Новое поколение осветительных ламп

Напряжение питания — напряжение электрической сети, необходимое для зажигания и стабильной работы лампы. Измеряется в вольтах (В).

Мощность — электрическая мощность, потребляемая лампой. Единица измерения мощности осветительного прибора - ватт (Вт).

Световая отдача — с точки зрения энергосбережения, ключевой параметр эффективности источника света. Он показывает, сколько света вырабатывает та или иная лампа на каждый ватт израсходованной на нее энергии. Световая отдача измеряется в лм/Вт.

Цветовая температура — важнейший качественный параметр, определяющий степень естественности (белизны) света, испускаемого лампой. Измеряется по температурной шкале Кельвина (К). Цветовую температуру можно условно разделить на тепло-белую (менее 3000 К), нейтрально-белую (от 3000 до 5000 К) и дневную белую (более 5000 К). Наиболее естественная, а значит, и комфортная для человека, цветовая температура лежит в диапазоне 2800-3500 К.

Индекс цветопередачи — относительная величина, определяющая, насколько естественно передаются цвета предметов в свете той или иной лампы. Цветопередающие свойства ламп зависят от характера спектра их излучения. Индекс цветопередачи (Ra) эталонного источника света (т. е. идеально передающего цвет предметов) принят за 100. Чем ниже этот индекс у лампы, тем хуже ее цветопередающие свойства. Комфортный для человеческого зрения диапазон цветопередачи составляет 80-100 Ra.

2. Лампочка-«груша» - символ искусственного света

Старая добрая лампочка-«груша» с ее теплым приятным светом сегодня для многих продолжает оставаться символом искусственного света.

В лампе накаливания используется эффект нагревания проводника (нити накаливания) при протекании через него электрического тока (тепловое действие тока). Температура вольфрамовой нити накала резко возрастает после включения тока. Лампа накаливания - нагреватель, который 95% электрической энергии преобразует в тепло, и лишь 5% в видимое излучение.

Преимущества: малая стоимость, отсутствие токсичных компонентов и как следствие отсутствие необходимости в инфраструктуре по сбору и утилизации, отсутствие мерцания и гудения при работе на переменном токе, непрерывный спектр излучения.

Недостатки: низкая световая отдача (7 до 17 лм/Вт), относительно малый срок службы (1000 ч), цветовая температура лежит только в пределах 2300-2900 K, что придаёт свету желтоватый оттенок, лампы обладают слепящей яркостью, отрицательно отражающейся на зрении человека, поэтому требуют применения соответствующей арматуры, ограничивающей ослепление.

2. Галогенные лампы накаливания

Галогенная лампа - заполненная газом лампа накаливания, в которой имеются вольфрамовая нить (спираль) и небольшое количество галогенидов. При наполнении лампы накаливания галогенными соединениями (к группе галогенов относятся неметаллические химические элементы фтор, хлор, бром, йод и астатин) можно избежать образования сажи на внутренней стороне стеклянной колбы.

Виды галогенных ламп:

1. Линейные двухцокольные (трубчатые) галогенные лампы c длинной спиралью, расположенной по оси кварцевой трубки.

2. Лампы галогенные точечные без отражателя (капсульные) – самые компактные из галогенных ламп. Обычно в качестве цоколя в капсульных лампах используется сама колба с жестко фиксированными выводами из вольфрамовой проволоки. Такая малютка (капсульная галогенная лампа) дает света не меньше, чем большая лампа.

3. Лампы галогенные с отражателем (зеркальные галогенные лампочки). Устройство зеркальных галогенных ламп отличается тем, что зеркальный отражатель вместе с цоколем приклеен к колбе лампы. Зеркальное покрытие выполняется путём напыления на стеклянный отражатель химически чистого алюминия (непрозрачное покрытие) или специального полупрозрачного покрытия.

4. IRC-галогенные лампы (сокращение IRC обозначает «инфракрасное покрытие»). IRC-галогенные лампы являются новым направлением развития галогенных ламп. На колбы таких ламп наносится специальное покрытие, которое пропускает видимый свет, но задерживает инфракрасное (тепловое) излучение и отражает его назад, к спирали.

Преимущества галогенных ламп: спектр излучения галогенных ламп накаливания приближается к солнечному; неизменно яркий свет в течение всего срока службы; красивый, сочный свет, обеспечивающий великолепную цветопередачу и возможность создания привлекательных световых эффектов; увеличенный вдвое срок службы, по сравнению с лампами накаливания; больше света при такой же мощности, благодаря более высокой световой отдаче, а следовательно, и повышенная экономичность; малые размеры, почти миниатюрность, позволяют создавать совершенно новые светильники для дизайна интерьера.

