uadepe.ru

Газорозрядні джерела світла

Газорозрядні лампи.

У звичайному стані гази є непоганими ізоляторами, т. Е. Вони не проводять електричний струм. Але за певних умов можна порушити їх ізолюючі характеристики і змусити газ проводити електричний струм. Сукупність явищ, пов`язаних з проходженням електричного струму через газ, носить назву газового або електричного розряду. Візьмемо посудину, наприклад скляну трубку з упаяними по її кінцях металевими електродами. Попередньо видалимо з трубки атмосферне повітря і наповнимо її будь-яким інертним газом або зробимо умови для утворення пари металу. Якщо до електродів трубки прикласти напругу, то під дією цієї напруги в трубці створюється електричне поле, яке, впливаючи на наявне завжди в газовому середовищі певну кількість вільних електронних зарядів, при відомих умовах змусить переміщатися вільні і новостворені електронні заряди в певному напрямку. У трубці з`явиться електронний ток- з`являється газовий розряд. Проходження електричного струму через трубку, заповнену газом або парами металів, супроводжується рядом відповідних світлових явищ.

Тліючий розряд в парах спирту, змінний струм.

Залежно від виду розряду з`являється характерне світіння газів або парів металів, яке і є основою для створення різного типу джерел світла. Джерело світла, в якому вживається явище газового розряду, іменується газорозрядним джерелом світла. Напруга, при якому починається процес газового розряду, іменується напругою запалювання. Ця напруга визначає те мале його значення, яке має бути докладено до трубки, щоб в ній з`явився розряд. Після того як в трубці з`явився розряд, для його підтримки потрібно мати найменше за величиною напруга, ніж напруга початкового запалювання розряду. Ця напруга називатимемо напругою горіння розряду. Залежно від роду наповнює трубку газу, його тиску, відстані між електродами, матеріалів, з яких вони зроблені, їх геометричних розмірів і ряду інших причин буде змінюватися величина напруги запалювання. Розглянемо ті фізичні процеси, які обумовлюють світіння газів або парів металів при газовому розряді.



Електронний струм між електродами розрядної трубки створюється в результаті переміщення під дією електричного поля електронів та іонів, що утворюються з нейтральних атомів газу або парів, що знаходяться в міжелектродному просторі. Для того щоб процес утворення нових вільних електронних зарядів в міжелектродному просторі тривав безперервно, потрібно забезпечити постійне поповнення цього місця електронами. Цю роль виконує залізний катод трубки. Зрозуміло, що в металах завжди є величезна кількість вільних електронів, які рухаються хаотично між атомами і молекулами залізного провідника. Але покинути поверхню металевого провідника електрони в звичайних умовах не можуть, тому що цьому протидіють сили, що діють у його поверхні. Щоб вирвати електрон з поверхні металу, йому необхідно сказати додаткову енергію, що забезпечує подолання утримують його сил. Енергію, яку потрібно затратити на подолання електроном утримують його на поверхні металу сил, називають роботою виходу електрона.

А ось так виглядають розряди, якщо їх знімати через червонуватий світлофільтр

Вірогідні два шляхи сполучення електрону необхідної енергії для виходу його з поверхні металу. термоелектронна емісія, коли катод підігрівається проходять по ньому електричним струмом від стороннього джерела живлення, або прохолодний катод бомбардируется позитивними іонами, утвореними в газі, що також призводить до його нагрівання. Зі збільшенням температури катода хаотичний рух вільних електронів в тілі катода посилюється і ті з них, які отримали достатню енергію для подолання протидіючих сил, вилітають з поверхні металу. автоелектронна емісія, коли поблизу прохолодного катода створюється сильне електричне поле, за рахунок якого електрони вириваються з поверхні металу. Залежно від запасу кінетичної енергії, яку має електрон, який опинився в міжелектродному просторі, в результаті його прискорення електронним полем, чинним між електродами трубки, в момент зіткнення з нейтральним атомом може мати місце пружне або неупругое зіткнення. У першому випадку електрон має відсутньою запасом енергії, тому в підсумку зіткнення нейтральний атом нарощує свою кінетичну енергію, але структура атома не змінюється. При достатньому запасі кінетичної енергії електрона відбувається неупругое зіткнення елементарних частинок. У момент зіткнення електрона з нейтральним атомом він передає йому частину своєї енергії, і під впливом цієї енергії один з наріжних електронів нейтрального атома може перейти на орбіту, яка характеризується підвищеним енергетичним рівнем, або електрон може абсолютно відірватися від атома, і атом перетвориться в позитивний іон.

