тонкую проволоку, известную как нить накаливания. Но в люминесцентных лампах электричество проходит через газ (пары ртути), и газ излучает невидимый ультрафиолетовый свет, который превращается в видимый свет при контакте с люминесцентным материалом, покрытым внутри люминесцентной трубки.
Теперь мы хотим провести эксперименты, чтобы найти ответ на другие наши вопросы.
Эксперимент 1:
Для определенного количества света какая лампа более эффективна (потребляет меньше электроэнергии), люминесцентная или лампа накаливания?
Процедура:
Хотя мы можем визуально сравнить количество света от одинаковых лампочек, в этом эксперименте мы будем использовать люксметр для измерения количества света.
Как получить люксметр:
Есть два способа получить люксметр. Самый быстрый способ — найти магазин фотоаппаратов, в котором есть новые или бывшие в употреблении экспонометры.
Это легкие счетчики, не требующие батареек и достаточно портативные. Они также достаточно хорошо откалиброваны. У меня есть Weston Master 6, но для начала подойдет любой недорогой измеритель. Если вы не хотите покупать люксметр (примерно 30 долларов за новый), зайдите в магазин Radio Shack и найдите одну из их книг по проектированию схем для фотоэлементов. Соберите его из конструкции.
Как сделать люксметр:
Вы можете собрать свой собственный люксметр, используя мультиметр и фотоэлемент. Фотоэлемент — это небольшой электронный компонент, который изменяет сопротивление в зависимости от света. Он обычно (в темноте) имеет очень высокое сопротивление. Когда вы подвергаете его воздействию света, его электрическое сопротивление уменьшается. (Образец, который я использовал, имеет сопротивление около 30000 Ом в темноте, но только около 200 Ом на солнечном свете. (Ом — единица электрического сопротивления)
Установите мультиметр на сопротивление (для измерения сопротивления) и подключите щупы к ножкам фотоэлемента.
Он покажет сопротивление фотоэлемента при освещении окружающей среды. Закройте фотоэлемент пальцем, чтобы увидеть, как изменится сопротивление. Для этого эксперимента вы можете использовать любой цифровой или аналоговый мультиметр.
Этот простой люксметр идеально подходит для сравнения света от разных источников. Этот инструмент не будет показывать свет в люменах или любых других единицах измерения.
Где проверить?
Вам необходимо проверить несколько лампочек при одинаковых условиях испытаний. Например, вы можете выполнять свои тесты в месте без внешнего освещения. Коробка, окрашенная в белый цвет, может быть хорошим выбором. расстояние от источника света до люксметра должно быть одинаковым во всех экспериментах. Также хорошо, если вы поместите экран с той стороны лампочки, которая обращена к экспонометру. Экран может предотвратить попадание неравномерного прямого света на фотоэлемент.
Как проверить?
Закрепите люксметр на одной из стенок бокса таким образом, чтобы вы могли считывать количество света снаружи.
С помощью взрослого поместите лампочки (по одной) под коробку и включите их, чтобы считать количество света на люксметре.
Примечание. Используйте коробку, подобную обувной или больше. У этой коробки всего 5 сторон, так что вы можете использовать ее, чтобы закрыть свет. Свет подключается к электричеству с помощью шнура (на схеме не показан).
Запишите результаты в таблицу и используйте их для анализа и отчета. Таблица результатов может выглядеть так:
| Тип освещения | Вт | Свет/яркость | Цена |
| Флуоресцентный | |||
| Лампа накаливания |
Ватт — это количество электроэнергии, которое лампочка потребляет в час. Это написано на лампочке или на ее упаковке.
Свет — это то, что вы будете измерять. Если вы используете профессиональный люксметр, большее число означает больше света, но если вы делаете свой собственный люксметр, используя фотоэлемент и омметр, вам нужно будет преобразовать числа в число от 0 для темноты до 100 для прямого солнечного света. Один из способов сделать это — использовать следующую формулу.