Основные недостатки галогенных ламп: высокая температура нагрева при работе (2000C); смещение спектра в синюю область ( них свет "белее", чем у ламп накаливания, причем с некоторым количеством ультрафиолета).

4. Люминесцентные лампы

Люминесцентные лампы - это разновидность газоразрядного источника света, в котором используется способность некоторых веществ (люминофоров) светиться под действием ультрафиолетового излучения электрического разряда.

Виды люминесцентных ламп:

1. Линейные (трубчатые) люминесцентные лампы - люминесцентные лампы в виде стеклянных трубок с двумя металлическими цоколями, наполненных парами ртути под низким давлением. Их достоинства: высокая световая отдача, достигающая 75 лм/Вт; большой срок службы, доходящий у стандартных ламп до 10000 ч. ; возможность иметь источники света различного спектрального состава при лучшей для большинства типов цветопередаче, чем у ламп накаливания. Основные недостатки линейных люминесцентных ламп: ограниченная единичная мощность и большие размеры при данной мощности; относительная сложность включения; невозможность питания ламп постоянным током; зависимость характеристик от температуры окружающей среды (при температуре ниже +10 С зажигание не гарантируется).

2. Компактные люминесцентные лампы - энергосберегающей лампы (ЭСЛ)

Если "закрутить" трубку люминесцентной лампы в спираль, то получают КЛЛ – компактную люминесцентную лампу. Люминесцентные энергосберегающие лампы – качественно новый источник света.

Электронный блок (ЭПРА: электронный пускорегулирующий аппарат – балласт), который обеспечивает зажигание (пуск) и дальнейшее горение люминесцентной лампы. ЭПРА преобразует сетевое напряжение 220В в напряжение, необходимое для работы люминесцентной лампы.

Благодаря ЭПРА энергосберегающая лампа зажигается без мерцания и работает без мигания свойственного обычным люминесцентным лампам.

Преимущества энергосберегающих ламп: экономят до 80% электроэнергии; срок службы до 6 раз больше, чем у обычной лампы накаливания; гарантия порядка 1 года с момента продажи на качественные энергосберегающие лампы; холодный пуск (мгновенное включение без мерцания); возможность работы при температуре от -20 до +40 C ; равномерное распределение света по колбе: не слепит глаза; ровное свечение без мерцания; высокий уровень передачи цвета (Ra=82); компактный размер (возможность использовать практически в любых светильниках, где используются лампы накаливания); теплый или дневной свет.

Основные недостатки энергосберегающих ламп: высокая стоимость, в 10 и более раз превышающая стоимость ламп накаливания; в трубке содержатся пары ртути, поэтому разбивать такую лампу категорически не рекомендуется (если такое случилось, то советуют незамедлительно и тщательно проветрить помещение, требуется специальная утилизация).

5. Светодиоды - основа освещения будущего

Светодиоды представляют собой полупроводниковые приборы (с одним pn-переходом) непосредственно преобразующие с высоким КПД электрическую энергию в энергию оптического излучения. Это излучение, в отличие от тепловых источников света, имеет более узкий спектр, вследствие чего излучение в видимой области спектра воспринимается человеческим глазом как одноцветное. Его цветовые характеристики зависят от химического состава использованного полупроводника. Материалом для светодиода используется нитрид галлиума (синий), тостид галлиума (желтый или зеленый). Для инфракрасного - соединения индиума.

Светодиод - низковольтный прибор. Обычный светодиод, применяемый для индикации, потребляет от 2 до 4В постоянного напряжения при токе до 50 мА. Светодиод, который используется для освещения, потребляет такое же напряжение, но ток выше - от нескольких сотен мА до 1А в проекте. В светодиодном модуле отдельные светодиоды могут быть включены последовательно, и суммарное напряжение оказывается более высоким (обычно 12 или 24 В).

В отличие от ламп накаливания и люминесцентных ламп, все лампы светодиодные не имеют нитей накаливания, которые могут перегореть, не содержат ртути и других, вредных для здоровья, веществ. Светодиодные источники света безотказно работают при температуре от – 60 до +600С, не чувствительны к любым изменениям в электросетях.

