Как устроена лампа


устройство, принцип работы, виды и технические характеристики

Лампа накаливания – первый электрический осветительный прибор, играющий важную роль в жизнедеятельности человека. Именно она позволяет людям заниматься своими делами независимо от времени суток.

По сравнению с остальными источниками света такое устройство характеризуется простотой конструкции. Световой поток излучается вольфрамовой нитью, расположенной внутри стеклянной колбы, полость которой заполнена глубоким вакуумом. В дальнейшем для увеличения долговечности вместо вакуума в колбу стали закачивать специальные газы — так появились галогеновые лампы. Вольфрам — термостойкий материал с большой температурой плавления. Это очень важно, поскольку для того, чтобы человек увидел свечение, нить должна сильно нагреться за счет проходящего через нее тока.

к содержанию ↑

История создания

Интересно, что в первых лампах использовался не вольфрам, а ряд других материалов, включая бумагу, графит и бамбук. Поэтому, несмотря на то, что все лавры за изобретение и усовершенствование лампы накаливания принадлежат Эдисону и Лодыгину, приписывать все заслуги только им — неправильно.

Писать о неудачах отдельных ученых не станем, но приведем основные направления, к которым прилагали усилия мужи того времени:

  1. Поиски лучшего материала для нити накаливания. Нужно было найти такой материал, который одновременно был устойчив к возгоранию и характеризовался высоким сопротивлением. Первая нить была создана из волокон бамбука, которые покрывались тончайшим слоем графита. Бамбук выступал в качестве изолятора, графит — токопроводящей среды. Поскольку слой был малым, то существенно возрастало сопротивление (что и требовалось). Все бы хорошо, но древесная основа угля приводила к быстрому воспламенению.
  2. Далее исследователи задумались над тем, как создать условия строжайшего вакуума, ведь кислород — важный элемент для процесса горения.
  3. После этого нужно было создать разъемные и контактные компоненты электрической цепи. Задача усложнялась из-за использования слоя графита, характеризующегося высоким сопротивлением, поэтому ученым пришлось использовать драгоценные металлы — платину и серебро. Так повышалась проводимость тока, но стоимость изделия была чересчур высока.
  4. Примечательно, что резьба цоколя Эдисона используется и по сей день — маркировка E27. Первые способы создания контакта включали пайку, но при таком раскладе сегодня говорить о быстро заменяемых лампочках было бы сложно. А при сильном нагреве подобные соединения быстро бы распадались.

В наше время популярность подобных ламп падает в геометрической прогрессии. В 2003 году в России была увеличена амплитуда питающего напряжения на 5 %, к сегодняшнему дню этот параметр составляет уже 10 %. Это привело к сокращению срока эксплуатации лампы накаливания в 4 раза. С другой стороны, если вернуть напряжение на эквивалентное значение вниз, то существенно сократится отдача светового потока — до 40 %.

Вспомните учебный курс — еще в школе преподаватель физики ставил опыты, демонстрируя, как увеличивается свечение лампы при повышении силы тока, подающегося на вольфрамовую нить. Чем выше сила тока, тем сильнее выброс излучения и больше тепла.

к содержанию ↑

Принцип действия

Принцип работы лампы построен на сильном нагреве нити накаливания за счет проходящего через нее электрического тока. Для того чтобы твердотельный материал начал излучать красное свечение, его температура должна достигнуть 570 град. Цельсия. Излучение будет приятным для глаз человека только при увеличении этого параметра в 3–4 раза.

Подобной тугоплавкостью характеризуются немногие материалы. За счет доступной ценовой политики выбор был сделан в пользу вольфрама, температура плавления которого составляет 3400 град. Цельсия. Чтобы повысить площадь светового излучения, вольфрамовая нить скручивается в спираль. В процессе эксплуатации она может нагреваться до 2800 град. Цельсия. Цветовая температура такого излучения равна 2000–3000 К, что дает желтоватый спектр — несопоставимый с дневным, но в то же время не оказывающий негативного воздействия на зрительные органы.

