Лампы. Какие выбрать? Устройство и принцип работы ламп.

Работа любого осветительного прибора невозможна без источника света. Приобретая светильник, важно знать, какие лампы к нему подойдут. Лампы бывают разной формы, разной мощности, разным цоколем и т.д. Разберемся подробно в классификации ламп.

По принципу работы лампы делятся на:

  • Лампы накаливания, в т.ч. галогенные
  • Газоразрядные
  • Светодиодные

Лампа накаливания

Самая распространенная лампа.

Состоит из цоколя и стеклянной колбы, в которой отсутствует воздух, либо колба наполнена газом. Внутри лампы находится вольфрамовая нить накала, она очень сильно нагревается при прохождении через нее электрического тока и излучает свет.

Достоинства лампы накаливания:
  • Низкая стоимость
  • Мгновенно запускается
  • Не содержит паров ртути
  • Работает при любой температуре окружающего воздуха
  • Излучает естественный свет
  • Совместима с диммерами (устройствами для плавного регулирования яркости лампы)
Недостатки ламп накаливания:
  • Очень низкий КПД. 95% потребляемой электроэнергии идет на нагрев
  • Недолговечность. Срок службы составляет 1000 часов
  • Теряется яркость в процессе эксплуатации. Это связано с испарением вольфрама и оседанием его на внутренней стороне колбы лампы, вследствие чего лампочка мутнеет

Галогенная лампа

Это разновидность лампы накаливания с аналогичным принципом работы. Разница лишь в том, что колба таких ламп изготавливается очень малого размера и содержит внутри себя пары брома или йода.

В лампе накаливания, как было описано выше, происходит испарение вольфрама и осаждение его на колбе с внутренней стороны. Пары брома или йода не дают осаживаться испарившемуся вольфраму на стеклянную колбу, и как бы «возвращают» его обратно на нить накала. Небольшой размер колбы объясняется тем, что процесс, описанный выше, может происходить только в колбе небольшого объема с очень близко расположенной нитью накала. В связи с тем, что вольфрамовая нить расположена очень близко к колбе, возникает очень сильный нагрев лампы, который достигает 500°C. Поэтому важно, чтобы на лампе при установке не оставалось жирных следов от пальцев. Дело в том, что в месте загрязнения лампы происходит большой местный нагрев, возникают микротрещины на стекле и лампа выходит из строя раньше заявленного срока. Устанавливать галогенные лампы можно только в специальных перчатках, либо через кусок ткани.

Достоинства галогенных ламп:
  • Те же, что и у ламп накаливания
  • Увеличенный срок службы, который составляет 4000 часов
  • Яркость практически не теряется в процессе эксплуатации
  • Светоотдача выше, чем у ламп накаливания
Недостатки галогенных ламп:
  • Очень сильный нагрев
  • Чувствительны к перепадам напряжения, сокращается срок службы

Люминесцентные лампы.

На смену лампам накаливания пришли люминесцентные лампы, или как многие их называют «энергосберегающие». Такие лампы способны выдать тот же световой поток, что и лампа накаливания, потребляя в 5 раз меньше электроэнергии. Например, люминесцентная лампа мощностью 15 Вт будет аналогична 75 Ваттной лампе накаливания. Люминесцентная лампа состоит из цоколя и колбы. Колба выполнена из стекла и наполнена инертным газом с добавлением паров ртути. Внутренняя поверхность колбы покрыта люминофором. В результате работы лампы возникает ультрафиолетовое излучение. Люминофор преобразует это излучение в видимый нам свет. В компактных люминесцентных лампах (КЛЛ) с цоколем E27 и E14 имеется встроенная электронная пускорегулирующая аппаратура (ЭПРА), необходимая для запуска лампы. Без ЭПРА работа таких ламп невозможна, и если ЭПРА выходит из строя, то лампа, что называется «перегорает». Поэтому люминесцентные лампы прослужат дольше всего, если будут непрерывно находиться во включенном состоянии, нежели постоянно включаться/выключаться.

