Что такое дуговая лампа
Дуговая лампа
Дуговая лампа — общий термин для обозначения класса ламп, в которых источником света является электрическая дуга. Дуга горит между двумя электродами из тугоплавкого металла, как правило из вольфрама. Пространство вокруг промежутка обычно заполняется инертным газом (ксеноном, аргоном), парами металлов или их солей (ртути, натрия и др.). В зависимости от состава, температуры и давления газа, в котором происходит разряд, лампа может излучать свет различного спектра. Если в спектре излучения много ультрафиолетового света, а необходимо получить видимый, используется люминофор.
Принцип работы
В дуговой лампе газ между электродами ионизируется под воздействием высокой температуры и электрического поля, в результате чего переходит в состояние плазмы. Плазма хорошо проводит ток. За счёт рекомбинации электронов излучается свет.
Сопротивление разрядного канала зависит от температуры: чем она выше, тем больше проводимость. В результате чего дифференциальное сопротивление лампы в рабочем режиме нередко отрицательное, поэтому дуговые лампы требуют для питания источника, имеющего большое внутреннее сопротивление, а значит не подходят для подключения в обычные электрические сети. Для согласования сопротивления лампы и питающей сети используется балласт. Чаще всего, при питании лампы переменным током, он представляет собой дроссель, обладающий согласованным с параметрами лампы реактивным сопротивлением.
Для того, чтобы дуга зажглась, должен произойти электрический пробой газа. Для этого требуется предварительный подогрев и большая напряжённость электрического поля. Для этой цели применяются различные схемы: может кратковременно замыкаться цепь в обход лампы (в результате чего импульс образуется за счёт самоиндукции дросселя при размыкании), или подаваться высокое напряжение от отдельного импульсного зажигающего устройства, могут использоваться дополнительные поджигающие электроды или рабочие электроды могут механически сближаться.
Дуговая лампа (Свеча Яблочкова).Электрическая лампа была изобретена в 1802 г. В.В. Петровым.
Первая дуговая электрическая лампа была изобретена в 1802 г. русским физиком В.В. Петровым. Ее основу составляли два угольных стержня, располагавшиеся горизонтально. Один из них присоединялся к положительному полюсу электрической батареи, другой — к отрицательному. Разогреваясь, стержни начинали светиться, и между ними возникала светящаяся электрическая дуга. Чтобы получить такую дугу, следовало разводить угольные стержни на строго определенное расстояние, что было трудно осуществить технически.
В середине XIX в. французский физик Ж. Фуко придумал регулятор, который автоматически поддерживал необходимое расстояние между углями. Однако это усложнило конструкцию лампы. В конце XIX в. идея создания удобной в использовании электрической лампочки, что называется, витала в воздухе. П.Н. Яблочков одним из пер-вых принялся за решение этой проблемы.
К изобретателю пришла слава. В Париже его лампочками был впервые освещен магазин «Лувр». Газовые фонари на улицах французской столицы были демонтированы — их повсеместно заменили «свечи Яблочкова». Помещенные в белые матовые шары, они давали приятный яркий свет.
Лампы Яблочкова можно было встретить не только в Париже: они горели на центральных улицах всех европейских столиц, В залах и ресторанах лучших гостиниц, на аллеях крупнейших парков Европы. На предприятиях товарищества выпускалось по 10 тыс. лампочек в день, а раскупались они мгновенно (одна лампочка стоила 20 копеек, что было по тем временам не так уж дешево).
Но триумф русского изобретателя был недолгим. Вскоре стали утверждать, что на самом деле свет пришел не из России, а из Америки и что русский ученый специально сделал свои лампы недолговечными, чтобы разбогатеть. Но и объективно будущее принадлежало не дуговой лампе, а лампе накаливания, изобретенной нашим соотечественником А.Н. Лодыгиным и усовершенствованной Т. Эдисоном (именно такой лампой мы пользуемся до сих пор).
В 1879 г. П.Н. Яблочков вернулся в Россию. В Петербурге было налажено производство дуговых ламп, но запустить их в широкое потребление не удалось. Тем не менее заслуга изобретателя несомненна. Благодаря «свече Яблочкова» в жизни людей наступила новая эра: электрический свет перестал восприниматься как чудо. Сегодня мы вспоминаем о П.Н. Яблочкове с глубоким уважением к его многотрудной жизни и его изобретению.
Дуга электрическая
Дата изобретения: 1802 г.
Разработчик: Петров Василий Владимирович
При горизонтальном расположении электродов этот шнур под действием восходящих потоков нагретого разрядом газа принимает форму дуги. Дуга электрическая в воздухе между двумя угольными электродами впервые наблюдалась (1802) и была описана (1803) русским учёным В. В. Петровым и английским учёным Г. Дэви (1808—09), который назвал её вольтовой дугой.
