CEL ĆWICZENIA
Zapoznanie się z układami połączeń najczęściej stosowanych lamp oświetleniowych oraz z ich
właściwościami.
WSTĘP TEORETYCZNY
Lampa żarowa
Zasada działania lampy żarowej jest niezwykle prosta. Lampa żarowa w swojej podstawowej części jest
szczelną babką szklaną zawierającą drut wolframowy zwany potocznie żarnikiem lub skrętką, który jest
podgrzewany przepływającym przez niego prądem elektrycznym. Działanie żarówki opiera się na
właściwości przedmiotów do emitowania energii podczas ich podgrzewania do wysokich temperatur.
Temperatura skrętki jest zależna od natężenia prądu elektrycznego przepływającego przez skrętkę. Z
kolei moc elektryczna żarówki (P) zależy od napięcia zasilania (U) oraz oporności drutu (R), z którego
wykonana jest skrętka.
P = U
2
/ R
Dla tradycyjnych żarówek wartość napięcia zasilania jest stała i określona wartością napięcia
sieciowego, które w Polsce wynosi 230V.
Rys. 1. Układ do badania parametrów żarówki: 1 – autotransformator, 2 – zestaw przyrządów
Lampy fluorescencyjna
Zasada działania lampy fluorescencyjnej opiera się na wyładowaniach zachodzących pomiędzy
elektrodami w szklanej tubie wypełnionej parami rtęci i argonu. Przyłożone do elektrod napięcie
powoduje wyładowanie w gazie, a w konsekwencji emisję światła ultrafioletowego, które to następnie
jest zamieniane na światło widzialne przechodząc przez luminofor umieszczony na ściankach tuby.
Jednak, aby to nastąpiło, konieczne jest najpierw podanie impulsu jonizującego gaz w lampie.
Następnie, podczas świecenia lampy, przepływający przez lampę prąd zapewnia ciągły stan
zjonizowania gazu. Aby zapłon lampy odbył się bez migotania, wstępnie podgrzewa się elektrody do
temperatury z zakresu od 600°C do 700°C. Zabieg ten przyczynia się także do zwiększenia żywotności
lampy.
Rys. 2. Układ do badania parametrów lampy fluorescencyjnej ( świetlówki): 1- dławik
(statecznik), 2 – świetlówka LF, 3 - zapłonnik
Lampa wyładowcza
Lampa, która świeci poprzez wyładowania elektryczne w parach metali lub gazów. W zależności od typu
lampy, jej bąbka może być pokryta luminoforem (specjalna farba, która zamienia niewidzialne
promieniowanie elektromagnetyczne na widzialne).Występuje w kształcie rury lub przypominającym
żarówkę, może byc z gwintem lub bez. Lampa może wymagać dodatkowych urządzeń zapłonowych, w
zależności od jej rodzaju. Prawie wszystkie źródła wyładowcze wymagają urządzenia ograniczającego
prąd wyładowania - statecznika. Najczęściej w tym celu stosuje się dławiki magnetyczne. Coraz
powszechniej są one jednak zastępowane przez elektroniczne układy zasilające o lepszych parametrach.
Urządzenia stabilizujące i zapłonowe najczęściej montowane są w oprawie.
Rys. 3. Układ do badania parametrów lampy wyładowczej (rtęciowej); 1- dławik (statecznik),
2 – lampa rtęciowa LRF
Luksomierz
Przyrząd pomiarowy do pomiaru natężenia oświetlenia.
