Výbojka - Gas-discharge lamp
 | tento článek potřebuje další citace pro ověření. (Prosince 2014) (Zjistěte, jak a kdy odstranit tuto zprávu šablony) |
Výbojky jsou rodina umělých světelných zdrojů, které generují světlo zasláním elektrický výboj přes ionizovaný plyn, a plazma. Typicky takové lampy používají a ušlechtilý plyn (argon, neon, krypton, a xenon ) nebo směs těchto plynů. Některé obsahují další látky, jako rtuť, sodík, a kov halogenidy, které se během spuštění odpaří a stanou se součástí směsi plynů. Za provozu jsou některé elektrony nuceny opustit atomy plynu v blízkosti anoda podle elektrické pole aplikováno mezi oběma elektrodami, přičemž tyto atomy zůstávají kladně ionizovaný. Takto uvolněné volné elektrony proudily na anodu, zatímco kationty takto vytvořené jsou zrychleny elektrickým polem a proudí směrem k katoda. Typicky po cestě na velmi krátkou vzdálenost se ionty srazí s atomy neutrálního plynu, které přenášejí své elektrony na ionty. Atomy, které při srážkách ztratily elektron, ionizují a otáčejí se směrem ke katodě, zatímco ionty, které při srážkách získaly elektron, se vracejí do nižší energetický stav při uvolňování energie ve formě fotony. Je tedy emitováno světlo charakteristické frekvence. Tímto způsobem jsou elektrony přenášeny plynem z katody na anodu. Barva vyprodukovaného světla závisí na emisní spektra atomů tvořících plyn, stejně jako tlak plynu, proudová hustota a další proměnné. Plynové výbojky mohou produkovat širokou škálu barev. Některé lampy produkují ultrafialový záření, které je přeměněno na viditelné světlo pomocí a fluorescenční povlak na vnitřní straně skleněného povrchu lampy. The zářivka je možná nejznámější výbojka.
Ve srovnání s žárovky, výbojky nabízejí vyšší účinnost,[1][2] ale jsou složitější na výrobu a většina z nich je vystavena negativní odpor, což způsobí, že se odpor v plazmě sníží se zvyšujícím se proudem. Proto obvykle vyžadují pomocné elektronické zařízení, jako je předřadníky k řízení toku proudu plynem a zabránění úniku proudu (oblouk blesk ). Některé výbojky mají také znatelnou dobu spuštění, aby dosáhly svého plného světelného výkonu. Přesto byly kvůli jejich vyšší účinnosti upřednostňovány výbojky žárovky v mnoha osvětlovacích aplikacích až do nedávných vylepšení v LED lampa technologie.
Dějiny
Historie výbojek začala v roce 1675, kdy francouzský astronom Jean-Felix Picard si všiml, že prázdné místo v jeho rtuti barometr zářil, když rtuť vrtěla, zatímco nesl barometr. Vyšetřovatelé, včetně Francis Hauksbee, se pokusili zjistit příčinu jevu. Hauksbee poprvé předvedl výbojku v roce 1705. Ukázal, že evakuovaný nebo částečně evakuovaný skleněný glóbus, do kterého umístil malé množství rtuti, nabitý statickou elektřinou, mohl produkovat dostatečně jasné světlo pro čtení. Fenomén elektrického oblouku poprvé popsal Vasily V. Petrov v roce 1802; Vážený pane Humphry Davy ve stejném roce předvedl elektrický oblouk na Královská instituce Velké Británie. Od té doby byly výbojové světelné zdroje prozkoumány, protože vytvářejí světlo z elektřiny podstatně efektivněji než žárovky.
Otcem nízkotlaké plynové výbojky byl německý sklář Heinrich Geissler, který od roku 1857 vybudoval barevné umělecké dílo studená katoda trubice s různými plyny v nich, které zářily mnoha různými barvami, tzv Geisslerovy trubky. Bylo zjištěno, že inertní plyny jako vzácné plyny neon, argon, krypton nebo xenon, stejně jako oxid uhličitý fungoval dobře v tubách. Tuto technologii prodal francouzský inženýr Georges Claude v roce 1910 a stal se neonové osvětlení, použito v neonové nápisy.
Zavedení kovové parní lampy, včetně různých kovů do výbojky, bylo pozdějším pokrokem. Teplo z plynového výboje se odpařilo z části kovu a výboj je potom produkován téměř výhradně kovovými parami. Obvyklé kovy jsou sodík a rtuť vzhledem k jejich viditelné emisi spektra.