Развитию теории электрической дуги и изучению проблемы её применения в промышленности были посвящены работы русских учёных Н. Н. Бенардоса (сварка с применением угольных электродов, 1882, а также сварка на переменном токе) и Н. Г. Славянова (сварка с применением металлических электродов, 1888—91).
Дуга электрическая может иметь место в любом газе при давлениях от близких к атмосферному и выше. Температура плазмы в шнуре при атмосферном давлении и силе тока в несколько а около 5000 К, при высоких давлениях и силе тока — до 12000 К, при обдувании шнура мощным потоком газа температура достигает 50000 К.
Магнитное поле, образованное током, взаимодействуя с током дуги, вызывает сжатие (стягивание) шнура. С увеличением давления в окружающей среде сила тока возрастает, а поперечные размеры её шнура уменьшаются. Вблизи электродов шнур суживается ещё больше, образуя на их поверхности яркие катодные и анодные пятна. Плотность тока у катода зависит от материала катода и природы газа и обычно составляет 104—105 а/см2, но при особых условиях может достигать 107 а/см2.
Вольтамперная характеристика электрической дуги — падающая: увеличение тока сопровождается уменьшением напряжения между электродами.
Дуга электрическая применяется в электрометаллургии для получения чистых и тугоплавких металлов, в светотехнике и особенно широко в электросварке. В некоторых областях техники (например, в технике высоких напряжений) с явлением электрической дуги приходится бороться.
Для гашения электрической дуги, возникающей при разрыве цепей высокого напряжения, применяют выключатели с различными дугогасительными устройствами, в том числе выключатели масляные, воздушные, элегазовые, с гашением дуги магнитным полем и др.
Давление электромагнитного излучения (давление света)
Дата изобретения: 1899 г.
Экспериментально световое давление впервые исследовал П. Н. Лебедев в 1899 г. В его опытах в вакуумированном сосуде на тонкой серебряной нити подвешивались крутильные весы, к коромыслам которых были прикреплены тонкие диски из слюды и различных металлов. Главной сложностью было выделить световое давление на фоне радиометрических и конвективных сил (сил, обусловленных разностью температуры окружающего газа с освещённой и неосвещённой стороны).
Кроме того поскольку в то время не были разработаны вакуумные насосы, отличные от простых механических, Лебедев не имел возможности проводить свои опыты в условиях даже среднего, по современной классификации, вакуума. Путем попеременного облучения разных сторон крылышек Лебедев нивелировал радиометрические силы и получил удовлетворительное (±20 %) совпадение с теорией Максвелла. Позднее, в 1907—1910 гг. Лебедев провёл более точные опыты по изучению давления света в газах и также получил приемлемое согласие с теорией
Давление электромагнитного излучения является следствием того, что оно, как и любой материальный объект, обладающий энергией E и движущийся со скоростью v, также обладает импульсом p = Ev/c². А поскольку для электромагнитного излучения v = c, то p = E/c. В электродинамике давление электромагнитного излучения описывается тензором энергии-импульса электромагнитного поля.
Если рассматривать свет как поток фотонов, то, согласно принципам классической механики, частицы при ударе о тело должны передавать ему импульс, другими словами — оказывать давление.
С точки зрения волновой теории света электромагнитная волна представляет собой изменяющиеся и взаимосвязанные во времени и пространстве колебания электрического и магнитного полей. При падении волны на отражающую поверхность, электрическое поле возбуждает токи в приповерхностном слое, на которые действует магнитная составляющая волны. Таким образом, световое давление есть результат сложения многих сил Лоренца, действующих на частицы тела.
Возможными областями применения являются солнечный парус и разделение газов, а в более отдалённом будущем — фотонный двигатель. В настоящее время широко обсуждается возможность ускорения световым давлением, создаваемым сверхсильными лазерными импульсами, тонких (толщиной в 5-10 нм) металлических плёнок с целью получения высокоэнергичных протонов
СОДЕРЖАНИЕ
Операция
Во-первых, при первом включении питания запальник / стартер (который подключен параллельно к лампе) подает небольшой ток через балласт и стартер. Это создает небольшое магнитное поле внутри балластных обмоток. Спустя мгновение пускатель прерывает прохождение тока от балласта, который имеет высокую индуктивность и, следовательно, пытается поддерживать прохождение тока (балласт препятствует любому изменению тока через него); он не может, поскольку больше нет «цепи». В результате на балласте, к которому подключена лампа, на мгновение появляется высокое напряжение; поэтому на лампу поступает это высокое напряжение, которое «зажигает» дугу внутри трубки / лампы. Схема будет повторять это действие до тех пор, пока лампа не станет достаточно ионизированной, чтобы поддерживать дугу.
