Вторая жизнь люминесцентной лампы

Исследовательский проект:

Вторая жизнь люминесцентной лампы.

Цель проекта:

Целью проекта является:

1) выяснить устройство и схему работы люминесцентных ламп;

2) Определить область их применения;

3) Выяснить причины выхода из строя люминесцентных ламп;

4) Разработать схему по запуску сгоревшей лампы;

5) На практике доказать, что возможен запуск сгоревшей ламы и возможна ее дальнейшая длительная работа.

1.Устройство и принцип работы люминесцентной лампы.

За 70 лет существования люминесцентные лампы прочно вошли в нашу жизнь, и сейчас уже трудно представить какой-нибудь крупный магазин или офис, в котором не было бы ни одного светильника с люминесцентными лампами.

Люминесцентные лампы— второй в мире по распространенности источник света, а в Японии они занимают даже первое место. Ежегодно в мире производится более одного миллиарда таких ламп.  

Люминесцентная лампа — это типичный разрядный источник света, в котором разряд происходит в смеси паров ртути и инертного газа, чаще всего аргона. Устройство лампы показано на схеме.

Колба лампы — это цилиндр из стекла с наружным диаметром 38, 26, 16 или 12 мм. Цилиндр может быть прямым или изогнутым в виде кольца, буквы U или более сложной фигуры. В торцевые концы цилиндра герметично впаяны стеклянные ножки - цоколи, на которых с внутренней стороны смонтированы электроды. Электроды делаются из вольфрамовой проволоки. С наружной стороны электроды подпаяны к штырькам цоколя.

Как и в лампах накаливания, из колб люминесцентных ламп воздух тщательно откачивается воздух. После откачки объем колбы заполняется инертным газом и в него вводится ртуть в виде небольшой капли (масса ртути в одной лампе обычно около 30 мг) или в виде так называемой амальгамы, то есть сплава ртути с висмутом, индием и другими металлами.

Если к лампе приложено напряжение, то в ней между электродами возникает электрический разряд, но более половины мощности, выделяемой в разряде, превращается в невидимое ультрафиолетовое излучение с длинами волн 254 и 185 нм. С помощью специальных веществ, называемых люминофорами, можно превратить одно излучение в другое, причем, по закону сохранения энергии, «новое» излучение может быть только «менее энергичным», чем первичное. Поэтому ультрафиолетовое излучение можно превратить в видимое с помощью люминофоров, а видимое в ультрафиолетовое — нельзя.

Вся цилиндрическая часть колбы с внутренней стороны покрыта тонким слоем именно такого люминофора, который и превращает ультрафиолетовое излучение атомов ртути в видимое. В большинстве современных люминесцентных ламп в качестве люминофора используется галофосфат кальция с добавками сурьмы и марганца (как говорят специалисты, «активированный сурьмой и марганцем»). При облучении такого люминофора ультрафиолетовым излучением он начинает светиться белым светом разных оттенков. Спектр излучения люминофора — сплошной с двумя максимумами, около 480 и 580 нм (рис. 2).

В 70-е годы минувшего века начали делать лампы не с одним люминофором, а с тремя. Комбинация трех люминофоров позволила в лампах добиться значительно лучшей цветопередачи при одновременном увеличении световой отдачи, чем при использовании галофосфата кальция. Однако новые люминофоры гораздо дороже старых, так как в них используются соединения редкоземельных элементов: европия, церия и тербия. Поэтому в большинстве люминесцентных ламп по-прежнему применяются люминофоры на основе галофосфата кальция.

Электроды в люминесцентных лампах выполняют функции источников и приемников электронов и ионов, за счет которых и протекает электрический ток через разрядный промежуток. Для того чтобы электроны начали переходить с электродов в разрядный промежуток (как говорят, для начала термоэмиссии электронов), электроды должны быть нагреты до температуры 1100 - 1200 градусов по Цельсию. При такой температуре вольфрам светится очень слабым вишневым цветом, испарение его очень мало. Но для увеличения количества вылетающих электронов на электроды наносится слой активирующего вещества, которое значительно менее термостойко, чем вольфрам, и при работе этот слой постепенно распыляется с электродов и оседает на стенках колбы. Срок службы люминесцентной лампы ограничен дезактивацией и истощением электродов.

2. Преимущества и недостатки люминесцентных ламп.

Широкое применение люминесцентных ламп связано с тем, что они имеют ряд преимуществ перед лампами накаливания.

Преимущества:

- высокая эффективность (КПД – 25-30%, у ламп накаливания – 7%);

- светоотдача в 10 раз больше;

-комфортная цветопередача (можно создавать свет различного спектрального состава – теплый, естественный, белоснежный, дневной);

Недостатки:

-зависимость устойчивой работы лампы от температуры;

-содержит пары ртути, поэтому требует специальной утилизации.

3. Принципиальная схема запуска сгоревшей люминесцентной лампы.

Итак, если спирали лампы перегорели, а это наиболее распространенная причина выхода из строя лампы, то ее необходимо утилизировать. Но, оказывается можно продлить срок службы лампы, если применить следующую схему.

Для сборки схемы по восстановлению перегоревшей лампы требуется: два конденсатора, два диода, резистор (в своей схеме я применил обычную лампу накаливания).

Затем я собрал схему:

В данной схеме используется диодно-конденсаторный умножитель напряжения, обеспечивающий стабильный газовый разряд в люминесцентной лампе. В качестве резистора я использовал обычную лампу накаливания.

Из результата эксперимента видно, что перегоревшая лампа вновь загорается. Таким образом, мне удалось доказать, что возможно продлить жизнь люминесцентной лампе.

4. Применение на практике. Выводы.

На самом деле, люминесцентные лампы находят довольно широкое применение практически повсеместно.

Каждый из нас учился в школе, посещал учреждения здравоохранения, склады, метрополитен, административные здания и т.д. Так вот система освещения в этих помещения как раз основывается на применении люминесцентных ламп. Также люминесцентные лампы получили широкое применение в области растениеводства для выращивания растений. Если говорить в общем, то имеет смысл применять такие лампы в тех случаях, когда требуется снабдить светом помещение больших размеров. В таких помещениях ламп используется огромное количество. Соответственно, при выходе их из строя необходима их замена. А если применить схему, которую я предложил в своей практической работе, то можно избежать частой замены ламп. Для экономики страны в этом есть большая выгода: можно сократить штат рабочих, обслуживающих эти лампы; уменьшится количество ламп, которые необходимо утилизировать, соответственно уменьшатся затраты по их утилизации.

Таким образом, разработка и применение разработанной схемы по запуску сгоревших люминесцентных ламп прошла успешно. Удалось доказать, что таким лампам можно дать вторую жизнь и использовать их очень длительное время!

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/293755-vtoraja-zhizn-ljuminescentnoj-lampy