Существуют люминесцентные лампы и с внешним ЭПРА, они используются, например, в светильниках типа «Армстронг». В случае выхода из строя ЭПРА, он подлежит замене.

Достоинства люминесцентных ламп:
  • Высокий КПД, в 5 раз выше, чем у ламп накаливания.
  • Меньший нагрев колбы, по сравнению с лампами накаливания
  • Срок службы 6000 часов, что в 6 раз больше, чем у ламп накаливания
Недостатки люминесцентных ламп:
  • Зажигаются не мгновенно
  • Не совместимы с диммерами
  • Содержат опасные пары ртути и должны специальным образом утилизироваться
  • При низких температурах возможны проблемы с запуском таких ламп
  • Самопроизвольное мерцание выключенной лампы. Происходит, как правило, если присутствует выключатель со световой индикацией. Объясняется тем, что лампа имеет значительную электрическую ёмкость, и даже при небольшой утечке тока эта емкость заряжается. В дальнейшем происходит разряд на электроды лампы, происходит кратковременная вспышка. Чем больше утечка тока, тем чаще будут наблюдаться вспышки света. Такое явление негативно сказывается на сроке службы лампы, а также может очень сильно раздражать, например, ночью.

Светодиодные лампы.

Это еще одна разновидность энергосберегающих ламп.Источником света в таких лампах являются светодиоды, которые помещены в колбу. В корпусе лампы размещается электронный драйвер, который является преобразователем питания.

В процессе работы светодиод вырабатывает тепло, и если он не будет охлаждаться, либо охлаждаться не достаточно, то через некоторое время выйдет из строя или существенно снизится яркость. Чтобы охладить плату со светодиодами на лампах предусмотрены радиаторы. Наиболее эффективным является алюминиевый радиатор, который может быть с ребрами, а может быть и гладким. Гладкий радиатор применяется в недорогих и маломощных лампах. Керамические радиаторы также используются для охлаждения светодиодов и являются весьма эффективными. Встречается также радиатор из алюминия, покрытого пластиком. Пластиковые радиаторы являются самыми неэффективными и, как правило, не вырабатывают свой ресурс.

Выбирая светодиодную лампу не гонитесь за дешевизной. Обратите внимание на радиатор. Отдайте предпочтение лампам с алюминиевым или керамическим радиатором, либо алюминий + пластик. Возьмите лампу в руку. Качественная лампа с алюминиевым радиатором будет заметно тяжелее пластиковой.

Достоинства светодиодных ламп
  • Низкое энергопотребление. Потребляют в 10 раз меньше электроэнергии, чем лампы накаливания и в 5 раз меньше, чем люминесцентные
  • Долгий срок службы. От 25000 часов и более
  • Самая низкая температура корпуса, по сравнению с лампами накаливания и люминесцентными лампами
  • Не требуют специальной утилизации, так как не содержат паров ртути
Недостатки светодиодных ламп:
  • Стоимость качественных светодиодных ламп выше, чем у ламп накаливания и люминесцентных. В дальнейшем затраты на приобретение таких ламп с лихвой компенсируются экономией электроэнергии
  • Деградация светодиодов при недостаточном охлаждении

Классификация ламп по форме:
  • Грушевидные. Лампы общего назначения. Используются в качестве источника света в люстрах, закрытых светильниках и т.д.
  • Шарообразные. Лампы общего назначения. Используются в качестве источника света в люстрах, закрытых светильниках и т.д.
  • Свеча. Используется в люстрах и светильниках, где плафон отсутствует, а также в узких плафонах.
  • Свеча на ветру. Декоративная лампа. Используется в люстрах и светильниках, где плафон отсутствует.
  • Рефлекторного типа. Используется в точечных светильниках. Дает направленный свет.
  • Капсульного типа. Галогенные и светодиодные лампы с цоколем G9 и G4
  • Спираль. Компактные люминесцентные лампы общего назначения
  • Таблетка. Используется в точечных светильниках.