(LampResistance – SunResistance)*100 / (DarkResistance-SunResistance)
Например, если сопротивление определенного источника света составляет 5000 Ом, DarkResistance – 30000 Oм, а SunResistance – 200 Ом, то
(5000-200)* 10 / (30000-200) = 16
Таким образом, число в светлом столбце таблицы будет 16.
После сбора ваших данных и приведенного выше расчета у вас будет такая таблица. (Цифры в этой таблице фальшивые! Вам нужно провести собственный тест)
| Световой тип | Вт | Свет/яркость | Цена |
| Флуоресцентный | 40 | 25 | 7 |
| Лампа накаливания | 60 | 30 | 2 |
Теперь вам нужно сделать некоторые расчеты и выяснить, по какой цене и какой мощности эти лампы производят одинаковое количество света.
Эксперимент 2:
Какая лампа выделяет больше тепла, чтобы генерировать определенное количество света?
Процедура:
В этом эксперименте вы также поместите термометр внутрь коробки, чтобы измерить повышение температуры через определенное время (например, один час).
Все остальное аналогично предыдущему эксперименту. Вместо цены в графе напишите повышение температуры. Ваш финальный стол может выглядеть так:
| Light type | Вт | Свет/яркость | Повышение температуры |
| Флуоресцентный | 40 | 25 | 3 |
| Лампа накаливания | 60 | 30 | 9 |
Опять же, указанное выше повышение температуры не соответствует количеству света. Вам нужно рассчитать, насколько увеличилась бы температура, если бы оба источника света имели одинаковое количество света (например, если бы оба имели яркость 50).
Чтобы сделать этот расчет, вы должны умножить повышение температуры на 50 и разделить его на измеренную яркость. Другими словами, вы умножаете 50 на 3 и делите на 25. Вы можете сделать то же самое с ваттами; поэтому вы умножаете 40 ватт на 50 и делите на 40.
Другими словами, вы увеличиваете все элементы в одном ряду с одинаковым соотношением.
Новая таблица результатов может выглядеть так:
| Тип освещения | Вт | Свет/яркость | Повышение температуры |
| Флуоресцентный | 80 | 50 | 6 |
| Лампа накаливания | 100 | 50 | 15 |
Теперь у вас есть повышение температуры и мощность (потребление электроэнергии) при одинаковой яркости.
Эксперимент 3:
Сколько мы экономим, используя энергосберегающие люминесцентные лампы?
Процедура:
Таблицу результатов эксперимента 1 также можно использовать для расчета экономии.
Для этого вам нужно знать, сколько стоит 1000 Вт электроэнергии в вашем районе. Если вы этого не знаете, используйте расчетную сумму 15 центов за киловатт. Ваш расчет должен показать, сколько вы сэкономите в час, если будете использовать флуоресцентную лампу мощностью 40 Вт вместо лампы накаливания с эквивалентным количеством света. Зная экономию на люминесцентной лампе мощностью 40 Вт, вы можете легко рассчитать экономию на других лампах. (В этом примере я использовал 40 Вт, чтобы соответствовать типу флуоресцентного света, используемому в предыдущем примере. Вы можете использовать любую другую мощность для своих экспериментов и расчетов.)
Примечание. Попробуйте использовать для экспериментов компактную люминесцентную лампу. Компактные люминесцентные лампы имеют винтовой цоколь и крепятся как обычные лампы накаливания. Таким образом, им не потребуются дополнительные приспособления и приспособления, такие как балласт и стартер (все встроено в основание)
Дополнительный эксперимент 1: создание мигающего света
В этом эксперименте мы используем стартер люминесцентной лампы, чтобы сделать моргает обычная лампочка.
Мы можем сделать это, потому что стартер люминесцентной лампы на самом деле является таймером.
Предупреждение: этот эксперимент можно проводить только с использованием электричества под напряжением с очевидным риском поражения электрическим током и смерти. Этот эксперимент могут проводить только учащиеся под наблюдением лица, обладающего знаниями и опытом в области электробезопасности.