Sto let výzkumu později vedlo k lampám bez elektrod, které jsou místo toho napájeny mikrovlnnými nebo vysokofrekvenčními zdroji. Kromě toho byly vytvořeny světelné zdroje s mnohem nižším výkonem, které rozšiřují aplikace výbojkového osvětlení na domácí nebo vnitřní použití.
Barva
Každý plyn v závislosti na své atomové struktuře vydává určité vlnové délky emisní spektrum, která určuje barvu světla z lampy. Jako způsob hodnocení schopnosti světelného zdroje reprodukovat barvy různých předmětů osvětlených zdrojem, Mezinárodní komise pro osvětlení (CIE) představil Index vykreslení barev (CRI). Některé výbojky mají relativně nízkou CRI, což znamená, že barvy, které osvětlují, se podstatně liší od toho, jak vypadají na slunci nebo při jiném osvětlení s vysokým CRI.
| Plyn | Barva | Spektrum | Poznámky | obraz |
|---|---|---|---|---|
| Hélium | Bílý na oranžový; za určitých podmínek může být šedá, modrý nebo zeleno modrá. |  | Používají umělci pro speciální osvětlení. |  |
| Neon | Červený pomeranč |  | Intenzivní světlo. Používá se často v neonové nápisy a neonové lampy. |  |
| Argon | fialový na světle levandulově modrou |  | Často se používá společně s parami rtuti. |  |
| Krypton | Šedá, špinavě bílá na zelená. Při vysokých špičkových proudech jasně modrobílý. |  | Používají umělci pro speciální osvětlení. |  |
| Xenon | Šedá nebo modrošedá, dim bílý. Při vysokých špičkových proudech velmi jasný zeleno modrá. |  | Použito v záblesky, xenonové HID světlomety, a xenonové obloukové výbojky. |  |
| Dusík | Podobně jako argon, ale matnější, více růžový; při vysokých špičkových proudech jasně modrobílá |  |  | |
| Kyslík | fialový na levandule, tlumenější než argon |  |  | |
| Vodík | Levandule při nízkých proudech, růžový na purpurová nad 10 mA |  |  | |
| Vodní pára | Podobně jako vodík, stmívač | |||
| Oxid uhličitý | Modrobílá až růžový, v nižších proudech jasnějších než xenon | Použito v lasery na bázi oxidu uhličitého. |  | |
| Rtuťová pára | Světle modrá, intenzivní ultrafialový |  Ultrafialový nezobrazeno | V kombinaci s fosfory slouží ke generování mnoha barev světla. Široce používán v rtuťové výbojky. |  |
| Sodná pára (nízký tlak) | Jasný oranžově žlutá |  | Široce používán v sodíkové výbojky. |  |
Typy
Lampy jsou rozděleny do rodin na základě tlaku plynu a podle toho, zda je katoda zahřívána či nikoli. Horká katoda lampy mají elektrody, které pracují při vysoké teplotě a jsou zahřívány obloukovým proudem v lampě. Teplo klepá elektrony z elektrod o termionická emise, který pomáhá udržovat oblouk. V mnoha typech se elektrody skládají elektrická vlákna z jemného drátu, který se při spuštění zahřívá samostatným proudem, aby se zapálil oblouk. Studená katoda lampy mají elektrody, které pracují při pokojové teplotě. Pro zahájení vedení v lampě dostatečně vysoké napětí ( nápadné napětí ) musí být aplikován k ionizaci plynu, takže tyto lampy vyžadují ke spuštění vyšší napětí.
Nízkotlaké výbojky
Nízkotlaké výbojky mají pracovní tlak mnohem nižší než atmosférický. Například běžné zářivky pracují při tlaku asi 0,3% atmosférického tlaku.
Zářivky, lampa s vyhřívanou katodou, nejběžnější lampa v kancelářském osvětlení a mnoha dalších aplikacích, produkuje až 100 lumeny za watt
Neonové osvětlení, široce používaná forma speciálního osvětlení se studenou katodou, skládající se z dlouhých trubek naplněných různými plyny za nízkého tlaku buzených vysokým napětím, používaná jako reklama v neonové nápisy.
Nízký tlak sodíkové výbojky, nejúčinnější typ výbojky s plynovou výbojkou, produkující až 200 lumenů na watt, ale na úkor velmi špatné barevné podání. Téměř jednobarevný žluté světlo je přijatelné pouze pro pouliční osvětlení a podobné aplikace.