Все виды форм лампочек на рисунке ниже.

Виды цоколей ламп.

Самые распространенные виды цоколей – это резьбовые и штырьковые.

Резьбовой цоколь маркируется буквой E и двумя цифрами, обозначающими диаметр цоколя в миллиметрах. Это самый распространенный тип цоколя, используется в большинстве осветительных приборов. С резьбовым цоколем выпускаются все виды ламп. Основные виды резьбовых цоколей:

  • E27. Диаметр резьбовой части 27 мм.
  • E14 (миньон). Диаметр резьбовой части 14 мм.
  • E40. Диаметр резьбовой части 40 мм.

Штырьковые цоколи.

Цоколь лампы соединяется с патроном при помощи штырьков. Маркировка начинается с буквы G с одной и более цифрами. Цифры обозначают расстояние между штырьками. После буквы G в маркировке могут присутствовать буквы U X Y Z, которые определяют модификацию конструкции. Например, лампы G5.3 и GX5.3 не взаимозаменяемы. Типы штырьковых цоколей в таблице ниже.

Тип

Расстояние междуконтактами, мм

G4 GU4 GY4

4

G5

5

G5. 3 GU5.3 GX5.3

5.3

GY6.35

6.35

G9

9

GZ10

10

G13

13

G53 GU53 GX53

53


  • G4. Используется в галогенных и светодиодных миниатюрных лампах напряжением 12В, 24В, 220В
  • G9. Используется в галогенных и светодиодных миниатюрных лампах напряжением 12В, 24В, 220В
  • G5. Используется в трубчатых лампах
  • GU5.3. Софитная лампа, используется в точечных светильниках
  • GU10. На концах штырьков имеются утолщения для фиксации лампы в патроне путем поворачивания

Демонстрации физики: Призрачная лампочка

Некоторые из самых зрелищных демонстраций физики основаны на удивительно простой науке. На протяжении всей истории, например, очень простая оптика использовалась с большим эффектом, чтобы напугать и удивить публику (см. , например, «Фантасмагорию» Робертсона). Недавно я наткнулся на такую ​​демонстрацию на YouTube и решил сделать свою версию, как показано ниже.

Мне нравится называть это «фантомной иллюзией лампочки» [1]. Его работу можно увидеть в конце видео и описать следующим образом. Функционирующая лампочка помещается в перевернутый патрон внутри коробки, а точно такой же патрон находится прямо над ним. Когда лампочка включена и ящик находится в нужном месте, вогнутое зеркало перед ящиком создает реальное изображение, лежащее прямо над ним. Пока между наблюдателем и зеркалом сохраняется пустое гнездо, изображение останется на своем месте.

Это, вкратце, как иллюзия работает, но не объясняет почему она работает — то есть какая лежащая в основе оптика создает изображение в нужном месте?

Какая прекрасная возможность для меня объяснить немного геометрической оптики! К концу этого поста я опишу основную теорию формирования изображения в вогнутых зеркалах, и, надеюсь, мы действительно поймем, почему работает «фантомная иллюзия лампочки».

Хотя сегодня мы знаем, что свет имеет как волновое, так и корпускулярное поведение, их на удивление трудно наблюдать без тщательно подготовленной экспериментальной установки. Для большинства мирских наблюдений за светом достаточно рассматривать свет как поток линейных лучей, которые исходят от источника по прямым линиям, которые отклоняются только тогда, когда они сталкиваются с какой-либо материей. Этой модели поведения света было достаточно, чтобы объяснить большинство наблюдений буквально за тысячи лет, и мы наблюдаем каждый день. Его можно увидеть явно, например, когда солнечный свет пробивается сквозь облака, как показано ниже.

Лучи света, пробивающиеся сквозь облака у монумента Вашингтона, через пользователя Andypham3000 в Википедии.