Попадая в воздушную среду, вольфрам быстро окисляется и разрушается. Как уже говорилось выше, вместо вакуума стеклянная колба может заполняться газами. Речь идет об инертных азоте, аргоне или криптоне. Это позволило не только повысить долговечность, но и увеличить силу свечения. На срок эксплуатации влияет то, что давление газа препятствует испарению вольфрамовой нити из-за высокой температуры свечения.

к содержанию ↑

Строение

Обычная лампа состоит из следующих конструктивных элементов:

  • колба;
  • вакуум или инертный газ, закачиваемый внутрь нее;
  • нить накала;
  • электроды — выводы тока;
  • крючки, необходимые для удерживания нити накала;
  • ножка;
  • предохранитель;
  • цоколь, состоящий из корпуса, изолятора и контакта на донышке.

Помимо стандартных исполнений из проводника, стеклянного сосуда и выводов, существуют лампы специального назначения. В них вместо цоколя используются другие держатели или добавляется дополнительная колба.

Предохранитель обычно изготавливается из сплава феррита и никеля и помещается в разрыв на одном из выводов тока. Зачастую он расположен в ножке. Его основное предназначение — защита колбы от разрушения в случае обрыва нити. Связано это с тем, что в случае ее обрыва образуется электрическая дуга, приводящая к плавлению остатков проводника, которые попадают на стеклянную колбу. Из-за высокой температура она может взорваться и вызвать возгорание. Впрочем, долгие годы доказали низкую эффективность предохранителей, поэтому они стали эксплуатироваться реже.

к содержанию ↑

Колба

Стеклянный сосуд используется для защиты нити накаливания от окисления и разрушения. Габаритные размеры колбы подбирают в зависимости от скорости осаждения материала, из которого производится проводник.

Газовая среда

Если раньше вакуумом заполнялись все без исключения лампы накаливания, то сегодня такой подход применяют лишь для маломощных источников света. Более мощные устройства заполняются инертным газом. Молярная масса газа влияет на излучение тепла нитью накаливания.

В колбу галогенных ламп закачиваются галогены. Вещество, которым покрыта нить накала, начинает испаряться и взаимодействовать с расположенными внутри сосуда галогенами. В результате реакции образуются соединения, которые повторно разлагаются и вещество вновь возвращается на поверхность нити. Благодаря этому появилась возможность повысить температуру проводника, увеличив коэффициент полезного действия и срок эксплуатации изделия. Также такой подход позволил сделать колбы более компактными. Недостаток конструкции связан с изначально малым сопротивлением проводника при подаче электрического тока.

к содержанию ↑

Нить накала

По форме нить накаливания может быть разной — выбор в пользу той или иной связан со спецификой лампочки. Зачастую в них применяют нить с круглым сечением, закрученную в спираль, гораздо реже — ленточные проводники.

Современная лампа накаливания работает от нити из вольфрама или осмиево-вольфрамового сплава. Вместо обычных спиралей могут закручиваться биспирали и триспирали, что стало возможным за счет повторного закручивания. Последнее приводит к уменьшению теплового излучения и повышению КПД.

к содержанию ↑

Технические характеристики

Интересно наблюдать за зависимостью световой энергии и мощности лампы. Изменения не линейны — до 75 Вт световая отдача увеличивается, при превышении — снижается.

Одно из преимуществ таких источников света – равномерное освещение, поскольку практически во всех направлениях свет излучается с одинаковой силой.

Еще одно достоинство связано с пульсированием света, которое при определенных значениях приводит к значительной утомляемости глаз. Нормальным значением считают коэффициент пульсации, не превышающий 10 %. Для ламп накаливания параметр максимум достигает 4 %. Самый худший показатель — у изделий мощностью 40 Вт.

Среди всех доступных электрических осветительных приборов лампы накаливания нагреваются сильнее. Большая часть тока преобразуется в тепловую энергию, поэтому прибор больше похож на обогреватель, чем на источник света. Световая отдача находится в диапазоне от 5 до 15 %. По этой причине в законодательстве прописаны определенные нормы, запрещающие, к примеру, использовать лампы накаливания более 100 Вт.