Когда лампа поддерживает дугу, балласт выполняет свою вторую функцию, ограничивая ток до значения, необходимого для работы лампы. Лампа, балласт и воспламенитель соответствуют друг другу по номинальным характеристикам; эти детали необходимо заменять на те же номиналы, что и у вышедшего из строя компонента, в противном случае лампа не будет работать.
Температура дуги в дуговой лампе может достигать нескольких тысяч градусов по Цельсию. Внешний стеклянный колпак может нагреваться до 500 градусов Цельсия, поэтому перед обслуживанием необходимо убедиться, что колба достаточно остыла, чтобы ее можно было использовать. Часто, если эти типы ламп выключаются или теряют питание, невозможно повторно запустить лампу в течение нескольких минут (это называется лампами с холодным перезапуском). Однако некоторые лампы (в основном люминесцентные / энергосберегающие лампы) можно повторно зажечь сразу после выключения (так называемые лампы горячего повторного зажигания).
Плазменная дуговая лампа Vortek, изобретенная в 1975 году Дэвидом Каммом и Роем Нодуэллом в Университете Британской Колумбии в Ванкувере, Канада, вошла в Книгу рекордов Гиннеса в 1986 и 1993 годах как самый мощный непрерывно горящий источник света на расстоянии более Мощность 300 кВт или 1,2 миллиона свечей.
Угольная дуговая лампа
История
Концепция освещения угольной дугой была впервые продемонстрирована Хамфри Дэви в начале 19 века, но источники расходятся во мнениях относительно года, когда он впервые продемонстрировал это; Упоминаются 1802, 1805, 1807 и 1809 годы. Дэви использовал угольные палочки и батарею на две тысячи ячеек, чтобы создать дугу через 4-дюймовый (100 мм) зазор. Он установил электроды горизонтально и заметил, что из-за сильного конвекционного потока воздуха дуга образовывала дугу. Он ввел термин «дуговая лампа», который был сокращен до «дуговая лампа», когда устройства вошли в обиход.
Дуговая лампа стала одним из первых коммерческих применений электричества, явления, ранее ограниченного экспериментами, телеграфом и развлечениями.
Углеродно-дуговое освещение в США
Использование дуговых ламп Brush быстро распространяется. В 1881 году журнал Scientific American сообщил, что система использовалась в: 800 светильниках на прокатных станах, сталелитейных заводах, магазинах, 1240 светильниках на шерстяных, хлопчатобумажных, льняных, шелковых и других фабриках, 425 светильниках в крупных магазинах, отелях, церквях, 250 огни в парках, доках и на летних курортах, 275 фонарей на железнодорожных станциях и в магазинах, 130 фонарей в шахтах, на плавильных заводах, 380 фонарей на фабриках и учреждениях различного типа, 1500 фонарей на осветительных станциях, для городского освещения, 1200 фонарей в Англии и другие зарубежные страны. Всего продано более 6000 светильников.
В 1880-х годах произошло три крупных достижения: в 1880 году Франтишек Кржижик изобрел механизм, позволяющий автоматически регулировать электроды. Дуги были заключены в небольшую трубку, чтобы замедлить расход углерода (увеличивая срок службы примерно до 100 часов). Были представлены пламенные дуговые лампы, в которых к угольным стержням были добавлены соли металлов (обычно фториды магния, стронция, бария или кальция) для увеличения светоотдачи и получения различных цветов.
Практика доставки и проецирования кинофильмов на 2000-футовых катушках и использование «переключений» между двумя проекторами была обусловлена тем, что углеродные стержни, используемые в проекторных лампах, имели срок службы примерно 22 минуты (что соответствует количеству пленки в указанном катушки при проецировании со скоростью 24 кадра в секунду). Киномеханик заменял угольный стержень при замене катушек с пленкой. Установка с заменой двух проекторов в значительной степени исчезла в 1970-х годах с появлением ксеноновых ламп для проекторов, которые были заменены системами пластин с одним проектором, хотя фильмы по-прежнему будут поставляться в кинотеатры на 2000-футовых катушках.
Дуговая лампа
ДУГОВАЯ ЛАМПА, первый по времени электрический источник света, в котором для целей освещения использовано явление вольтовой дуги, открытое в 1802 г. профессором В. В. Петровым и позднее, в 1808 г., английским физиком Деви. Для образования дуги концы электродов (угли) дуговой лампы должны быть приведены в соприкосновение и затем раздвинуты. При сгорании углей дуга начинает удлиняться, свет ее становится неровным, мигающим, слышно своеобразное шипение, и, когда расстояние между электродами превзойдет известную величину, дуга разрывается. Для восстановления дуги необходимо снова сблизить электроды до соприкосновения и затем раздвинуть.
