Лампы накаливания с йодным циклом
Стремление к повышению эффективности ламп накаливания привело к разработке и освоению ламп накаливания с вольфрамово- йодным циклом (галогенных ламп накаливания). Вольфрамо-йодный цикл заключается в диссоциации молекул йода, вводимого в колбу лампы, образовании йодистого вольфрама (WJ2) и его последующем распаде.
Пары йода за счет высоких температур в зоне, примыкающей к нити (t>1600°C), перемещаются к стенкам колбы лампы и образуют с частицами вольфрама, осевшими на колбе при распылении нити, йодистый вольфрам.
Рис. 2. Кривые распределение силы света
ламп накаливания с отражающим слоем
Если температура колбы превышает 250°С, то йодистый вольфрам остается в парообразном состоянии и постепенно диффундирует к нити лампы. В зоне высоких температур (Т = 1200°С) начинается процесс разложения йодистого вольфрама, частицы вольфрама оседают на нити лампы, а атомы йода вновь возвращаются к стенкам колбы. Таким образом, создается непрерывный цикл, в результате которого происходит регенерация вольфрамовой нити и увеличение продолжительности горения ламп.
Описание стенда
Лабораторный стенд предназначен для исследования светотехнических характеристик и электрических параметров ламп накаливания.
Ход работы
1. Собрать схему (рис. 3).
2. Уменьшая напряжение на лампе на 5,10,15,20,25% от номинального, люксметром замерить освещенность от лампы в данной точке.
3. По измеренной освещенности вычислить световой поток в данной точке. Результаты замеров и вычислений занести в таблицу.
4. Построить график зависимости светового потока от напряжения.
5. Ту же работу проделать с лампами разной мощности и построить график зависимости световой отдачи от напряжения.
6. Разобрать схему и составить отчет.
Рис. 3. Схема лабораторного стенда
Таблица
|
Тип лампы |
Мощность Р(Вт) |
Е,(лк) |
Ф, (лм) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Контрольные вопросы
1. Принцип работы лампы накаливания.
2. Понятия энергетической светимости, световой эффективности, спектрального коэффициента излучения.
3. Конструкция современных ламп накаливания.
4. Световые характеристики ламп накаливания: световой поток, световая отдача, цветность излучения.
5. Лампы накаливания с отражающим слоем: принцип работы, конструктивные особенности.
6. Лампы накаливания с йодным циклом: принцип работы, конструкция.
Содержание отчета
1. Название лабораторной работы.
2. Цель работы.
3. Таблица замеров и вычислений.
4. Графики зависимостей световых характеристик, ламп накаливания от напряжения сети. Анализ полученных результатов. Выводы по работе.
Лабораторная работа № 2
Исследование процесса электрического разряда в газах
(2 часа)
Цель работы. Ознакомиться со строением тлеющего разряда в люминесцентных лампах, исследовать вольтамперную характеристику разрядного источника света.
Оборудование и приборы:
1). комплект люминесцентных ламп;
2). вольтметр;
3). микроамперметр;
4). лабораторный автотрансформатор регулировочный ЛАТР-2М;
5). люксметр Ю-116;
6). соединительные провода.
Объект исследования. Объектом исследования является люминесцентная лампа.
Общие сведения
Создание источника света, основанного не на источнике теплового излучения, было найдено при использовании люминесценции атомов и молекул вещества, возникающей при их
возбуждении энергией какого-либо вида. Люминесценция определена академиком Вавиловым как избыток излучения в какой-либо области спектра, по сравнению с тепловым излучением тела, с длительностью свечения не менее 10–10секунд.
В современных разрядных лампах используется излучение электрического разряда в газах или парах металлов (электролюминесценция).
В отличие от теплового излучения твердых тел, имеющего непрерывный спектр, излучение газового разряда дает линейчатый спектр, зависящий от рода газа или паров металла, наполняющих лампу.
Если запаянную с обоих концов трубку (колбу) наполнить инертным газом или небольшим количеством металла с высокой упругостью паров, например ртутью, и по концам трубки расположить электроды, приложив к ним определенную разность потенциалов, то электрическое поле, возникающее между электродами, начнет воздействовать на свободные электроны и ионы, всегда присутствующие в газах. В результате этого воздействия возникает перемещение электронов к аноду, а ионов-к катоду, т.е. появляется электрический ток.
По мере увеличения напряжения на электродах скорость перемещения частиц увеличивается, электроны получают достаточную кинетическую энергию для ионизации встречающихся на их пути атомов газа, появляются новые электроны и ионы, процесс нарастает и электрический ток увеличивается.
Вследствие относительно малой скорости переноса ионов последние группируются у катода, образуя объемный положительный заряд, в то время как более подвижные электроны быстро переносятся к аноду.
В результате вдоль трубки возникает неравномерное распределение потенциала с большим градиентом потенциала у катода и малым – у анода.
Под действием большой разности потенциалов, возникающей у катода, ионы получают значительное ускорение и ударом о катод освобождают с его поверхности новые электроны, которые в свою очередь становятся источниками ионизации. Таким образом, устанавливается независимый от внешних ионизаторов процесс, сопровождающийся свечением. Такой разряд именуется тлеющим разрядом.
Напряжение, которое необходимо приложить к лампе для возбуждения электрического разряда, принято называть напряжением зажигания. Величина напряжения зажигания зависит от ряда причин, основными из которых являются: материал и свойства катода, диаметр колбы и расстояние между электродами.
Строение тлеющего разряда и распределение яркости свечения вдоль трубки показано на рис. 1.
Непосредственно у анода возникает положительное свечение, •занимающее значительную часть трубки 1, за ним следует темный участок – фарадеево пространство 2. За фарадеевым пространством возникает отрицательное свечение 3, отделенное от катода темным участком – круксовым пространством 4. Вблизи катода расположена небольшая область катодного свечения 5.
Рис. 1. Строение тлеющего разряда
и распределение яркости вдоль трубки
Основным источников световых излучений тлеющего разряда является область положительного свечения, граница которой с ростом давления газа приближается к катоду.
При дальнейшем увеличении тока цепи лампы процесс бомбардировки катода усиливается. Под действием интенсивной бомбардировки катод накаляется и возникает термоэлектронная эмиссия.
Падение потенциала у катода при тлеющем разряде составляет от 100 до 300 В. При возникновении термоэлектронной эмиссии катодное падение резко уменьшается и возникает дуговой разряд, характеризуемый малым катодным падением потенциала - примерно 10 В.
Зависимость напряжения на лампе от тока в ее цепи – вольт-амперная характеристика лампы изображена на рис. 2.
Рис. 2. Вольт-амперная характеристика разрядного источника
Как видно из графика, при некотором значении напряжения, соответствующем напряжению зажигания, возникает электрический разряд (темный разряд).
Дальнейшее увеличение тока вызывает сначала увеличение напряжения на лампе, а затем резкое падение, соответствующее возникновению дугового разряда.