Обычно для освещения одной комнаты достаточно лампы на 60 Вт, которая характеризуется небольшим нагревом.

При рассмотрении спектра излучения и сравнении его с естественным освещением можно сделать два важных замечания: световой поток таких ламп содержит меньше синего и больше красного света. Тем не менее, результат считается приемлемым и не приводит к утомлению, как в случае с источниками дневного света.

к содержанию ↑

Эксплуатационные параметры

При эксплуатации ламп накаливания важно учитывать условия их использования. Их можно применять в помещениях и на открытом воздухе при температуре не менее –60 и не более +50 град. Цельсия. При этом влажность воздуха не должна превышать 98 % (+20 град. Цельсия). Устройства могут работать в одной цепи с диммерами, предназначенными для регулирования световой отдачи за счет изменения интенсивности света. Это дешевые изделия, которые могут быть самостоятельно заменены даже неквалифицированным человеком.

к содержанию ↑

Виды

Существует несколько критериев для классификации ламп накаливания, которые будут рассмотрены ниже.

В зависимости от эффективности освещения лампы накаливания бывают (от худших к лучшим):

  • вакуумные;
  • аргоновые или азот-аргоновые;
  • криптоновые;
  • ксеноновые или галогенные с установленным отражателем инфракрасного излучения внутрь лампы, что увеличивает КПД;
  • с покрытием, предназначенным для преобразования инфракрасного излучения в видимый спектр.

Намного больше разновидностей ламп накаливания, связанных с функциональным назначением и конструктивными особенностями:

  1. Общее назначение — в 70-х гг. прошлого столетия они назывались «нормально-осветительными лампами». Самая распространенная и многочисленная категория — изделия, применяемые для общего и декоративного освещения. С 2008 года выпуск таких источников света существенно сократился, что было связано с принятием многочисленных законов.
  2. Декоративное назначение. Колбы таких изделий выполняются в форме изящных фигур. Чаще всего встречаются свечеобразные стеклянные сосуды с диаметром до 35 мм и сферические (45 мм).
  3. Местное назначение. По конструкции идентичны первой категории, но питаются от уменьшенного напряжения — 12/24/36/48 В. Обычно применяются в переносных светильниках и приборах, освещающих верстаки, станки и т. п.
  4. Иллюминационные с окрашенными колбами. Зачастую мощность изделий не превышает 25 Вт, а для окрашивания внутренняя полость покрывается слоем неорганического пигмента. Гораздо реже можно встретить источники света, наружная часть которых окрашивается цветным лаком. В таком случае пигмент очень быстро выцветает и осыпается.

  1. Зеркальные. Колба выполнена в специальной форме, которая покрыта отражающим слоем (к примеру, методом распыления алюминия). Данные изделия используются для перераспределения светового потока и повышения эффективности освещения.
  2. Сигнальные. Их устанавливают в светосигнальные изделия, предназначенные для отображения какой-либо информации. Характеризуются низкой мощностью и рассчитаны на продолжительную эксплуатацию. На сегодняшний день практически бесполезны из-за доступности светодиодов.
  3. Транспортные. Еще одна обширная категория ламп, используемых в транспортных средствах. Характеризуются высокой прочностью, устойчивостью к вибрациям. В них применяют специальные цоколи, гарантирующие прочное крепление и возможность быстрой замены в стесненных условиях. Могут питаться от 6 В.
  4. Прожекторные. Высокомощные источники света до 10 кВт, характеризующиеся высокой световой отдачей. Спираль укладывается компактно, чтобы обеспечить лучшую фокусировку.
  5. Лампы, применяемые в оптических приборах, — к примеру, кинопроекционная или медицинская техника.
к содержанию ↑

Специальные лампы

Также существуют более специфические разновидности ламп накаливания:

  1. Коммутаторные — подкатегория сигнальных ламп, применяемых в коммутаторных панелях и выполняющих функции индикаторов. Это узкие, продолговатые и малогабаритные изделия, имеющие параллельные контакты гладкого типа. За счет этого могут помещаться в кнопки. Маркируются как «КМ 6-50». Первое число указывает на вольтаж, второе — ампераж (мА).
  2. Перекальная, или фотолампа. Данные изделия используются в фототехнике для нормированного форсированного режима. Характеризуется высокими световой отдачей и цветовой температурой, но малым сроком эксплуатации. Мощность советских ламп достигала 500 Вт. В большинстве случаев колба матируется. Сегодня практически не используются.
  3. Проекционные. Применялись в диапроекторах. Высокая яркость.