Malá výbojka obsahující a bimetalové přepínač je zvyklý spusťte zářivku. V tomto případě se teplo výboje používá k ovládání spínače; startér je obsažen v neprůhledném krytu a malý světelný výkon se nepoužívá.
Kontinuální žárovky se vyrábějí pro speciální aplikace, kde lze elektrody řezat ve tvaru alfanumerických znaků a figurálních tvarů.[3]
Blikající žárovka, žárovka blikajícího plamene nebo blikající žárovka je výbojka, která produkuje světlo ionizující A plyn, obvykle neon smíchaný s hélium a malé množství dusík plyn, elektrickým proudem procházejícím dvěma plamenem elektroda obrazovky potažené částečně rozloženými azid barnatý. Ionizovaný plyn se náhodně pohybuje mezi dvěma elektrodami, což vytváří efekt blikání, často uváděný na trh jako náznak plamene svíčky (viz obrázek).[4]
Vysokotlaké výbojky
Vysokotlaké výbojky mají výboj, který probíhá v plynu pod mírně nižším až větším než atmosférickým tlakem. Například vysokotlaká sodíková výbojka má obloukovou trubici pod 100 až 200 torr tlak, přibližně 14% až 28% atmosférického tlaku; některé automobilové HID světlomety mají až 50 bar nebo padesátinásobek atmosférického tlaku.
Halogenidové výbojky produkují téměř bílé světlo a dosahují světelného výkonu 100 lumenů na watt. Aplikace zahrnují vnitřní osvětlení vysokých budov, parkoviště, obchody, sportovní terény.
Vysokotlaké sodíkové výbojky, produkující až 150 lumenů na watt vytváří širší světelné spektrum než nízkotlaké sodíkové výbojky. Používá se také pro pouliční osvětlení a pro umělé osvětlení fotoasimilace pro pěstování rostlin
Vysoký tlak rtuťové výbojky jsou nejstarší vysokotlaké výbojky a ve většině aplikací byly nahrazeny halogenidem kovu a vysokotlakou sodíkovou výbojkou. Vyžadují kratší délku oblouku.
Vysoce intenzivní výbojky
Výbojka s vysokou intenzitou (HID) je typ elektrická lampa který produkuje světlo pomocí elektrického oblouku mezi wolfram elektrody umístěné uvnitř průsvitné nebo průhledné tavený křemen nebo kondenzované oxid hlinitý oblouková trubice. Ve srovnání s jinými typy žárovek existuje relativně vysoká síla oblouku pro délku oblouku. Mezi příklady výbojek HID patří rtuťové výbojky, halogenidové výbojky, keramické výbojky halogenidové výbojky, sodíkové výbojky a xenonové obloukové výbojky
Žárovky HID se obvykle používají, když je požadována vysoká úroveň světla a energetická účinnost.
Další příklady
The Xenonová výbojka produkuje jediný záblesk světla v rozsahu milisekund a mikrosekund a běžně se používá ve filmu, fotografování a divadelní osvětlení. Obzvláště robustní verze této lampy, známé jako záblesková světla, může vytvářet dlouhé sekvence záblesků, což umožňuje stroboskopické vyšetření pohybu. Toto našlo použití při studiu mechanického pohybu, v medicíně a při osvětlení tanečních sálů.
Viz také
Reference
- ^ "Druhy osvětlení". Energie.gov. Americké ministerstvo energetiky. Citováno 10. června 2013.
- ^ „Světelné technologie: průvodce energeticky účinným osvětlením“ (PDF). Energy Star. Americká agentura na ochranu životního prostředí. Citováno 10. června 2013.
- ^ „stránka společnosti ANIQUE LIGHT BULB ve společnosti kilokat: neonové lampy“. bulbcollector.com.
- ^ US patent 3238408, Kayatt Philip J., „Žárovky s blikáním“, vydáno 1. 3. 1966
Další čtení
- Waymouth, John (1971). Elektrické výbojky. Cambridge, MA: The M.I.T. Lis. ISBN 978-0-262-23048-3.
- Národní správa bezpečnosti silničního provozu. „Oslnění světlomety a jinými předními svítilnami“. Federální bezpečnostní norma pro motorová vozidla č. 108. Americké ministerstvo dopravy. Citováno 2006-01-23.
