3405 ИСТОЧНИКИ ЛУЧИСТОЙ ЭНЕРГИИ

  1. 1. Цель работы

 

Ознакомление с принципом действия, конструкциями, характеристиками и параметрами источников лучистой энергии в видимом диапазоне спектра. Освоение методики исследования характеристик натриевых ламп.

 

  1. 2. Краткие теоретические сведения

Понятие о генерировании излучения и его основные характеристики

Атомы, молекулы находятся обычно в состоянии энергетического равновесия. При получении извне определенных порций энергии нейтральные атом, молекула могут ее поглотить, повысив тем самым свой запас потенциальной энергии, то есть происходит переход их в новое энергетическое состояние. Такие атом, молекулу называют “возбужденными”. Опыт показывает, что в обычных условиях эти частицы не могут продолжительно оставаться в возбужденном состоянии и через определенный промежуток времени возвращаются в нормальное состояние. Установлено, что атомы могут поглощать только определенное количество сообщаемой им извне энергии.

Каждый атом характеризуется лишь несколькими возможными энергетическими уровнями, количество которых тем больше, чем сложнее его структура. Отсюда следует, что излучение будет происходить отдельными порциями, или так называемыми квантами (фотонами). Энергия кванта излучения определяется выражением:

.                                                         (1)

Здесь с – скорость света, h – универсальная постоянная Планка.

Энергия однородного (монохроматического) излучения W всегда кратна величине кванта энергии излучения e:

,                                                      (2)

где n – целое число излучаемых квантов.

Излучение в оптической области спектра (длины волн от 0,01 до 340 мкм) создается в результате перехода атомов и молекул из возбужденного состояния в нормальное. Из всего диапазона оптического излучения для освещения используется спектр, лежащий в диапазоне от 0,38 до 0,77 мкм. Излучение с данными длинами волн, действуя на глаз человека, вызывает световые ощущения и называется видимым излучением. В табл.1 приведены ориентировочные границы участков наиболее характерных цветов видимого спектра.

 

Таблица 1

Граница участков характерных цветов непрерывного видимого спектра

Цвет

Граница участков, мкм

Фиолетовый

Синий

Голубой

Зеленый

Желтый

Оранжевый

Красный

Желто-зеленый

0,38...0,45

0,45...0,48

0,48...0,51

0,51...0,56

0,56...0,59

0,59...0,62

0,62...0,77

0,55...0,575

 

Степень воспроизведения цветов видимого излучения называется цветопередачей. Так как спектральный состав излучения искусственного источника света отличается от спектрального состава дневного света, то освещенный этим источником объект изменяет цвет. Поэтому для правильного восприятия предмета любой искусственный источник должен обеспечить правильную цветопередачу.

Мерой передаваемого источником света служит световой поток. За единицу светового потока принят люмен (лм). Один люмен – это световой поток, излучаемый с поверхности абсолютно черного тела размером       0,5305 мм2 при температуре затвердевания платины T=2046 К.

Существующие приборы – источники света предназначены для преобразования какой-либо энергии (например, тепловой) в лучистую энергию излучения. Преобразование энергии должно быть с наименьшими потерями. Экономичность источника h характеризуется его световой отдачей, которая представляет собой отношение светового потока F к потребляемой источником мощности P Вт:

.                                                    (3)

Рассмотрим с этой точки зрения основные источники лучистой энергии в видимой области спектра и их основные параметры. В зависимости от природы излучения источники можно разделить на две основные группы:

1)       источники теплового излучения;

2)       газоразрядные источники.

 

Тепловые источники света

В тепловых источниках света  их спектральный состав и лучистый поток определяются исключительно тепловым состоянием тела, т.е. его температурой. Это можно проследить по излучению абсолютно черного тела (а.ч.т.) (рис.1). Как видно из приведенных характеристик, максимум излучательной способности с повышением температуры перемещается из инфракрасной области спектра в ультрафиолетовую. При этом максимальная световая отдача достигается при температуре порядка 6000 К, которую не может выдержать ни один из известных материалов.

Поэтому тепловые источники света даже в самых идеальных условиях практически не могут обладать высокой световой отдачей.

На  основании вышесказанного для получения наибольшей световой отдачи в тепловых излучателях используются материалы с высокой температурой плавления Т. Из всех известных металлов наибольшее распространение получил вольфрам (Tпл=3660±50 K).

На рис.2 приведены характеристики распределения излучательной способности а.ч.т. и вольфрама. Сравнение кривых показывает, что излучательная способность а.ч.т. для всех длин волн больше, чем у вольфрама. Однако доля общего количества излучаемой им энергии, приходящаяся на видимую область спектра (на рисунке отмечена вертикальной штриховкой), меньше, чем дает вольфрам. С этой точки зрения вольфрам является более экономичным излучателем, чем а.ч.т.

В качестве излучателя вольфрам используется в лампах накаливания (вакуумных и газонаполненных). В них излучатель выполнен из вольфрамовой проволоки, свитой в спираль или биспираль. Температура спирали составляет порядка 3000 К. При данной температуре световая отдача у ламп накаливания достигает 20 лм/Вт. Из анализа светового к.п.д. лампы следует, что только 2…4 % потребляемой лампой энергии используется в виде света, который непосредственно воспринимается глазом человека.

Средний срок службы вакуумных ламп составляет порядка 1000 часов и ограничивается в основном испарением вольфрама и перегоранием спирали. Уменьшение скорости испарения вольфрама при наполнении ламп газом позволяет увеличивать срок службы. Для наполнения используются азот, аргон, криптон и их смеси до давления порядка 700 мм рт.ст. Наполнение газами также обусловлено тем, что позволяет предотвратить попадание в лампу паров воды или кислорода, образующих легколетучие соединения с вольфрамом (“белый” налет на колбе), которые значительно ускоряют испарение вольфрама и сокращает срок службы лампы.

 



 
ОАО РАО ЕЭС. удовлетворил Миллера в центральном. площади тыс га