Современное состояние светодиодных технологий позволяет использовать светодиоды в лампах со стандартными размерами цоколей, что в свою очередь влечет за собой возможность замены ламп накаливания на светодиодные лампы.

Светодиоды обладают целым набором положительных качеств:

1. Исключительно высокой надёжностью, определяемой высоким сроком службы (35 лет!).

2. Высокой световой отдачей, соизмеримой со световой отдачей наиболее эффективных разрядных источников света (на 90% экономичнее самых маленьких 15Вт галогеновых лампочек).

3. Малыми габаритными размерами.

4. Высокой насыщенностью цвета излучения (другими словами, излучение светодиодов - очень чистых и насыщенных цветовых оттенков).

5. Отсутствием в спектре излучения ультрафиолетовой и инфракрасной составляющих.

6. Очень высокой устойчивостью к механическим нагрузкам.

7. Способностью работать в широком диапазоне температур окружающей среды.

8. Экологической безопасностью, связанной с отсутствием ртути и других вредных веществ.

9. Простотой схемой включения и управления.

Основным недостатком светодиодов является довольно высокая цена.

Применение светодиодов: различные светосигнальные установки, рекламно-информационные табло, медицинские осветители (наружные, эндоскопические), осветители для микроскопов, подсветка волоконно-оптических жгутов; архитектурная и ландшафтная подсветка; подсветка жидкокристаллических дисплеев в сотовых телефонах,  цифровые камеры.

6. Изучение цветности света и спектров осветительных ламп

6. 1. Характеристика основных цветов света

Работая с источниками информации, были найдены сведения о психологическом воздействии на человека световых волн различных участков спектра излучения. Свет – это электромагнитное излучение. Свет состоит из фотонов. Глаз видит фотоны с длиной волны примерно от 390 до 750 нанометров. При этом длина волны отвечает за цветовой тон в спектре.

Сегодня искусственное освещение (электрический свет) определяет качество нашей жизни и комфортность состояния человека. Плохой свет, как и плохие очки, может стать причиной усталости, раздражительности, плохого настроения и других неприятных последствий, поэтому "цветность" света обязательно должна учитываться.

Цвет света бывает теплый (красный, оранжевый, желтый), холодный (зеленый, синий, пурпурный) и ахроматический (белый, черный и все оттенки серого). Цвет вызывает физическую и эмоциональную реакцию. Значение холодных цветов: холодные цвета оказывают успокаивающее действие. Теплые цвета поднимают настроение и тонизируют.

Цвет Позитивные св-ва цвета

Теплый красный- любовь, страсть, тепло, радость, мощь

(красный, оранжевый, желтый) оранжевый - энергия, перемены желтый - радость, оптимизм

Холодный зеленый- рост, здоровье, природа, гармония

(зеленый, синий) синий - сила, умиротворенность, интеллект

Нейтральный белый-чистота, невинность, мягкость, женственность

(белый, черный и все оттенки серого) черный- консерватизм, таинственность, утонченность

. Человек более работоспособен днем, при свете относительно холодных оттенков, а вечером предпочитает отдыхать при теплом, красноватом свете. В жилых интерьерах обычно используют лампы теплого тона, способствующие отдыху и расслаблению, а в офисных и производственных уместны более холодные лампы. Наиболее естественная, а значит, и комфортная для человека, цветовая температура лежит в диапазоне 2800-3500 К.

6. 2. Опыт №1 «Наблюдение и сравнение спектров различных источников света»

В экспериментальной части мною проведены наблюдения и сравненияспектров излучения различных источников света.

Я изготовил осветитель со сменными патронами для современных ламп. Спектры наблюдались с помощью спектроскопа и дифракционной решетки, для лучшего наблюдения через видеокамеру проектировались на экран телевизора.

Благодаря профессиональной фотосъемке, были получены фотографии этих спектров.

Сравнение фотографий спектров, позволило убедиться в следующем (см. презентацию).

У традиционных  ламп накаливания спектр излучения гораздо более естественный, то есть приближенный к солнечному - сплошной спектр. Галогенные лампы – лампы накаливания, поэтому у них тоже сплошной спектр. Недостаток - в смещении спектра в синюю область. У них свет "белее", чем у ламп накаливания, причем с некоторым количеством ультрафиолета.

Спектральное качество лучших люминесцентных линейных ламп приближается к качеству источников с непрерывным спектром, генерирующих свет белого цвета, синяя составляющая в спектре возрастает, а красная составляющая убывает, т. е. занижен цветовой диапазон в красной стороне спектра. Исследования ученых подтвердили тот факт, что люминесцентные лампы с повышенной голубой компонентой благоприятно воздействуют на общее самочувствие и производительность умственной и физической деятельности человека.