Материал:
- Обычная маленькая лампочка (15 Вт подойдет)
- Стартер (15 Вт или 30 Вт)
- Патрон или цоколь для лампочки
- Провод электрический изолированный
- Вилка (проконсультируйтесь с электриком по выбору вилки и провода, чтобы убедиться, что они совпадают)
Процедура:
Подсоедините один конец пары проводов к розетке освещения, а другой конец к вилке. Вкрутите лампочку, а затем вставьте вилку в электрическую розетку, чтобы убедиться, что свет загорается. Отсоедините провод, а затем разделите пару проводов.
Разрежьте один из двух проводов где-то посередине, снимите изолятор и подключите стартер как на картинке.
В настоящее время в вашей установке есть несколько оголенных участков без изоляции. Предупредите всех держаться подальше во время этого эксперимента. Отключите вашу установку от имени сына, когда вы делали свои наблюдения.
Если вы планируете использовать эту установку как часть дисплея, обратитесь к электрику для надлежащей изоляции всех соединений. Поместите свою установку в прозрачную пластиковую клетку, чтобы убедиться, что никто не прикоснется к ней.
Дополнительный эксперимент 2:
Этот эксперимент носит преимущественно демонстрационный характер. В этом эксперименте вы зажжете флуоресцентную лампочку без электричества. Вместо этого вы будете использовать микроволновую печь для возбуждения газа.
Процедура:
Возьмите маленькую круглую флуоресцентную лампу и поместите ее в микроволновую печь. Запустите микроволновую печь и посмотрите, излучает ли лампочка свет.
Примечание. Мы считаем, что этот эксперимент безопасен для микроволновой печи, особенно если вы проводите его только в течение короткого времени. Однако делайте это на свой страх и риск.
Материалы и оборудование:
Список материалов зависит от вашего окончательного плана эксперимента.
Результаты эксперимента (наблюдение):
Эксперименты часто проводятся сериями. Можно провести серию экспериментов, каждый раз изменяя одну переменную на разную величину. Серия экспериментов состоит из отдельных экспериментальных «прогонов». Во время каждого прогона вы измеряете, насколько переменная повлияла на изучаемую систему. Для каждого прогона используется разная величина изменения переменной. Это приводит к разной реакции системы. Вы измеряете этот ответ или записываете данные в таблицу для этой цели. Это считается «необработанными данными», поскольку они еще не обработаны и не интерпретированы. Например, когда необработанные данные обрабатываются математически, они становятся результатами.
Расчеты:
Запишите свои расчеты в отчеты.
Сводка результатов:
Подведите итог тому, что произошло. Это может быть в виде таблицы обработанных числовых данных или графиков. Это также может быть письменное изложение того, что произошло во время экспериментов.
На основе расчетов с использованием зарегистрированных данных составляются таблицы и графики. Изучая таблицы и графики, мы можем увидеть тенденции, которые говорят нам, как различные переменные влияют на наши наблюдения. На основании этих тенденций можно сделать выводы об изучаемой системе. Эти выводы помогают нам подтвердить или опровергнуть нашу первоначальную гипотезу. Часто математические уравнения можно составить из графиков. Эти уравнения позволяют нам предсказать, как изменение повлияет на систему, без необходимости проведения дополнительных экспериментов. Продвинутые уровни экспериментальной науки в значительной степени зависят от графического и математического анализа данных. На этом уровне наука становится еще более интересной и мощной.
Заключение:
Используя тенденции в ваших экспериментальных данных и ваших экспериментальных наблюдениях, попытайтесь ответить на ваши первоначальные вопросы. Верна ли ваша гипотеза? Настало время собрать воедино то, что произошло, и оценить проведенные вами эксперименты.
Вопросы и ответы по теме:
То, что вы узнали, может помочь вам ответить на другие вопросы. Многие вопросы связаны. Во время экспериментов у вас могло возникнуть несколько новых вопросов. Теперь вы можете понять или проверить то, что вы обнаружили при сборе информации для проекта. Вопросы ведут к большему количеству вопросов, которые приводят к дополнительным гипотезам, которые необходимо проверить.
