BADANIE ELEKTRYCZNYCH y
RÓDEA
ŚWIATA
A Strona 1/8
BADANIE ELEKTRYCZNYCH y
RÓDEA
ŚWIATA
A
l. y
ródła światła
Ze względu na sposób wytwarzania światła, jego z
ródła dzielimy na:
- temperaturowe: żarówki ogólnego stosowania i żarówki specjalne,
- luminiscencyjne: świetlówki, lampy fluoroscencyjne, lampy rtęciowe, lampy sodowe, tlące i
wysokonapięciowe rury jarzeniowe.
Ponadto wyróżniamy:
- lampy wyładowczo-fluoroscencyjne: lampy rtęciowe z bańką pokrytą luminoforem,
- płyty elektroluminiscencyjne,
- z
ródła światła inkadescencyjno-luminiscencyjne: lampy żarowo-rtęciowe, lampy ksenonowe,
lampy łukowe.
1.1. Budowa i zasada działania żarówki
y
ródłem światła w żarówkach jest promieniowanie temperaturowe żarnika wolframowego
wykonanego w postaci drucika lub spiralki jedno- lub dwuskrętnej, skupiającej ciepło i
zmniejszającej jego straty. Żarówki o mocach do 25 W wykonywane są zwykle jako próżniowe, od
40 W zaś jako gazowane (wypełnione argonem, azotem, kryptonem i ich mieszankami). Gazowanie
zmniejsza parowanie żarnika wolframowego i pozwala stosować najwyższe temperatury robocze
(2800-2900 K w porównaniu z 2500 K w żarówkach próżniowych).
Sprawność świetlna żarówek jest niewielka: zaledwie ok. 4% zużytej energii elektrycznej
jest przetwarzane na światło widzialne. Ciepło promieniowania bańki stanowi ok. 70% mocy
pobranej, a ciepło unoszenia oraz ciepło przewodzenia trzonka i styku ok. 25%.
Skuteczność świetlna żarówek, zwana sprawnością, określana jest jako stosunek strumienia
świetlnego do mocy pobranej. Wynosi ona od 8 lm/W (żarówki małej mocy) do ok. 20 lm/W
(żarówki największej mocy - 1500 W).
Okres trwałości żarówek wynosi około 1000 h, przy czym "trwałość" oznacza czas, po
upływie którego strumień świetlny zmaleje do 80% wartości początkowej lub czas, po upływie któ-
rego żarówka przepali się przed zmniejszeniem strumienia świetlnego do wymienionej wartości.
Trwałość żarówki zależy od wartości napięcia zasilającego. Również strumień świetlny zmie- nia
się wraz z napięciem zasilającym (rys. 1).
Rys. 1. Wpływ napięcia roboczego na pracę żarówki
BADANIE ELEKTRYCZNYCH y
RÓDEA
ŚWIATA
A Strona 2/8
W celu zmniejszenia szybkości parowania wolframu bańki żarówek wypełnia się nie tylko
gazami szlachetnymi (argonem, kryptonem), ale także związkami halogenowymi. Wykorzystywany
cykl halogenowy polega na tym, że wolfram parujący z żarnika nie osadza się łatwo na wewnętrznej
ściance bańki żarówki, lecz łączy się z halogenem i ponownie wraca na żarnik. Skuteczność
świetlna żarówek halogenowych osiąga wartość rzędu 30 lm/W. Barwa światła jest dogodna dla
wzroku. Zaletą żarówek halogenowych, podobnie jak i zwykłych, jest ich prosta budowa nie
wymagająca dodatkowego sprzętu. Żarówki halogenowe w porównaniu z konwencjonalnymi mają
szereg zalet:
- wysoki strumień świetlny, niezmienny przez cały czas świecenia,
- brak zaczernienia bańki materiałem włókna,
- stała temperatura barwowa w czasie świecenia,
- większa trwałość,
- mniejsze wymiary.
Przy użytkowaniu lamp halogenowych muszą być spełnione następujące warunki
eksploatacji:
- należy zachować przypisaną pozycję świecenia,
- stosować tylko odpowiednie oprawy,
- nie dotykać bańki ręką, gdyż pot wchodzi w szkodliwą reakcję ze szkłem kwarcowym, powodując
jego rekrystalizację, zanieczyszczenia żarówki zaleca się wycierać szmatką nasyconą alkoholem.