WYNIKI POMIARÓW
Natężenie oświetlenia w pomieszczeniu wynosiło E
P
= 68 lx
Wyniki badań żarówki – żarówka
U [V]
I [A]
P [W]
E [lx]
80
0,52
38
300
90
0,55
46
460
100
0,59
55
750
110
0,62
64
1135
120
0,64
75
1750
130
0,68
84
2350
140
0,7
94
3150
150
0,72
102
160
0,74
114
7500
170
0,76
122
8870
180
0,78
136
11350
190
0,8
148
13900
200
0,82
160
16250
210
0,86
176
20620
220
0,88
188
23450
Wyniki badań świetlówki
U [V]
I [A]
P [W]
E [lx]
Uz=99
0,1
4
570
Un=230
0,11
8
2472
220
0,1
6
2290
130
0,1
5
1615
120
0,1
4
1100
110
0,09
3,8
900
1000
0,09
3,5
750
90
0,09
3
610
Ug=80
0,08
2,9
475
Uz – napięcie zapłonu
UN – 230V
Ug – napięcie gaśnięcia
Wyniki badań lampy wyładowczej – rtęciowej
t1= 119 sec. – czas włączenia
t2= 223 sec
-czas ustabilizowania
U [V]
I [A]
P [W]
E [lx]
Uz=190
0,9
76
15750
Un=230
1,6
120
35000
190
0,7
116
20000
180
0
0
0
CHARAKTERYSTYKI LAMP
ŻARÓW
KA - E(s)
Wnioski:
Żarówka jest najprostszą i najpopularniejszą konstrukcją wykorzystywaną jako źródło światła. Kiedy
żarówka jest ciepła, zapala się niemal natychmiastowo, ponieważ nie musi tracić energii na rozgrzanie
żarnika. Jednak najpopularniejsza żarówka jest zarazem źródłem światła o najmniejszej sprawności. Jest
to związane z emisją ciepła, na które tracona jest większość pobieranej przez żarówkę mocy. Możemy za
to w tego typu żarówce płynnie regulować natężenie światła zmieniając napięcie od bardzo niskiego do
znamionowego. Na wykresie bardzo dobrze widać, jak w prosty sposób regulując napięcie na żarówce
możemy płynnie regulować emisją światła.
W świetlówce napięcie zapłonu jest niższe niż w lampie żarowej. Jak widać na wykresach natężenia
światła od natężenia i od mocy pozornej (bo to za moc pozorną płacimy, a nie za czynną) świetlówka
jest lampą bardzo energooszczędną – zużywa bardzo mało prądu, a co za tym idzie pobiera niską moc.
Świetlówki nie są jednak doskonałe i używając ich zyskujemy na energii, ale tracimy na jakości
świecenia – spośród badanych źródeł światła emitują najmniej światła (zmierzone natężenie światła
jest najniższe). Dodatkowo wymagają one jakiegoś czasu (najczęściej kilku sekund) na zapłon. Jak
można łatwo zauważyć z wykresów największa zaleta świetlówek, czyli ich energooszczędność.
Lampa rtęciowa wyróżnia się najwyższym napięciem zapłonu, które wynika z jej budowy, co przekłada
się na najdłuższy czas zapłonu, który maleje jednak wyraźnie wraz ze stopniem nagrzania żarówki.
Dzieje się tak ze względu na to, że moc pobierana nie jest już przeznaczana na nagrzanie żarówki, która
nie zdążyła jeszcze ostygnąć.
Zarówno lampy rtęciowe, jak i świetlówki energooszczędne są znacznie bardziej zaawansowane i
skomplikowane w swojej budowie niż zwykłe żarówki (lampy żarowe). Wiążą się z tym trudności
związane z utylizacją zużytych lamp, spowodowane zawartością szkodliwej dla zdrowia człowieka i
środowiska rtęci.
Jeśli chodzi o żywotność lamp, należy zauważyć, ze klasyczne żarówki podczas zapłony przeżywają
krytyczny moment, kiedy muszą rozgrzać wolframowe włókno do temperatury świecenia w bardzo
krótkim czasie. Przez włókno płyną wtedy duże prący rozruchowe i dlatego właśnie podczas włączania
dochodzi najczęściej do przepalenia żarówki – przerwania wolframowego drucika. Żarówki
energooszczędne zazwyczaj pracują znacznie dłużej, niż żarówki żarowe, najczęściej włączane rzadziej i
na dłużej. Lampy rtęciowe również przeznaczone są raczej do pracy ciągłej (częste zapalanie i gaszenie
skraca ich żywotność), dlatego najczęściej pracują w roli oświetlenia drogowego, gdzie są zapalane i
świecą przez kilka do kilkunastu godzin, po czym są wyłączane przez czujniki zmierzchowe.