Двухнитевая лампа бывает нескольких разновидностей:

  1. Для автомобилей. Одна нить используется для ближнего, другая — для дальнего света. Если рассматривать лампы для задних фонарей, то нити могут использоваться для стоп-сигнала и габаритного огня соответственно. Дополнительный экран может отсекать лучи, которые в лампе ближнего света могут слепить водителей встречных автомобилей.
  2. Для самолетов. В посадочной фаре одна нить может использоваться для малого света, другая — для большого, но требует внешнего охлаждения и непродолжительной эксплуатации.
  3. Для железнодорожных светофоров. Две нити необходимы для повышения надежности — если перегорит одна, то будет светиться другая.

Продолжим рассматривать специальные лампы накаливания:

  1. Лампа-фара — сложная конструкция для подвижных объектов. Используется в автомобильной и авиационной технике.
  2. Малоинерционная. Содержат тонкую нить накаливания. Применялась в звукозаписывающих системах оптического типа и в некоторых видах фототелеграфа. В наше время используется редко, поскольку есть более современные и улучшенные источники света.
  3. Нагревательная. Применяется в качестве источника тепла в лазерных принтерах и копирах. Лампа имеет цилиндрическую форму, закрепляется во вращающемся металлическом валу, к которому прикладывается бумага с тонером. Вал передает тепло, что приводит к расплыванию тонера.
к содержанию ↑

КПД

Электрический ток в лампах накаливания преобразуется не только в видимый для глаза свет. Одна часть идет на излучение, другая трансформируется в тепло, третья — на инфракрасный свет, который не фиксируется зрительными органами. Если температура проводника составляет 3350 К, то КПД лампы накаливания составит 15 %. Обычная лампа на 60 Вт с температурой 2700 К характеризуется минимальным КПД — 5 %.

Коэффициент полезного действия усиливается степенью нагрева проводника. Но чем выше будет нагрев нити, тем меньше срок эксплуатации. К примеру, при температуре 2700 К лампочка просветит 1000 часов, 3400 К — в разы меньше. Если повысить напряжение питания на 20 %, то свечение усилится в два раза. Это нерационально, поскольку срок эксплуатации сократится на 95 %.

к содержанию ↑

Плюсы и минусы

С одной стороны, лампы накаливания являются самыми доступными источниками света, с другой – характеризуются массой недостатков.

Преимущества:

  • низкая стоимость;
  • нет необходимости в применении дополнительных приспособлений;
  • простота использования;
  • комфортная цветовая температура;
  • устойчивость к повышенной влажности.

Недостатки:

  • недолговечность — 700–1000 часов при соблюдении всех правил и рекомендаций по эксплуатации;
  • слабая световая отдача — КПД от 5 до 15 %;
  • хрупкая стеклянная колба;
  • возможность взрыва при перегреве;
  • высокая пожарная опасность;
  • перепады напряжения существенно сокращают срок эксплуатации.

к содержанию ↑

Как увеличить срок службы

Существует несколько причин, по которым может уменьшиться срок эксплуатации данных изделий:

  • перепады напряжения;
  • механические вибрации;
  • высокая температура окружающей среды;
  • разрыв соединения в проводке.

Вот несколько рекомендаций по продлению срока службы ламп накаливания:

  1. Выберите изделия, которые подходят для диапазона напряжения сети.
  2. Перемещение осуществляйте строго в выключенном состоянии, поскольку из-за малейших вибраций изделие выйдет из строя.
  3. Если лампы продолжают перегорать в одном и том же патроне, то его нужно заменить или починить.
  4. При эксплуатации на лестничной площадке в электрическую цепь добавьте диод или включите параллельно две лампы одной мощности.
  5. На разрыв цепи питания можно добавить устройство для плавного включения.