В фонарях, снабженных дуговыми лампами, регулирующий горение дуги механизм должен для сохранения непрерывного света, исполнять следующие функции: 1) сближать автоматически положительный и отрицательный угли по мере их сгорания так, чтобы длина дуги оставалась постоянной; 2) сближать их при зажигании дуги и при случайном ее затухании; 3) когда дуга загорится, раздвигать угли на расстояние, строго определенное для данного дугового фонаря. Современные автоматические регуляторы основаны на электромагнитных действиях рабочего тока на сердечник соленоида или электромагнита. В зависимости от способа включения обмоток электромагнитов относительно дуги, регуляторы разделяются на последовательные, шунтовые и дифференциальные.
Последовательная дуговая лампа регулирует на постоянную силу тока, т. к. электромагнит S должен питаться током постоянной силы, чтобы уравновешивать постоянную силу натяжения пружины Р. Дуговую лампу с последовательным регулированием можно включать только в одиночку, т. к. при соединении нескольких ламп сила тока устанавливалась бы соответственно сопротивлению всех включенных ламп, а не сопротивлению одной в отдельности.
В шунтовых регуляторах электромагнит для образования и регулирования дуги включают параллельно с дугой (фиг. 2). При таком способе включения лампа регулирует на постоянное напряжение. Дуговые лампы с шунтовым регулятором употребляются гл. образом при небольшом числе последовательно включаемых в каждую группу ламп.
Дуговая лампа с дифференциальным регулятором (фиг. 3) представляет собою комбинацию лампы последовательной с шунтовой.
Дуговые лампы, предназначенные исключительно для переменного тока, бывают с регуляторами, основанными: 1) на электромагнитном отталкивании, 2) на электромагнитном вращении. В дуговых лампах применяются угольные электроды.
Для получения спокойной работы дуговой лампы и поглощения излишнего напряжения последовательно с ней включают т. н. добавочные, или успокоительные, сопротивления. При наличии добавочного сопротивления сила тока в цепи дуговой лампы будет зависеть не только от переменного кажущегося сопротивления дуги (изменения длины), но и от некоторого постоянного сопротивления, которое выполняется в виде обычного омического сопротивления или индукционного сопротивления (дросселя). Проволока в добавочном сопротивлении наматывается на фарфоровый цилиндр с продольными выемками для охлаждения циркулирующим воздухом; передвижное кольцо позволяет изменять величину добавочного сопротивления; цилиндр закрывается металлическим кожухом. Индукционное добавочное сопротивление для дуговой лампы переменного тока обычно выполняется в виде двух катушек с обмотками из изолированной медной проволоки и подвижным железным сердечником, перемещением которого внутрь катушек изменяется величина кажущегося сопротивления их, вследствие изменения коэффициента самоиндукции. Дроссель прикрывается железным футляром. Сопротивления для включения цепей с дуговой лампой постоянного и переменного тока выполняются в виде реостатов с контактными досками.
При переменном токе оба конца электродов излучают приблизительно по 47,5% светового потока, при 5% доставляемых самой дугой; кривая распределения силы света изображена на фиг. 5.
Чтобы использовать часть светового потока, направленного вверх, обычно на практике применяют отражатели, отражающие вниз верхние лучи кривой. Для дуговых ламп на практике редко применяются прозрачные стеклянные колпаки; обычно берутся б. или м. прозрачные матовые, опаловые или молочные колпаки. Световая отдача дуговых ламп различна; у ламп продолжительного горения она меньше, чем у открытых; к концу горения световая отдача уменьшается вследствие загрязнения продуктами сгорания углей внутренней поверхности колпаков.
Дуговая лампа включается в сеть последовательно или параллельно. При последовательном включении, для предупреждения перерыва тока, применяются специальные автоматы, которые при погасании одной из ламп или замыкают ее накоротко или вводят вместо нее вспомогательное сопротивление, компенсирующее выбывшую лампу. Дуговые лампы с последовательным регулятором непригодны для последовательного соединения. При параллельном включении, в зависимости от напряжения сети (110—120, 220—240 V), дуговые лампы (40—45 V) соединяются последовательными группами по 2, 3 и более, причем в каждое ответвление включается добавочное сопротивление. В практике установлены напряжения для дуговых ламп в 65, 100—110, 200—220 V и т. д., причем излишки напряжения поглощаются в успокоительном сопротивлении.