Возможные ошибки:
Если вы не заметили ничего отличного от того, что произошло с вашим элементом управления, переменная, которую вы изменили, может не повлиять на исследуемую систему. Если вы не наблюдали последовательную, воспроизводимую тенденцию в вашей серии экспериментальных запусков, возможно, экспериментальные ошибки повлияли на ваши результаты.
Первое, что нужно проверить, это то, как вы делаете свои измерения. Является ли метод измерения сомнительным или ненадежным? Возможно, вы неправильно читаете показания весов, или, возможно, измерительный прибор работает хаотично.
Если вы обнаружите, что ошибки эксперимента влияют на ваши результаты, тщательно переосмыслите план своих экспериментов. Просмотрите каждый шаг процедуры, чтобы найти источники потенциальных ошибок. Если возможно, попросите ученого просмотреть процедуру вместе с вами. Иногда автор эксперимента может упустить очевидное.
Ссылки:
Список ссылок
http://www.howstuffworks.com/fluorescent-lamp1.htm
Принцип работы люминесцентного светильника Starter
Содержание
- Состав стартера
- Принцип работы стартера
- Другие компоненты люминесцентной лампы
- Зачем стартеру в люминесцентной лампе нужен параллельный конденсатор
- Что такое газовая лампа
- Что 9 недостатки люминесцентных ламп
- преимущества люминесцентных ламп
- Related Posts
Состав стартера
Состав стартера можно разделить на: стеклянную колбу, наполненную неоновым газом, статический контактный элемент и подвижный контактный элемент.
Контактная часть биметаллическая.
Принцип работы стартера
Принцип работы: при включенном выключателе напряжение питания немедленно добавляется к двум полюсам стартера через балласт и нить накала лампы. Напряжение 220 В мгновенно ионизирует инертный газ стартера и создает тлеющий разряд.
Тепло этого процесса заставляет биметаллическую деталь расширяться. Поскольку степень расширения подвижного и статического контактных элементов различна, U-образный подвижный контактный элемент расширяется и удлиняется и контактирует со статическим контактным элементом для соединения цепи, поэтому два полюса балласта соприкасаются. Ток проходит через балласт, контакт стартера и два конца нити накала, образуя путь. В это время, поскольку два полюса стартера замкнуты и напряжение между двумя полюсами равно нулю, неоновый газ в стартере перестает проводить ток и тлеющий разряд исчезает, что приводит к падению температуры в трубке, U-образной форме. подвижный контакт охлаждается и сжимается, два контакта разъединяются, и цепь автоматически размыкается.
В момент, когда два полюса разъединены, ток в цепи внезапно отключается, и балласт создает большую самоиндуцируемую электродвижущую силу, которая действует на оба конца трубки после наложения напряжения питания. Когда нить нагревается, испускается большое количество электронов. Под действием высокого напряжения на обоих концах лампы они с большой скоростью перемещаются от конца с низким потенциалом к концу с высоким потенциалом. В процессе ускорения молекулы аргона в трубке сталкиваются и быстро ионизируются. Аргон ионизируется для выделения тепла, которое заставляет ртуть выделять пар, а затем пары ртути ионизуются и испускают интенсивный ультрафиолетовый свет.
При возбуждении ультрафиолетовым светом люминофор внутри стенки трубки излучает почти белый видимый свет. После люминесцентная лампа библиотеки загорается нормально. Поскольку переменный ток непрерывно проходит через катушку балласта, в катушке создается ЭДС самоиндукции, которая препятствует изменению тока в катушке.
В это время балласт играет роль снижения напряжения и ограничения тока, так что ток стабилен в диапазоне номинального тока лампы, а напряжение на обоих концах лампы также стабильно в диапазоне номинального рабочего напряжения.