Технологии не стоят на месте, постоянно развиваются, поэтому сегодня на смену традиционным лампам накаливания пришли более экономичные и долговечные светодиодные, люминесцентные и энергосберегающие источники света. Главными причинами выпуска ламп накаливания остается наличие менее развитых с технологической точки зрения стран, а также хорошо налаженное производство.

Приобретать такие изделия сегодня можно в нескольких случаях — они хорошо вписываются в дизайн дома или квартиры, либо вам нравится мягкий и комфортный спектр их излучения. Технологически — это давно устаревшие изделия.

Лампа накаливания: устройство, принцип работы, виды и технические характеристики

Как работают лампочки | HowStuffWorks

До изобретения лампочки освещение мира после захода солнца было сложной, трудной и опасной задачей. Чтобы полностью осветить просторную комнату, потребовалась связка свечей или факелов, а масляные лампы, хотя и были достаточно эффективными, имели тенденцию оставлять следы сажи на всем, что находилось поблизости.

Когда в середине 1800-х годов наука об электричестве действительно начала развиваться, изобретатели повсюду требовали разработать практичное и доступное электрическое устройство для домашнего освещения.Англичанин сэр Джозеф Суон и американец Томас Эдисон сделали это правильно примерно в одно и то же время (в 1878 и 1879 годах соответственно), и за 25 лет миллионы людей во всем мире установили электрическое освещение в своих домах. Простая в использовании технология была таким усовершенствованием по сравнению со старыми способами, что мир никогда не оглядывался назад.

Объявление

Самое удивительное в этом историческом повороте событий заключается в том, что сама лампочка не может быть проще.Современная лампочка, которая не претерпела кардинальных изменений со времен модели Эдисона, состоит всего из нескольких частей. В этой статье мы увидим, как эти части собираются вместе, чтобы часами давать яркий свет.

Основы света

Свет - это форма энергии, которая может выделяться атомом. Он состоит из множества маленьких частиц, подобных пакетам, которые имеют энергию и импульс, но не имеют массы. Эти частицы, называемые световыми фотонами , являются основными единицами света.(Для получения дополнительной информации см. Как работает свет.)

Атомы испускают световые фотоны, когда их электронов возбуждаются. Если вы читали «Как работают атомы», то знаете, что электроны - это отрицательно заряженные частицы, которые движутся вокруг ядра атома (которое имеет чистый положительный заряд). Электроны атома имеют разные уровни энергии, в зависимости от нескольких факторов, включая их скорость и расстояние от ядра. Электроны разных уровней энергии занимают разные орбитали.Вообще говоря, электроны с большей энергией движутся по орбиталям дальше от ядра. Когда атом получает или теряет энергию, изменение выражается движением электронов. Когда что-то передает энергию атому, электрон может временно переместиться на более высокую орбиталь (дальше от ядра). Электрон удерживает это положение лишь в течение крошечной доли секунды; почти сразу же он возвращается к ядру, к своей исходной орбитали. Когда он возвращается на свою первоначальную орбиталь, электрон выделяет дополнительную энергию в виде фотона, в некоторых случаях светового фотона.

Длина волны излучаемого света (которая определяет его цвет) зависит от того, сколько энергии выделяется, что зависит от конкретного положения электрона. Следовательно, разные виды атомов будут испускать разные виды световых фотонов. Другими словами, цвет света определяется тем, какой атом возбужден.

Это основной механизм, работающий почти во всех источниках света. Основное различие между этими источниками - процесс возбуждения атомов.

В следующем разделе мы рассмотрим различные части лампочки.

.

Изобретение и история электрической лампы

За последние сто лет было сделано много важных изобретений. За это время мы стали свидетелями изобретения телевидения, автомобиля, телефона и компьютера. Все эти изобретения внесли большой вклад в жизнь людей. Тем не менее, одним из самых поучительных изобретений является изобретение электричества в целом, но электрическая лампа в частности.

