Электрические источники света

Научный руководитель:

г. Пермь, МАОУ «Гимназия №7»

электрические источники света

Основным источником света на нашей планете, является, конечно, солнце. Однако человеку не хватает его возможностей, и он вынужден изобретать альтернативные способы освещения. 

На данный момент существует множество различных по принципу работы и внешнему виду источников искусственного освещения. Подавляющее большинство основано на использовании электроэнергии.

Обоснование выбора темы.

В школе мы изучаем лампы накаливания, но сейчас все популярнее становятся энергосберегающие лампы. А мы о них почти ничего и не знаем. Действительно ли они лучше ламп накаливания и почему? Попробуем разобраться.

Цель

Выяснить, какой вид лампы лучше остальных и почему.

Задачи

Изучить источники электрического света, узнать о природе их происхождения, больше узнать о разновидностях ламп, выявить преимущества и недостатки, сравнить, провести экспериментальные исследования, разобраться в вопросах на данную тему.

Лампа накаливания.

Принцип действия ламп накаливания основан на преобразовании электрической энергии, проходящей через нить, в световую.

Основной частью лампы накаливания является тело накала. Тело накала изготавливается из вольфрамовой нити. Вольфрамовая нить раскаляется до свечения проходящим током.

Спираль укреплена на электродах. Предназначение электродов — подвести напряжение к телу накала.

Лампы накаливания разделяют на вакуумные и газонаполненные. Вакуумные лампы неярко светят и недолговечны. Газонаполненные лампы имеют большую светоотдачу, потому что газ, находящийся в колбе под давлением, препятствует испарению нити накала. Это позволяет повысить рабочую температуру нити.

Инертные газы, заполняющие лампы также могут быть различными. Это: аргон, криптон, ксенон, а также смеси их с бромом или йодом.

Галогенные лампы содержат в себе смесь инертного газа с газом-галогеном. В них молекулы брома (йода) возвращают испарившиеся молекулы вольфрама обратно на нить накаливания, очищая внутреннюю поверхность колбы и сохраняя при этом целостность вольфрамовой нити.

Люминесцентная лампа.

Принцип работы люминесцентных ламп заключается в подсвечивании люминофора электрическим разрядом. Внутри колбы люминесцентной лампы расположены вольфрамовые электроды. На внутреннюю поверхность стеклянной колбы нанесен люминофор. И заполнены колбы смесью паров ртути и аргона.

Лампа светится, когда через нее проходит электрический разряд стартера, разогревающего электроды лампы, и дросселя, ограничивающего величину электрического тока.

Стартер на короткое время включает нагрев вольфрамовых спиралей, находящихся в противоположных частях лампы. Часть электронов испаряется с его поверхности и начинает двигаться к противоположному электроду, по пути сталкиваясь с атомами газа, вызывая ионизацию, в результате чего в лампе возникает электрический разряд, а столкновение заряженных частиц с атомами ртути сопровождается ультрафиолетовым свечением. Люминофор преобразует его в видимый свет. Цветность освещения, вырабатываемого люминесцентными лампами, зависит от химического состава люминофора.

Люминесцентные лампы делятся на колбные и компактные. Колбная лампа не может быть включена напрямую в электрическую сеть. Поэтому применяют специальные устройства — балласты. Компактные лампы используются в жилых помещениях. Их можно ввинчивать в патроны для лампы накаливания. Для них не нужно специальных приспособлений, так как они имеют встроенные стартер и дроссель.

Светодиод.

Светодиод состоит из металлических контактов для подключения к источнику постоянного тока, прозрачного корпуса, зеркального отражателя, в котором находиться полупроводниковый чип.

Чип состоит из четырех слоев. Верхний – слой с «дырочной» или p-проводимостью. Второй – активный слой, химический состав которого определяет параметры испускаемого света. Третий – слой с электронной проводимостью или n-проводимостью. И последний слой – электропроводящая подложка.

Электрическое напряжение заставляет двигаться электроны из n-слоя в активный слой, туда же двигаются «дырки» из p-слоя. В активном слое они уничтожают друг друга, при этом часть энергии выделяется в виде света.

Светодиод, включенный в сеть, должен иметь последовательно подключенный к нему резистор, чтобы ограничивать ток. Иначе велика вероятность быстрого выхода из строя.

Свет, испускаемый диодами, всегда окрашен, но это не значит, что светодиоды не могут стать источниками белого света. Составляя источник света из диодов синего, красного и зеленого цвета можно получить любые оттенки белого.

Светодиоды делятся на разновидности в зависимости от размеров, количества кристаллов в одном корпусе, яркости, мощности, по цвету излучения, а так же другим параметрам.

Сравнение ламп приведено в таблице

Параметры сравнения	Лампа накаливания	Люминесцентная лампа	Светоизлучающий диод
Безопасность	пожароопасны	содержат пары ртути	не содержат вредных веществ; не требуют высокого напряжения
Виляние частого включения / выключения	Практически не влияет	Существенное снижение ресурса	Практически не влияет
Выход на рабочий режим	Практически моментально	Несколько секунд	Практически моментально
Индекс цветопередачи	100 Ra	60-98 Ra	70-95 Ra
Потребление энергии	100 Вт/ч	20 Вт/ч	10-12 Вт/ч
Прочность	при падении разбиваются	при падении разбиваются	не портятся при падении
Срок службы	1тыс. ч.	3-10 тыс. ч.	50 тыс. ч.
Стоимость	9-15 р.	100-300	200-600

Целью работы было выявить наиболее хороший источник электрического света. Исследования показали, что идеальной лампы пока не существует. У каждого вида есть свои достоинства и недостатки. Но светодиод превосходит остальные виды ламп. Недостатки светодиода не столь существенны, к тому же этот вид ламп довольно «молод». Разработки в этой области ведутся и сейчас. Об интенсивности работ в области светодиодов говорит тот факт, что за последние 10 лет их светоотдача выросла в 10 раз. Однако прогресс не стоит на месте, возможно, кто-то в скором времени изобретет инновационный способ освещения. Время покажет.