1.2. Budowa i zasada działania świetlówki
y
ródłem światła jest wyładowanie jarzeniowe, odbywające się w mieszaninie argonu z parą
rtęci pod ciśnieniem kilkuset paskali. Wyładowanie to poza słabym sinawym jarzeniem emituje
niewidzialne dla oka ludzkiego promieniowanie ultrafioletowe, które pada na warstwę związków
chemicznych zwanych luminoforami. Luminofory mają zdolność wysyłania promieniowania
widzialnego pod wpływem naświetlania promieniowaniem ultrafioletowym (zdolność do
fluorescencji). Barwa światła świetlówek zależy od składu luminoforu. Rozróżnia się świetlówki o
barwie światła: dziennej, chłodnobiałej, białej, ciepłobiałej.
Rys. 2. Układ połączeń świetlówki: E, E -elektrody, Z -zapłonnik, Dł - dławik
l 2
Podstawowym elementem świetlówki jest rura wypełniona rozrzedzonym argonem i
niewielką ilością rtęci, pokryta od wewnątrz warstwą luminoforu i zakończona z obydwu stron
spiralnymi elektrodami wolframowymi. Praca świetlówki możliwa jest we współdziałaniu z
zapłonnikiem i dławikiem.
Zapłonnik służy do zapalenia świetlówki. Jego budowa jest przedstawiona na rys. 2. Gdy
układ jest wyłączony, zapłonnik pozostaje otwarty. Po jego włączeniu na elektrodach występuje
całkowite napięcie sieci powodujące wyładowanie tlące. Wydziela się przy tym energia cieplna.
która powoduje wygięcie elektrody bimetalowej i zwarcie elektrod w zapłonniku. Następuje
BADANIE ELEKTRYCZNYCH y
RÓDEA
ŚWIATA
A Strona 3/8
przepływ prądu o wartości ok. 1,5I w obwodzie: dławik - elektroda E - zwarty zapłonnik -
n l
elektroda E . Ten prąd powoduje rozgrzewanie skrętek elektrod świetlówki i w efekcie termoemisję
2
elektronów. W tym czasie elektrody zapłonnika stygną, by po chwili się rozewrzeć i przerwać
d i
obwód prądu. Ta gwałtowna zmiana natężenia prądu powoduje powstanie na dławiku
d t
d i
L
przepięcia o wartości około 700 V. które dodaje się do napięcia sieci i umożliwia pierwszy
d t
przepływ prądu pomiędzy elektrodami świetlówki i zapalenie jej. Zapłonnik teraz już się nie
zaświeci, ponieważ napięcie na świetlówce po jej zapaleniu obniża się do wartości około 110 V. Do
zadziałania zapłonnika natomiast potrzebne jest napięcie około 190 V. Podane wartości napięć
dotyczą świetlówek na napięcie znamionowe 220 V.
Dławikiem (rys. 2) nazywamy cewkę z rdzeniem ferromagnetycznym. Podczas zapłonu
pozwala on na uzyskanie udaru napięcia. Po zapłonie natomiast - podczas pracy, kiedy maleje
rezystancja świetlówki, ogranicza wzrost prądu w obwodzie. Stąd też nosi nazwę statecznika.
Kondensator C w zapłonniku zmniejsza iskrzenie podczas zapłonu, a kondensator C służy do
1 2
kompensacji współczynnika mocy. Świetlówka bez kondensatora C pracuje z niskim
2
współczynnikiem mocy (cosf = 0,4�0,6).
Na pracę świetlówki wpływa temperatura otoczenia. Największy strumień świetlny jest przy
temperaturze ok. 300 K, przy 283 K strumień spada do 80%, przy 273 K - do 50%. Wykorzystana
moc świetlówki stanowi 20% mocy pobranej. Skuteczność świetlna wynosi od 40 do 60 lm/W.
Trwałość zależy od liczby włączeń, przy których są silnie nagrzewane elektrody wolframowe. Wadą
świetlówek jest stroboskopowość polegająca na zapaleniu się i gaśnięciu lampy dwukrotnie w
czasie każdego okresu napięcia zasilającego.
2. Program ćwiczenia
2.1. Badanie żarówki
Pomiary przeprowadzamy w układzie pomiarowym przedstawionym na rysunku. Należy
zdjąć charakterystyki: I=f(U), P=f(U)
Pomiary wykonać zmieniając napięcie co 20 V. Maksymalna wartość napięcia przyłożonego do
żarówki nie może przekraczać 230 V. Wyniki zapisać w tabeli.