До изобретения электрической лампы людям приходилось полагаться на фонари, работающие на топливе.Фонари давали немного света для людей, но использование керосина было беспорядочным, иногда он плохо пахнул, а также был опасен из-за угрозы возгорания из-за неправильного использования. Создав электрическую лампочку и электрическую лампу, люди теперь имели возможность освещать темную комнату, чтобы они могли правильно видеть, сохраняя при этом безопасный дом или бизнес.

Электрическая лампа была изобретением одного из величайших американских изобретателей Томаса Эдисона. Благодаря усилиям Эдисона и его сотрудников в Менло-парке в Нью-Джерси.Эдисон после нескольких попыток создал первую лампу накаливания, которая была запатентована в 1880 году. В течение следующих нескольких лет другие взяли идею электрической лампы и внесли изменения в материалы и методы освещения лампы. Такие люди, как сэр Джозеф Уилсон Свон и Александр Николаевич Лодыгин, были ответственны за дальнейшие изменения лампы.

Электрическая лампа была важной частью нашей жизни. Вот некоторая дополнительная информация, чтобы узнать больше о разработках в области электрических ламп.

Первая электрическая лампа

  • The Electric Lamp Информационная страница, которая документирует работу, которую Томас Эдисон проделал над первой лампой.

  • Информация об электрических лампах

    Полезная страница, на которой представлена ​​история и информация о различных типах ламп.

  • Light B ulb Эдисона Информация об изобретении Томасом Эдисоном электрической лампочки.

  • Early Lighting - Веб-страница, которая дает исторический взгляд на ранние формы освещения.

  • Лампочка Эдисона Историческая страница, которая предлагает взглянуть на первую демонстрацию электрической лампочки.

  • История лампочки Краткий обзор истории лампочки.

Как работают лампы

Томас Эдисон

Сэр Джозеф Уилсон Свон

  • Лампочки Информация о работе, которую проделал сэр Джозеф Уилсон Свон при разработке лампочки.

  • Swan Information Краткая биографическая справка о жизни и творчестве Swan.

  • Джозеф Свон Биография Полезный взгляд на историю одного из пионеров электрических ламп и лампочек.

  • Джозеф Уилсон Свон Информация о британском пионере электротехники и его карьерных достижениях.

  • Джозеф Свон и лампочка Справочная информация о работе Лебедя и изобретении лампочки.

Александр Николаевич Лодыгин

  • Russian Light Bulb Статья, в которой рассказывается о работе Лодыгина в России в области электрической лампочки.
  • Факты о Лодыгине Веб-страница, на которой представлены основные факты о жизни и творчестве русского изобретателя.

Содержание предоставлено Дэвидом Миллером

.

Как работают неоновые лампы?

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 12 февраля 2020 г.

Что заставляет ночные города шипеть и трещать с жизнью? Яркие неоновые лампы играют огромную роль. Если вы когда-нибудь видели огни танцы в Токио, Нью-Йорке или Лондоне, вы узнаете именно то, что я имел в виду. Целые улицы кажутся живыми в минуту включается неон. Строго говоря, лампы с неоновым газом может загорать только красный свет, и вам нужны другие газы, чтобы сделать другие цвета.Фактически, смешивая разные газы, можно сделать более 150 различных цветов «неонового» света - и раскрасьте ночь небо практически любого понравившегося цвета! Давайте подробнее рассмотрим, как эти вещи работают.

Фото: выставка старинных неоновых вывесок в Американском музее вывесок в Цинциннати, штат Огайо. Фото Кэрол Хайсмит любезно предоставлено Библиотекой Конгресса США.

Как атомы заставляют свет оживать

Если вы читали нашу статью о свете, то знаете, что атомы производят свет, когда поглощают энергию и становятся «возбужденными».В их возбужденное состояние, они также нестабильны, поэтому они быстро выдают энергия, которую они поглотили, чтобы снова прийти в норму. Oни сделать это, отдавая крошечные пакеты световой энергии называемые фотонами.