Поскольку это напряжение ниже напряжения ионизации пускателя, пускатель, подключенный параллельно с обоих концов, больше не будет работать. В пускателе тоже есть конденсатор, который стоит параллельно неоновому пузырю. Его функция заключается в поглощении гармоник, генерируемых тлеющим разрядом, чтобы не влиять на нормальную работу телевизора, радио, аудио, мобильного телефона и другого оборудования. Это также может сделать так, чтобы подвижные и статические контакты не давали искры, когда они разделены, чтобы избежать возгорания контактов. Без конденсатора стартер тоже может работать.
Другие компоненты люминесцентной лампы
Трубка
Нить накала, трубка, заполненная аргоном и тонкими парами ртути, стенка трубки с люминофором, в зависимости от газа, люминофор излучает разные цвета света.
Балласт
Балласт
Катушка с железным сердечником имеет большую собственную индуктивность. Чтобы сделать газ в трубке проводящим, требуется напряжение намного выше 220 В. Следовательно, люминесцентная лампа нуждается в гораздо более высоком мгновенном напряжении, чем напряжение источника питания при освещении. Когда люминесцентная лампа загорается нормально, сопротивление трубки становится очень маленьким, и через нее проходит только небольшой ток. Если ток слишком сильный, лампа перегорит, а напряжение, подаваемое на трубку, должно быть ниже напряжения источника питания, эти два требования достигаются за счет балластов, включенных последовательно с лампой.
Зачем стартеру в люминесцентной лампе нужен параллельный конденсатор
(1) Функция конденсатора в стартере: мгновенное увеличение напряжения, чтобы ток мог разрушить неоновый газ в трубке, чтобы сформировать путь для трубки. Конденсатор используется для зарядки и разрядки.
(2) Принцип работы пускового конденсатора: зарядка при включенном пускателе, разрядка при выключенном пускателе и расщепление неона в трубке.
Если снять стартер при включенной лампе, лампа не погаснет, потому что лампа Неоновый газ в трубке расщепился и образовал путь.
Детали: При включении выключателя напряжение питания сразу подается на два полюса стартера через балласт и нить накала лампы. Напряжение 220 вольт моментально ионизирует инертный газ стартера, генерируя тлеющий разряд. Тепло тлеющего разряда заставляет биметаллический лист нагреваться и расширяться, и два полюса соприкасаются. Ток проходит через балласт, контакт стартера и нити на обоих концах, образуя путь. Нить накала быстро нагревается током и испускает много электронов. В это время, поскольку два полюса стартера замкнуты, напряжение между двумя полюсами равно нулю, тлеющий разряд исчезает, а температура в трубке снижается; биметаллическая пластина автоматически сбрасывается, и два полюса разъединяются. В тот момент, когда два полюса разъединяются, ток в цепи внезапно отключается, и балласт создает большую самоиндуцируемую электродвижущую силу, которая действует на оба конца трубки после наложения напряжения питания.
Большое количество электронов, испускаемых при нагреве нити накала, движется от конца с низким потенциалом к концу с высоким потенциалом с большой скоростью под действием высокого напряжения на обоих концах трубки лампы. В процессе разгона он сталкивается с молекулами аргона в трубке, вызывая их быструю ионизацию. Ионизация аргона генерирует тепло, а тепло заставляет ртуть образовывать пары, а затем пары ртути также ионизуются и испускают сильные ультрафиолетовые лучи. Люминофор в стенке трубки при возбуждении ультрафиолетовыми лучами излучает почти белый видимый свет.
После нормального свечения люминесцентной лампы. Поскольку переменный ток непрерывно проходит через катушку балласта, в катушке создается ЭДС самоиндукции, которая препятствует изменению тока в катушке. В это время балласт действует как понижающая и ограничивающая ток функция для стабилизации тока в пределах номинального диапазона тока лампы. Внутри напряжение на трубке лампы также стабильно в пределах номинального диапазона рабочего напряжения.
Поскольку это напряжение ниже напряжения ионизации пускателя, пускатели, включенные параллельно с обоих концов, уже не работают.
