СВЕТЯЩИЕСЯ ТРУБКИ

ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ ЛАМП

Аканчивая рассказ о новых источниках света — люми­несцентных лампах, рассмотрим, какими преимуще­ствами и недостатками они обладают по сравнению с при­вычными лампочками накаливания. Сопоставим пооче­рёдно все важнейшие свойства ламп.

Экономичность. Прежде всего сравним лампы по их экономичности, т. е. по тому, какое количество света они дают при одинаковом расходе энергии. Образцом сравнения возьмём такой источник, который всю потреб­ляемую энергию отдаёт полнвстью в виде излучения квантов с энергией 2,23 э-в, то есть квантов, лучше всего воспринимаемых глазом. Примем экономичность такого источника за единицу.

Мы уже говорили, что качество такого источника нас не удовлетворяет. С этой точки зрения наилучшим явился бы источник, дающий только видимый свет, с такой про­порцией квантов разных энергий, которая имеется в «есте­ственном» белом свете. Если вычислить экономичность та­кого идеального источника, то она окажется примерно равной 0,35.

Подсчитанная таким же образом экономичность лю­минесцентных ламп равна 0,06, а лампочек накалива­ния — всего 0,02. Итак, хотя люминесцентные лампы в три раза экономичнее лампочек накаливания, они ещё очень далеки от идеального источника.

Каковы же причины потерь энергии в люминесцентных лампах, известны ли способы уменьшения этих потерь?

Подсчёты и измерения показали, что примерно две трети всей энергии, потребляемой лампой, идёт на излу­чение ультрафиолетовых квантов с энергией 4,9 и 6,7 э-в. Остальная треть идёт на нагревание электродов, на тепло, выделяющееся на стенках трубки при прохожде­нии через неё тока, а также на испускание инфракрасных квантов. На непосредственное излучение видимого света расходуется лишь немногим более одного процента энергии.

Возникающие в трубке ультрафиолетовые кванты яв­ляются основным источником её свечения, поскольку под их действием происходит возбуждение люминофора, на­несённого на стенки. Однако, как мы уже говорили, при преобразовании ультрафиолетового излучения в видимое разница между энергией ультрафиолетовых квантов и квантов видимого света превращается в тепло и практиче­ски полностью для нас теряется. Вот что является основ­ной причиной неполного использования энергии в люми­несцентных лампах. Кроме того, следует учесть потери света в слое люминофора, поглощение части ультрафиоле­товых квантов в стекле, потери энергии в катушке само­индукции и некоторые другие, менее значительные потери. В результате оказывается, что люминесцентные лампы в 5—6 раз менее экономичны, чем идеальный источник света.

Из сказанного можно заключить, что основной путь повышения экономичности люминесцентных ламп заклю­чается в более выгодном использовании возбуждающего ультрафиолетового излучения, т. е. в более благоприят­ном соотношении между энергией возбуждающих кван­тов и энергией квантов, испускаемых люминофором. Не исключена возможность и такого подбора люминофоров и газа, наполняющего трубку, при котором происхо­дил бы «размен» ультрафиолетового кванта на два ви­димых.

Разумеется, не следует пренебрегать уменьшением и других непроизводительных затрат энергии, например на­греванием электродов и теплом, выделяющимся в катушке самоиндукции.

Состав света. Благодаря большому разнообразию люминофоров можно составлять их смеси с любым же­лаемым составом света. Кроме света, очень близкого к дневному («лампы дневного света»), можно получать раз­ные оттенки белого света («лампы белого света», «лампы тёпло-белого света») и свет всевозможных цветов.

Возможность получения света любого состава является одним из главных преимуществ люминесцентных ламп по сравнению с лампочками накаливания.

Яркость. Смотреть прямо на нить лампочки нака­ливания, даже самой слабой, неприятно. Глаз быстро утомляется и теряет чувствительность. Это связано с тем, что свет излучается с очень маленькой поверхности. В све­тотехнике говорят «яркость источника велика», причём под яркостью подразумевают силу света с каждого квад­ратного сантиметра источника. Большая яркость непри­ятна и вредна для зрения.

Чтобы уменьшить яркость лампочек накаливания, при­ходится применять абажуры и колпаки, снижающие и без того низкую экономичность лампочек.

У люминесцентной лампы поверхностью излучения яв­ляется вся трубка. Поэтому яркость люминесцентных ламп в сотни раз меньше яркости лампочек накали­вания, и применять их можно даже без защитной арматуры.

Срок службы. Средний срок службы лампочки накаливания— 1000 часов. Прогорев этот срок, лампочка погибает, так как к этому времени у неё обычно перего­рает нить. Люминесцентные лампы в два-три раза более долговечны.

Кроме того, они обычно выходят из строя не сразу, а постепенно, работая всё хуже и хуже и как бы преду­преждая о необходимости замены. Сначала уменьшается поток света, который даёт лампа, затем она начинает труднее зажигаться и, наконец, совсем перестаёт рабо­тать. Сроком её службы считается не время горения до полного выхода лампы из строя, а время, в течение которого поток света уменьшается приблизительно на 20%.