Вы можете использовать эту идею, чтобы сделать электрический свет. Предположим, вы наполнили трубку атомами и заклейте его с обоих концов. Теперь поставил какую-то электрическую устройство внутри трубки, которое может подавать энергию атомам. Когда вы включаете питание, атомы будут постоянно получать возбуждены и испускают свет.Примерно так же люминесцентная лампа работает - и так же работает неоновая лампа. (Попутно отметим, что так работает и лазер, хотя в лазере исходящий свет превращается в сверхконцентрированный луч.)


Фото: неоновая вывеска флага Техаса «Одинокая звезда». в Институте техасских культур Техасского университета. Посмотрите на фото крупным планом справа, и вы увидите, что каждая «полоска» на флаге сделана из отдельной стеклянной трубки, немного похожей на люминесцентные лампы, которые могут быть установлены на кухне или в классе.«Звезды» состоят из одиночных трубок, которые были нагреты, согнуты под углом, пока горячие, затем дают снова остыть. Вы можете создавать всевозможные буквы, символы и другие формы, сгибая трубы таким образом. Фото Кэрол Хайсмит любезно предоставлено Библиотекой Конгресса США.

Почему неоновый свет красный?

Фото: Когда электроны в атомах неона возвращаются из «возбужденного» состояния в «основное» (невозбужденное) состояние, они испускают пакеты энергии, называемые квантами, которые наши глаза воспринимают как красный свет.В атомах аргона кванты больше, и наши глаза видят их как высокочастотный синий свет.

Уровни энергии внутри атомов немного похожи на ступеньки на лестнице или ступеньки по лестнице. Электроны могут быть только на ступеньках или ступенях, не на промежутках между ними. Это означает, что атомы могут поглощать или высвобождать энергии только в пакетах фиксированного размера (называемых квантами, множественное число кванта) и атомы различных химических элементов будут выдают кванты, которые больше или меньше, в зависимости от их четкая внутренняя структура.Атомы, излучающие большие кванты энергии создают более высокочастотный (более синий) свет, чем атомы, испускающие более мелкие кванты. В неоне выделяемые кванты энергии точно соответствуют со светом, который мы видим красным. Другие благородные газы делают легкими разные цвета. Аргон, например, излучает синий свет, поэтому, когда вы видите "неоновые" лампы, сияющие синим, вы на самом деле смотрите на лампы наполнен аргоном, а не неоном. Есть два способа сделать другие цвета. В одну «неоновую» трубку можно залить более одного газа.Чтобы сделать зеленые трубочки, вам нужны неон и аргон вместе. Для фиолетового вы должны использовать аргон и ксенон. Вы также можете изменить цвет трубки, покрасив ее стенки. с люминофором разных цветов. Таким образом, вы можете использовать синий люминофор, нарисованный на красном неоновая трубка, чтобы сделать розовый свет, или зеленый люминофор с красным неоном, чтобы сделать оранжевый свет.

Почему «холодный катод»?

Иногда вы увидите неоновые вывески, которые называют примером освещения с холодным катодом. Это не делает смысл, если вы не понимаете, что различные другие электрические устройства используют горячий катод.Но что такое катод? ...

В лампе с двумя электрическими терминами положительный вывод называется анодом (зеленый вывод на иллюстрации вверху), а отрицательный - катодом (синий вывод слева). В устройстве с горячим катодом катод необходимо нагреть с помощью нити накала (небольшого нагревательного элемента), чтобы электроны «выкипели» его поверхности, а затем сделали что-нибудь полезное. Горячие катоды использовались в электронных лампах, которые использовались в качестве компьютерных переключателей до того, как были изобретены транзисторы.Они также используются в электронно-лучевых трубках, таких как те, которые создают изображение в старомодном телевизоре (один из тех действительно старых, который торчит сзади) и графики-трассы на осциллографах. Свет, который вы видите на экране телевизора такого типа, исходит от энергии, выделяющейся при нагревании катода, поэтому он испускает электроны. Электроны (которые исторически назывались «катодными лучами») создают изображение на вашем телевизоре, когда они летят по трубке и врезаются в покрытый люминофором экран спереди. В неоновой лампе свет создается за счет возбуждения атомов газа в пространстве между двумя электродами, и нет необходимости в горячем катоде.Но то, что катод не нагревается, не означает, что неоновая лампа холодная; действительно, вы найдете неоновые лампы на удивление горячими, если встанете где-нибудь рядом с ними!

