Эволюция электрического освещения

Эволюция электрического освещения – яркий пример борьбы за оптимальное соотношение цены и качества.

Эволюция электрического освещения – яркий пример борьбы за оптимальное соотношение цены и качества. Попробуем разобраться, почему обычная лампа накаливания большая, а галогеновая лампа маленькая? Чтобы вольфрам при накаливании не сгорел в кислороде, его помещают в инертный газ, заключенный в стеклянную колбу. Колба такой лампы делается из «обычного» легкоплавкого стекла по двум причинам. Чтобы уменьшить цену, поскольку такое стекло дешевле термостойкого. И чтобы упростить технологию, так как у большинства металлов КТР ближе к КТР легкоплавкого стекла, а не термостойкого. А когда КТР у стекла и металла близок, то и технология впаивания гораздо проще. Но чтобы такая колба не лопалась от нагрева вольфрамовой нитью, то и размеров простая лампа накаливания должна быть заметных. Когда температура твердого тела увеличивается, то максимум кривой зависимости интенсивности света от длинны волны сдвигается в более коротковолновую область. И чтобы увеличить КПД простой лампы накаливания, у которой максимум близок к красной области, вольфрамовую нить надо нагреть до еще более высокой температуры. Но при более высокой температуре даже вольфрам не выдерживает и начинает… испаряться. Чтобы избежать истончения вольфрамовой нити при более высокой температуре и придумали галогеновые лампы. В колбу такой лампы добавляют бром или йод и испарившийся вольфрам в виде галогенида опять возвращается на спираль и разлагается на ней. Но чтобы галогениды вольфрама не осели на стенках колбы, колба должны быть сильно разогрета. По этой причине колбы для галогеновых ламп маленького размера и их делают из очень термостойкого кварцевого стекла. Но у кварцевого стекла из-за высокой склонности к кристаллизации газопропускание гораздо выше. Именно по этому, если потрогать галогеновую лампу грязными руками, кварцевое стекло колбы при нагревании начинает кристаллизоваться белыми пятнами и через образовавшимися микропоры между кристаллами быстро набирается кислород из воздуха. И вольфрам окисляется, а нить перегорает.

Но все равно по светоотдаче галогеновые лампы заметно проигрывают люминесцентным и светодиодным. Победа за ними? Тут не все так просто. Дело в том, что человеческий глаз работает не только как видео камера. Также он выполняет роль фотосенсора, который регулирует обмен гормонов в организме. У ламп накаливания (в том числе и галогеновых) спектр света непрерывен как у солнца и такой свет раздражает различные фоторецепторы глаза достаточно полно. А спектр у люминесцентных ламп и светодиодных линейчатый и может вообще не участвовать в гормональном регулировании. Для самочувствия отдельного человека это не так заметно, но в масштабах страны имеет значение. И по этой причине необходим источник света и с высокой отдачей и непрерывным спектром.

Может старую лампу накаливания накалить еще, чтобы максимум оказался еще ближе к фиолетовой области?

И еще, если хотите хорошо себя чувствовать и хорошо высыпаться, то зимние вечера проводите в свете ярких галогеновых ламп, а летом больше гуляйте в ясную погоду.

http://engineering-ru.livejournal.com/67660.html

Комментарии -избранное

dimorlus
19 апр, 2013 21:00 (UTC)
Дело в том, что человеческий глаз работает не только как видео камера. Также он выполняет роль фотосенсора, который регулирует обмен гормонов в организме. У ламп накаливания (в том числе и галогеновых) спектр света непрерывен как у солнца и такой свет раздражает различные фоторецепторы глаза достаточно полно. А спектр у люминесцентных ламп и светодиодных линейчатый и может вообще не участвовать в гормональном регулировании. Для самочувствия отдельного человека это не так заметно, но в масштабах страны имеет значение.

По-моему, полный бред. Во-первых, спектральная чувствительность рецепторов глаза хорошо изучена, и все имеющиеся источники света, хоть с непрерывным, хоть с линейчатым спектром в них попадают (кроме, натриевых ламп низкого давления, у тех почти монохромный желтый свет, и рецептор, отвечающий за восприятие синего не возбуждается, но такие лампы уже почти нигде не используются). Во-вторых, люминисцентное (или газоразрядное) освещение офисов и т. п. мест массово (и почти безальтернативно) уже лет 60 используется, и сколько-то заметного значения в рамках страны (хоть какой-нибудь) никто не замечал. Ну и в-третьих, гормоны - это вещества (обычно белки), которыми одни органы посылают сигналы другим путем переноса их кровью. О каком обмене гормонов идет речь?