Следует заметить, что срок службы лампы зависит от того, как часто она включается. При включении лампы напряжение значительно выше, чем при её горении, а это приводит к распылению электродов. Поэтому люминес­центная лампа тем долговечнее, чем дольше она каждый раз горит непрерывно.

Мелькание света. Мы знаем, что переменный ток, которым мы пользуемся для освещения, сто раз в се­кунду меняет направление. Лампочка накаливания этих перемен практически не чувствует. За время нарастания и убывания тока температура нити почти не меняется. Поэтому совсем незаметно колеблется и сила света лам­почки.

Иначе ведёт себя люминесцентная лампа. Излучае­мый ею свет к моменту прекращения тока падает почти до нуля. Остаётся лишь небольшое остаточное свечение

Люминофора. Глаз человека не замечает этого мелькания света, так как световое впечатление в глазу сохраняется несколько больше десятой доли секунды. Этого времени достаточно, чтобы свет люминесцентной лампы казался нам непрерывным.

Однако быстро движущийся предмет, освещённый лю­минесцентной лампой, как бы размножается на несколько одинаковых предметов, сдвинутых друг относительно друга. Убедиться в этом можно, быстро проведя рукой перед лампой.

Для устранения этого явления включают по две и три лампы таким образом, чтобы они гасли не одновременно. В некоторых установках применяется так называемый трёхфазный ток. В трёх проводах трёхфазного тока на­пряжение относительно четвёртого «нулевого» провода ме­няется не одновременно, а со сдвигом друг относительно друга на одну трёхсотую долю секунды.

Включив три лампы между каждым из основных про­водов и нулевым проводом (рис. 23), мы получим почти

Катушка самоиндукции

-------- ПШШЇЇ^-1

Іїонденса - Катушка

Тор самоиндукции

0

Источник Сопротивление тока ^Стартер

0 &

В

Б

Стартер

Рис. 24. Способ включения двух ламп в обычную осветительную сеть для уменьшения мигания.

Непрерывный свет. Сначала погаснет одна лампа, вто­рая — через одну трёхсотую секунды, третья — через две трёхсотые. Через три трёхсотых, т. е. через одну сотую секунды, вновь погаснет первая и т. д.

В обычных осветительных сетях, где применяется одно­фазный переменный ток, включаются одновременно две лампы. С помощью специального соединения катушек са­моиндукции и конденсаторов (рис. 24) удаётся добиться того, чтобы каждая лампа гасла в тот момент, когда дру­гая горит всего сильнее. При двух лампах равномерность
света хотя и меньше, чем при трех, но значительно лучше, чем когда горит только одна лампа.

Влияние окружающей температуры. Одним из важнейших недостатков люминесцентных ламп является их сильная чувствительность к окружающей температуре. Лампоч­ка накаливания работает при любых температурных условиях, а люмине­сцентная лампа заметно изменяет свои свойства при понижении и при повышении температуры.

При охлаждении уменьшается плотность паров ртути. От этого сни­жается количество возникающих уль­трафиолетовых квантов и соответ­ственно ослабляется свечение люми­нофора. Дальнейшее охлаждение за­трудняет зажигание лампы, а при температуре окружающей среды око­ло нуля лампа совсем перестаёт ра­ботать. При перегреве лампы увели­чивается количество испускаемых ою инфракрасных квантов и соответст­венно снижается её экономичность.

Такая зависимость работы люми­несцентных ламп от окружающей температуры сильно сужает область их применения. Особенно сложно ис­пользовать эти лампы для уличного освещения в зимнее время. Делаются разные попытки уменьшить чувстви­тельность люминесцентной лампы к окружающей температуре. Наиболее простой способ состоит в окруже­нии её стеклянным кожухом. Воз­душная прослойка между кожу­хом и лампой помогает сохранить более постоянную температуру сте­нок лампы.

В настоящее время ведутся опыты по освещению лю­минесцентными лампами улиц Москвы и Ленинграда.

Включение и обслуживание ламп. Вклю­чение в осветительную сеть лампочки накаливания весьма
просто. Универсальный винтовой патрон и выключатель — вот и все вспомогательные устройства, необходимые для этого. А для того чтобы присоединить к сети люминесцент­ную лампу, нужны стартёр, катушка самоиндукции и конденсатор.

Заменить вышедшую из строя лампу можно только лампой такой же мощности, иначе потребуется другая катушка самоиндукции и другой конденсатор. Кроме того, так как размеры ламп разной мощности различны, то и арматура с определённым расстоянием между патронами годится только для определённых ламп. Большая длина лампы, полезная с точки зрения уменьшения её яркости поверхности, в ряде случаев может оказаться неудобной для установки.

Обслуживание люминесцентных ламп также сложнее, чем лампочек накаливания, в частности, возможны нару­шения нормальной работы лампы (затруднённое зажига­ние, мигание и другие), связанные не с выходом из строя лампы, а с порчей какого-либо из вспомогательных при­боров.