Кто изобрел неоновые лампы?

« 13 июня мы смогли анонсировать ... газ, который мы назвали« неоновым »или« новым »; он показал спектр, характеризующийся ярким светом цвета пламени, состоящим из множества красных, оранжевых и желтых линий.

Уильям Рамзи, Нобелевская лекция, 1904 г.

Очевидно, что неоновые лампы не существовали бы без неона, газа, открытого в июне 1898 года британским ученым Уильямом Рамзи (1852–1916).Работа Рамзи над неоном (и другими благородными газами, которые он называл «инертными газами атмосферы») принесла ему Нобелевскую премию по химии в 1904 году.

Изображение: Из патента США 1 125 476: Система освещения люминесцентными трубками Жоржа Клода. 19 января 1915 г., любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Примерно десять лет спустя французский инженер-химик Жорж Клод (1870–1960) изобрел неоновую лампу, зарегистрировав свой оригинальный французский патент 7 марта 1910 года.В том же году он провел свою первую впечатляющую публичную демонстрацию неонового освещения на Парижском автосалоне с использованием двух гигантских 12-метровых (39 футов) ламп. К 1913 году неоновое освещение использовалось во французских рекламных вывесках, хотя в Соединенных Штатах оно не распространялось до 1920-х годов.

Вот захватывающая иллюстрация из патента Клода в США, поданного в 1915 году. Вы можете увидеть главную неоновую трубку вверху (которую я окрашен в красный цвет), с двумя электродами (желтыми) на каждом конце. Клод обнаружил, что примеси в неоновом газе могут серьезно повлиять на то, насколько хорошо работают его лампы, поэтому части устройства в середине были разработаны для очистки неона до того, как трубка будет электрически зажжена, а затем удалена.Синяя линия - это связь с вакуумным насосом; зеленая колба содержит древесный уголь или древесный уголь для поглощения примесей; а в большом оранжевом сосуде внизу находится жидкий воздух. Вместе эти устройства осуществляли то, что Клод описал как «чрезвычайно эффективный процесс очистки на месте, чтобы получить высокую степень чистоты неона».

.

Как работает лавовая лампа?

Жидкостные лампы движения (которые большинство людей называют «лавовыми лампами») существуют уже несколько десятилетий. Теория жидкостных ламп движения выглядит примерно так:

В лампе у вас есть две жидкости:

Объявление

  • Очень близкие по плотности
  • Нерастворимые друг в друге

Нефть и вода нерастворимы друг в друге (отсюда и происходит выражение «масло и вода не смешиваются»), но масло и вода имеют очень разные плотности (объем воды намного больше, чем тот же объем масла. ).Они не работают, поэтому вы ищете две жидкости, которые очень близки по плотности и нерастворимы. Этот сайт может помочь вам в этом поиске.

Теперь примените нагрев ко дну смеси. В жидкостной лампе движения тепло обычно исходит от лампочки. Более тяжелая жидкость поглощает тепло и при нагревании расширяется. По мере расширения он становится менее плотным. Поскольку жидкости имеют очень похожую плотность, бывшая более тяжелая жидкость внезапно становится легче другой жидкости, поэтому она поднимается.Когда он поднимается, он охлаждается, делая его плотнее и, следовательно, тяжелее, поэтому он опускается.

Все это происходит в замедленном движении, потому что поглощение и рассеяние тепла - довольно медленные процессы, а изменения плотности, которые мы здесь обсуждаем, очень незначительны.

Вот несколько интересных ссылок:

.

Смотрите также