В геометрической оптике с лучом света могут происходить только две вещи: когда он отражается от гладкой поверхности с высокой отражающей способностью, он отражается, а когда он отражается от гладкой прозрачной поверхности, он преломляется. При отражении угол отражения луча света равен углу падения. При преломлении световой луч меняет направление при попадании в прозрачную среду.

Иллюстрация закона отражения. Пунктирная линия представляет собой перпендикуляр к поверхности.

Поскольку мы работаем с зеркалом, нам нужно будет заняться только отражением [2], чтобы объяснить «фантомную лампочку».

Для изогнутого зеркала закон отражения сохраняется в каждой точке. Луч света отражается вокруг линии, локально перпендикулярной поверхности, которая в каждом месте различна. Это означает, что параллельные лучи света на разной высоте будут отражаться от зеркала под разными углами и двигаться в разных направлениях. Ниже у нас есть иллюстрация горизонтальных лучей, отражающихся от сферического зеркала.

 

Красные линии обозначают световые лучи, идущие параллельно горизонтальной оси зеркала, а пунктирные линии обозначают перпендикуляр к поверхности зеркала в различных местах. Штриховые линии идут от центра кривизны зеркала (центра сферы, из которой «вырезано» зеркало) к точкам попадания лучей на поверхность; видно, что угол падения лучей всегда равен углу отражения.

Но происходит еще кое-что интересное: каждый параллельный луч, падающий на зеркало, отражается обратно и проходит через одну и ту же точку на оси зеркала, обозначенную ф . Если мы поместим лампочку очень-очень далеко от зеркала, она даст почти параллельные лучи, и эти параллельные лучи сойдутся в точке f , создав яркое световое пятно. Эта точка f называется фокусом зеркала, и из рисунка видно, что она находится посередине между поверхностью зеркала и центром кривизны.

Мы также можем представить, что делаем снимок выше и меняем направление стрелок на обратное. Это меняет местами «углы падения» и «углы отражения», но поскольку эти углы одинаковы, картина не меняется! Другими словами, любой луч, проходящий через фокальную точку на пути к зеркалу, будет отражаться параллельно горизонтальной оси.

Только с этими двумя лучами у нас теперь достаточно информации, чтобы определить местонахождение любого изображения, создаваемого вогнутым зеркалом! Давайте сначала представим, что у нас есть объект (представленный стрелкой) на расстоянии, большем, чем f от зеркала. Мы представляем себе, что свет выходит из кончика стрелы со всех сторон; однако мы следуем только за двумя лучами, которые умеем рисовать.

 

Мы обнаружили, что свет от объекта перефокусируется в увеличенное перевернутое изображение, лежащее за точкой кривизны  С . Изображение известно как реальное изображение , поскольку на самом деле свет проходит через наблюдаемое изображение, как показано на диаграмме.

Можно также рассмотреть и другое обстоятельство, когда объект находится в пределах фокусного расстояния, но должен быть немного изобретателен. В отличие от предыдущего случая, ни один луч не проходит сначала через фокальную точку, а затем попадает на зеркало; луч, отражающийся параллельно, — это тот, который при продолжении назад (толстая пунктирная линия) попадает в фокус.


Еще одно (кажущееся) осложнение: наши два луча никогда не пересекаются! Они отдаляются друг от друга после удара о зеркало. Однако если мы проведем в самом зеркале воображаемые (тонкие пунктирные) линии, то увидим, что они как бы пересекаются внутри зеркала, образуя вертикальное увеличенное изображение. Это виртуальное изображение — внутри зеркала на самом деле нет света — похожее на виртуальное изображение, которое мы обычно видим в плоском зеркале.

 

Вы можете проверить эти свойства вогнутой линзы, если у вас есть вогнутое зеркало для макияжа; такие зеркала хорошо подходят для нанесения макияжа из-за увеличения вертикального виртуального изображения.

Теперь мы возвращаемся к нашей иллюзии! Предположим, что мы поместили объект точно под точкой  C . Снова рисуя наши лучи, мы видим следующее.

Наш объект создает перевернутое реальное изображение почти точно такого же размера и почти в том же горизонтальном положении!