BADANIE ELEKTRYCZNYCH y
RÓDEA
ŚWIATA
A Strona 4/8
Pomiary
L.p. U U/U I I/I P/P E R R /R F F /F
n n P n ż ż żn ż ż żn h h /h
ż ż żn
V - A - W - lx
W - lm - lm/W -
W oparciu o pomiary należy obliczyć:
U
- rezystancję żarówki Rż= [śą]
I
- strumień świetlny �ąż=4 ąą EL2 [lm]
gdzie L- odległość żarówki od fotoelementu,
�ąż lm
- skuteczność świetlną �ąż=
[ ]
P W
Wielkości zmierzone i obliczone, umieszczone w tabeli, przeliczyć na jednostki względne
(odnieść je do wartości znamionowych tych wielkości występujących przy napięciu znamionowym
U = U ). Na podstawie wyników z tabeli wykreślić na papierze milimetrowym w jednostkach
n
względnych zależności:
Rż U Pż U �ąż U
I U P U
= f , = f , = f , = f , = f
śą źą śą źą śą źą śą źą śą źą
I U Pn U Rżn U Pżn U �ążn U
n n n n n n
2.2. Badanie świetlówki
W układzie pomiarowym przedstawionym na rysunku należy zdjąć charakterystyki: I=f(U),
P=f(U), E=f(U).
Pomiary rozpocząć od maksymalnego napięcia U=250V i kontynuować obniżając napięcie co 10V
do momentu zgaśnięcia (migotania) świetlówki. Wyniki pomiarów i obliczeń umieścić w tabeli.
BADANIE ELEKTRYCZNYCH y
RÓDEA
ŚWIATA
A Strona 5/8
Wyniki pomiarów Wyniki obliczeń
L.p. U P I U P E F h h cosf
s L L L L całk
V W A V W lx lm lm/W lm/W -
Na podstawie pomiarów obliczyć:
2 ąą H L
�ąL= E [lm]
- strumień świetlny �ą
�ą�ąsin2 cos2 ąą
śą źą
2
�ąL
lm
- skuteczność świetlną świetlówki �ącałk=
[ ]
PS W
PL
- współczynnik mocy cos�ą=
U I
Przy obliczeniach korzystać z rysunku:
Wielkości zmierzone i obliczone przeliczyc na jednostki względne.
Wykreślić na papierze milimetrowym w jednostkach względnych charakterystyki: prądu I,
mocy P pobranej przez układ świetlówka  dławik, mocy świetlówki P , skuteczności świetlnej
S L
h układu świetlówka  dławik, współczynnika mocy cosf oraz strumienia świetlnego F w
całk L
funkcji zmian napięcia U przyłożonego do układu.
BADANIE ELEKTRYCZNYCH y
RÓDEA
ŚWIATA
A Strona 6/8
2.3. Badanie lampy rtęciowej
Połączyc układ pomiarowy według rysunku:
Zdjąć charakterystykę I=f(t)  poboru prądu z sieci w czasie rozświecania (pomiary co 20
sekund) lampy rtęciowej oraz E=f(t)  natężenia oświetlenia w czasie rozświecania. Pomiary
rozpocząć od przyłożenia napięcia znamionowego U = U =220V. Ukłóad wyłączyć w chwili, kiedy
n
trzy kolejne odczyty będą identyczne (po rozświeceniu się lampy). Wyniki pomiarów zanotować w
tabeli.
t I E U I/I E/E
L n n
L.p.
s A lx V - -
BADANIE ELEKTRYCZNYCH y
RÓDEA
ŚWIATA
A Strona 7/8
Protokół z pomiarów Data: . . . . . . . . . . , podpis prowadzącego: . . . . . . . . . . . . . .
Temat: BADANIE ELEKTRYCZNYCH y
RÓDEA
ŚWIATA
A
Wykonujący sprawozdanie: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1. Badanie żarówki
Pomiary
L.p. U U/U I I/I P/P E R R /R F F /F
n n P n ż ż żn ż ż żn h h /h
ż ż żn
V - A - W - lx
W - lm - lm/W -
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
2. Badanie świetlówki
Wyniki pomiarów Wyniki obliczeń
L.p. U P I U P E F h h cosf
s L L L L całk
V W A V W lx lm lm/W lm/W -
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
BADANIE ELEKTRYCZNYCH y
RÓDEA
ŚWIATA
A Strona 8/8
3. Badanie lampy rtęciowej
t I E U I/I E/E
L n n
L.p.
s A lx V - -
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24