У меня дома уже лет 10 нет ламп накаливания вообще (только в холодильнике). Остальные CFL, MH HID, а теперь LED. Я люблю яркий свет, и вешать по 250 горячих ватт мне не хочется, если вместо этого можно 40 ватт тепла излучать при том же количестве света. У LED (как, впрочем, и у других люминисцентных источников) показатель непрерывности спектра CRI до 95% доходит, их свет пригоден практически для любой цели. А при достигнутых уже сегодня в товарных LED 120 люменах на ватт, и в перспективных 200 люмен на ватт, у них в обозримом будущем конкурентов не предвидится. Хотя я еще о каких-то кажется квантовых трубках, или как-то так читал, с их помощью можно получить непрерывный спектр, но эффективность у LED выше.

Но... Лампа накаливания не мерцает с частотой 50 Гц.

Нет. Она мерцает с частотой 100Гц, в зависимости от ее мощности, с амплитудой (по свету) 5..25%.

Все остальное, даже при наличии псевдоумножителей в цоколе, мерцают в диапазоне, вредном для глаз.

В цоколе не умножитель, в цоколе балласт, если вы о CFL. Тут я проверял на сколько сильно мерцают лампы. Как видно, у CFL общий уровень пульсаций (двойная амплитуда) составляет 49%, у 100W лампочки накаливания она 17.5% (заметно от нуля отличается). У CFL кроме модуляции с удвоенной частотой сети, есть еще высокочастотная модуляция на частоте 75..80kHz (это удвоенная частота работы электронного дросселя). Глазами я не вижу никаких пульсаций, да и вообще, для глаз надо бы это в логарифмическую шкалу по вертикали перевести, но мне лень :)

Что касается HID, то их я питаю либо прямоугольным током с рипплом в доли, максимум единицы процентов и частотой несколько сот герц. Но так как это прямоугольник, момент переключения очень короткий, на свете это не отражается (на скопе виден очень короткий провал). Либо, для мощностей начиная со 150 ватт, и до 450, синусоидальным током частоты 120..250кГц. Гальваническая развязка от сети никаким из этих устройств не нужна, зачем?

LED'ы питаются постоянным током и не мерцают вообще.

Стоят эти лампы (особенно LED), конечно, значительно дороже, но срок службы у них в десятки, а то и сотни раз выше, и светоотдача в 5..7 раз выше. А учитывая, что большую часть года, мне приходится охлаждать помещение, разница в КПД еще выше.

serg63_rostov
20 апр, 2013 10:00 (UTC)
Мерцание от 20 до 150 Гц вредно для глаз, особенно в нижнем диапазоне. Пруф выкладывать не буду, он был в 80-х в одном из учебников. Там было описание светильников, производимых в АрССР с рекомендацией применения 2-х или 4-х ламповых, в которых была реализована схема встречной компенсации частоты питания сети.

HID и LED - согласен, они для зрения безопасны и долговечны. Однако, стоимость... Убедить бы в этом пенсионЭров и малоимущих...
Ссылка Ответить Уровень выше Ветвь дискуссии Отслеживать

dimorlus
20 апр, 2013 10:37 (UTC)
Мерцание от 20 до 150 Гц вредно для глаз, особенно в нижнем диапазоне.

Нижний диапазон - это 100Гц (или 120 для стран с 60Гц сетью), и если бы это действительно было так вредно, то это бы уже проявилось, ведь питающиеся от 50Гц люминисцентные и газоразрядные лампы до сих пор в абсолютном большинстве. Электронные дроссели, работающие на высокой частоте появились-то 10 лет назад. А для HID это до сих пор экзотика. А при питании от промышленной частоты глубина модуляции светового потока близка к 100%, в отличие даже от CFL, мерцание которых глазу не заметно, ведь чувствительность зрительных рецепторов логарифмическая, и они инерционны.

Однако, стоимость... Убедить бы в этом пенсионЭров и малоимущих...

Есть два пути. 1 - продавать электроэнергию по ее реальной стоимости, не дотировать. Народ сам побежит за экономичными лампочками, но боюсь, что быстрее он побежит на улицы громить все, что под руку подвернется. 2 - как государство регулирует тарифы, так оно регулирует и рынок - лампочки накаливания запрещают продавать, выходя не остается - приходится покупать экономичные.

У LED есть одна, но серьезная проблема. Температура кристалла не должна превышать 100, ну 110 градусов. С учетом тепловых сопротивлений, температура самой лампы - где-то 85. Для ламп с эдисоновским цоколем, это накладывает даже при 200 люменах на ватт слишком жесткие ограничения на максимальную светимость, получить эквивалент 100Вт ЛН очень тяжело, и то зависит от конструкции светильника. Выход - отказаться от концепции лампочка+светильник, а делать LED светильники. При современных временах жизни LED, такой светильник прослужит лет 15, если раньше не надоест. Если для промышленного света это решается относительно просто, то для домашнего, это дороже, но и простора для технических дизайнеров больше. Правда они должны больше, чем обычно им свойственно, разбираться в физике.