Люминесцентные энергосберегающие лампы дают линейчатые спектры. В линейчатом спектре этих ламп наблюдаются яркие линии: фиолетовая, голубая, зеленая, желтая и красная. Линейчатый спектр излучения может вызвать искажения в цветопередачи. По некоторым данным, использование ламп излучающих свет с непрерывным спектром благоприятней сказывается на здоровье, нежели использование обычных компактных люминесцентных ламп со светом линейчатого спектра.

Красная светодиодная лампа дает монохроматический свет, о чем свидетельствует ее красный спектр, а белая светодиодная лампа – N-ое количество сплошных спектров (N-число светодиодов в лампе). Имея достаточно узкий спектр излучения, светодиоды демонстрируют чистый цвет и большую яркость.

6. 3. Опыт №2 «Измерение длины световой волны»

Используя дифракционную решетку и прибор для определения длины световой волны я определил длины волн отдельных спектральных линий в излучении современных энергосберегающих ламп и красного светодиода. Результаты измерений сопоставимы с табличными данными.

Длина волны красного цвета (600-800) нм, полученный результат 677 нм и 629 нм.

Длина волны желтого цвета (560-590)нм, полученный результат 579нм.

Длина волны зеленого цвета (500-560)нм, полученный результат 527нм.

Длина волны голубого цвета (475-500)нм, полученный результат 480нм.

Длина волны фиолетового цвета (400-450)нм, полученный результат 414нм.

Заключение

Работая над рефератом «Новое поколение осветительных ламп», мною рассмотрено устройство, принцип работы, достоинства и недостатки, цветность света и спектры от старой доброй лампочки-«груши» до сверхэкономичных светодиодов.

Характеристики ламп Лампа накаливания Галогенная лампа Люминесцентная лампа Светодиоды

Светоотдача 7–17 Лм/Вт 14–30Лм/Вт 90 Лм/Вт 25 Лм/Вт

Цветопередача 60–90 Ra 80–100 Ra 70–80 Ra 0–100 Ra

Срок службы 1000 ч 3000–4000 ч до 20 тыс. ч до 100 тыс. ч

Экономичность Не экономична Экономична Экономична Сверхэкономичны

Сравнительный анализ различных видов осветительных ламп нового поколения и наблюдение цветности света этих ламп показал, что самую высокую светоотдачу имеют компактные люминесцентные лампы и не зря их называют экономичными. Экономия электроэнергии при этом достигает 80%. Энергосберегающие лампы служат в 6, 10, а то 15 раз дольше ламп накаливания. Цветовая  температура этих ламп 2700 К – теплый (желтый) свет; 4000 К – нейтральный (дневной) свет; 6400 К – холодный (белый) свет Они прежде всего предназначены для замены ламп накаливания в самых разнообразных применениях. Они занимают прочные позиции в освещении помещений общественных зданий (классы и аудитории, офисы, больницы и др. ). В отличие от люминесцентных и ламп накаливания галогенные лампы относятся к световым источникам, более близким по спектру к белому цвету, то есть такое освещение не исказит ни цвет вашего лица, ни цветовое решение вашего интерьера. Но светодиоды - основа освещения будущего. Они по степени потребления электроэнергии на 90% экономичнее самых маленьких 15Вт галогеновых лампочек. У них практически вечный срок службы. Светодиоды имеют любой цвет светового потока. По состоянию на 2008 год светодиодные светильники уже чаще ламп применяются в архитектурном, декоративном, ландшафтном, подводном освещении, праздничной иллюминации.

Улучшение светового комфорта в домашних условиях и на работе создаёт человеку не только настроение, но и позволяет длительное время сохранять работоспособность; а правильный световой дизайн и хорошо подобранная цветовая гамма окружающей обстановки определяют внутреннее состояние и помогают сохранить здоровье.

Свет - это жизнь. Искусственный свет стал неотъемлемой частью нашей жизни и сделал ее более комфортной. На сегодняшний день идея перевода освещения на обычные «люминесцентные», «энергосберегающие» и «светодиодные» источники света становится все более популярной. Лампочка должна быть экономной! Заменив обычные лампы накаливания энергосберегающими, мы станем платить за электроэнергию в 2,5–3 раза меньше. Имеет смысл покупать энергосберегающие лампы.