Это оптическая физика, лежащая в основе иллюзии «фантомной лампочки» — объект, помещенный прямо в центр кривизны вогнутой линзы, создаст реальное перевернутое неувеличенное изображение в том же месте.

Однако существует некоторая дополнительная сложность, связанная с простой картиной геометрической оптики, данной здесь. Если вы посмотрите на мою лучевую картину оптической иллюзии, приведенную выше, вы заметите, что лучи , а не проходят прямо через фокальную точку, а вместо этого падают на ось немного левее. Оказывается, что утверждение «все параллельные лучи проходят через фокальную точку» является лишь приближением, причем приближением, которое ухудшается, если параллельные лучи находятся дальше от оси. Это явление известно как сферическая аберрация и является неотъемлемым ограничением сферических зеркал, которые не являются лучшими зеркалами для фокусировки и визуализации! Эту проблему легко увидеть, рассмотрев полусферическое зеркало и нарисовав луч, падающий очень высоко на край зеркала.

 

Луч падает на поверхность зеркала под углом скольжения и не отражается достаточно, чтобы попасть в фокус! На самом деле сферические зеркала не являются совершенными формирующими изображение устройствами, и правило, что «каждый параллельный луч проходит через точку фокуса», является лишь приблизительным для лучей, достаточно близких к центральной оси.

Теперь я должен признаться, что я сжульничал, рисуя свои ранние картины! Когда я нарисовал все параллельные лучи, проходящие прямо через фокус, я предположил, что так и сделали, и соответственно нарисовал картинку. Однако этого приближения достаточно для базового описания и понимания геометрической оптики.

И что может быть лучше, чем закончить запись в блоге об иллюзии, чем признаться в собственном маленьком обмане?

***********

[1] Впервые я увидел его на YouTube, где он упоминается как иллюзия известного китайского фокусника Фу Линг Ю. По, надеюсь, очевидным причинам, я не хочу увековечивать каламбур на расовой почве.

[2] Я подробно рассказываю о преломлении в посте «Основы оптики» для тех, кто хочет узнать больше.

Нравится:

Нравится Загрузка…

Quia — Отражения и зеркала

A B
Лампочка помещается перед зеркалом, но слева от него. Где нужно стоять, чтобы не видеть отражения лампочки? Слева от зеркала или где-нибудь за ним.
Что такое принцип Ферма? Свет идет по пути, который требует кратчайшего времени для перемещения из одной точки в другую.
Как называется линия, проведенная перпендикулярно поверхности? Нормаль
Как называется угол между лучом, падающим на зеркало, и нормалью? Угол падения
Как называется угол между нормалью и отраженным лучом? Угол отражения
Что такое закон отражения? Угол падения равен углу отраженияl
Что такое мнимое изображение? Изображение, которое кажется за зеркалом, созданным посредством отражения.
Как называется зеркало, выгнутое наружу? Выпуклое зеркало
Как называется зеркало, изогнутое внутрь? Вогнутое зеркало
Какой размер мнимого изображения в выпуклом зеркале относительно объекта? Меньше
Какого размера мнимое изображение в вогнутом зеркале относительно объекта? Больше
Какого размера мнимое изображение в плоском зеркале относительно объекта? Одинакового размера
Находится ли мнимое изображение в выпуклом зеркале ближе, дальше или равноудалено от зеркала, чем объект? Ближе
Находится ли мнимое изображение в вогнутом зеркале ближе, дальше или равноудалено от зеркала, чем объект? Дальний
Кто выдвинул принцип, что свет проходит кратчайший путь из одной точки в другую? Ферма (произносится как «Фер-мах»)
Если угол падения равен 30 градусам, каков угол отражения? 30 градусов
Как называется процесс рассеяния света на шероховатой поверхности? Рассеянное отражение
Если луч света падает на лист бумаги под углом 30 градусов, каков будет угол его отражения? Это зависит от формы бумаги, на которую падает свет.

Related Posts

Leave A Comment