Что такое газовая лампа
Газовая лампа герметизирует процесс разряда между электродами в колбе, поэтому ее также называют герметичным источником света с дуговым разрядом. Он имеет характеристики стабильного излучения, высокой мощности и высокой светоотдачи. Поэтому он играет важную роль в освещении, фотометрии и спектроскопии. Существует множество типов газовых фонарей. Лампы могут быть заполнены различными газами или парами металлов, такими как аргон, неон, водород, гелий, ксенон и другие газы, а также ртуть, натрий, галогениды металлов и т. д., тем самым образуя разнообразные источники ламп с различными разрядными средами.
Принцип работы газовой лампы
В трубке лампы всегда есть заряженные частицы, которые движутся и ускоряются к соответствующему электроду под действием электрического поля. Ускоренные частицы ударяются о молекулы газа в трубке, ионизируя их, тем самым увеличивая свободный заряд в трубке.
Некоторые из них достигают и ударяются об электрод, испуская вторичные электроны, достаточные для того, чтобы возбудить газ и излучать свет от электрода; а другая часть взаимодействует с молекулами газа при их движении. Они сталкиваются, или ионизируют их, или заставляют их излучать свет, образуя тлеющий разряд.
Типы газовых фонарей
При заполнении одним и тем же материалом могут быть изготовлены различные газовые фонари из-за разной конструкции. Например, ртутные лампы можно разделить на: ртутные лампы низкого давления, давление в трубке менее 0,8 Па, их можно разделить на тип тлеющего разряда с холодным катодом и два типа дугового разряда с горячим катодом. Ртутная лампа высокого давления, давление в трубке от 1 до 5 атмосфер, светоотдача лампы может достигать 40-50лм/Вт. Ртутная лампа сверхвысокого давления, давление в трубке может достигать от 10 до 200 атмосфер. Другой пример — длинная дуга и короткая дуга в неоновых лампах. Все они имеют свою светоотдачу, силу света, спектральные характеристики, пусковую схему и специфическую структуру.
Каковы недостатки люминесцентных ламп
Недостаток 1: большой объем, можно использовать только для основного освещения
Люминесцентные лампы должны иметь определенную длину диаметра трубки из-за их светоизлучающего принципа. Поэтому объем корпуса лампы относительно велик, а конструкция лампы сложна. Как правило, его можно использовать только для основного освещения и нельзя использовать для акцентного освещения.
Недостаток 2: общая цветопередача
Индекс отображения люминесцентных ламп хороший или плохой, а его цветопередача зависит от типа люминофора. Если люминофор в лампе люминофор с пятью основными цветами, индекс отображения может достигать 90+ (но цена будет относительно дороже).
Недостаток 3: Диммировать сложнее
Люминесцентные лампы можно диммировать, но технология управления значительно сложнее, чем у ламп накаливания и требует специальных приводных устройств.
Недостаток 4: Строб
Это самая смертоносная точка люминесцентного стробоскопа.
Конечно, поскольку газоразрядная лампа имеет стробоскопическое явление, это вызвано периодическим изменением тока.
Недостаток 5: электромагнитные помехи
Из-за наличия электроприборов в газоразрядной лампе могут возникать более или менее электромагнитные помехи. В некоторых случаях, когда требуется использование продуктов, не создающих электромагнитных помех, таких как студии звукозаписи, операционные и т. д., люминесцентные лампы не подходят для использования.
В чем преимущества люминесцентных ламп
Преимущество 1: Высокая светоотдача
Световая отдача люминесцентных ламп очень высока, до 104 люмен на ватт. Если вам нужна более высокая внешняя освещенность, вы можете выбрать этот тип источника света с более высокой эффективностью.
Преимущество 2: высокий уровень сохранения светового потока, слабое затухание света
При условии, что срок службы люминесцентных ламп достиг 8000 часов, некоторые высококачественные люминесцентные лампы могут проработать более 9 часов.