Процес переходу зовнішнього електрона нейтрального атома на орбіту з підвищеним енергетичним рівнем іменується збудженням атома. Кожен атом має кілька таких енергетичних рівнів, які називаються резонансними. Залежно від енергії, повідомленої атому при зіткненні, зовнішній електрон може перейти на той чи інший резонансний рівень. Атом не може довго залишатися в збудженому стані, і через дуже короткий проміжок часу, який обчислюється мільйонними частками секунди, електрон з резонансного рівня повертається в нейтральне положення. При зворотному переході електрона з резонансного рівня в нейтральне положення відбувається випромінювання енергії у вигляді певної порції світла, або, як кажуть, кванта світла-фотона. Випромінювання, придбане в результаті описаного процесу, називають резонансним випромінюванням. Кожному газу або пару металів властива певна закономірність такого переходу. Отримане випромінювання залежно від роду газу або пари металів і його тиску має певну довжину хвилі, яка в свою чергу обумовлює колір цього випромінювання.

З підвищенням струму в газорозрядному проміжку можливі зіткнення вже порушених атомів з вільними електронами і іонами. При цьому таким збудженим атомам повідомляється ще додаткова енергія, що призводить до переходів електронів з одних резонансних рівнів на інші - завищені. Цей процес називають ступінчастим збудженням. Оборотний перехід електронів з завищених енергетичних рівнів в нейтральне положення відбувається не одномоментно, а шляхом послідовного переходу з рівнів з підвищеною енергією на ближній рівень з найменшою енергією, а потім в нейтральне положення. Придбана енергія фотона при ступінчастому переході електронів зменшується, а довжина хвилі випромінювання зростає. При низькому тиску газу і малих щільності струму в розробці випромінювання чином грають роль процеси збудження атомів. Світло розряду буде складатися з окремих резонансних випромінювань з різними довжинами хвиль, тому спектр випромінювання розряду має лінійчатий характер. У міру зростання тиску газу і збільшення щільності струму найбільшу роль отримують ступінчасті процеси збудження атомів. Діапазон випромінювання такого розряду представляє суцільні широкі смуги. Загальна інтенсивність випромінювання зростає, а в зв`язку з тим, що при почерговому переході електронів з 1-го резонансного рівня на інший енергія фотонів зменшується, відповідно зростає довжина хвилі випромінюваного світла. Підбираючи рід газу або пари металу, їх тиск і щільність струму, можна отримати випромінювання розряду з необхідними світловими рисами. Якщо до трубки докласти змінну напругу, яка часом змінюється за величиною і напрямком, то газовий розряд має деякі особливості, на яких необхідно зупинитися. Коли в позитивний напівперіод напруга мережі живлення, зростаючи, досягне величини напруги запалювання, в трубці запалиться розряд. Після запалювання розряду напруга на трубці знизиться до величини напруги горіння і протягом всього часу горіння розряду залишається приблизно на одному рівні. Далі напруга в мережі живлення зменшиться настільки, що стане менше, ніж потрібно для підтримки розряду в трубці, і розряд закінчиться. Розряд запалиться знову в наступний негативний напівперіод, після досягнення напругою мережі величини напруги запалювання і закінчиться при його зниженні нижче напруги горіння. Але ми практично не помічаємо процесу перезажіганія розряду в трубці, тому що цей процес протікає дуже стрімко! Отже, за час 1-го повного циклу зміни прикладеного до трубки напруги в ній два рази повторюється процес запалювання і припинення розряду, і через трубку при цьому проходить змінний струм. Розглянемо тепер особливості, які потрібно врахувати при включенні розрядної трубки в мережу живлення. Якщо змінювати величину струму, що проходить через розрядну трубку, і відразу змінювати напругу на її електродах, то можна встановити залежність між цим напругою і струмом. Ця залежність носить назву Вольтамперная характеристики газового розряду.

Підсвічування дерев кольоровими металогалогенними лампами

Чим більший струм проходить через розрядну трубку, наприклад, при дуговому розряді, тим інтенсивніше протікає процес іонізації нейтрального газу в міжелектродному просторі і напруга на електродах трубки зменшується. Вольтамперная риса дугового розряду має падаючий характер. При такій характеристиці дугового розряду не можна без впровадження штучних заходів досягти стійкості або стабілізації розряду. Дійсно, якщо, наприклад, напруга на розрядної трубці з будь-яких причин зменшується на деяку величину, то струм в ланцюзі зростає. Підвищення струму в свою чергу викличе зниження напруги на розрядної трубці і подальше збільшення струму в ланцюзі. Якщо нічим не обмежувати величину струму, то він буде зростати до того часу, поки не зруйнується який-небудь з частин ланцюга. З цього положення слід зробити два висновки. По-1-х, газовий розряд не має певного електричного опору: воно змінюється разом зі зміною струму в ланцюзі. По-2-х, для обмеження величини струму по черзі з розрядної трубкою потрібно включити струмообмежуючі опір, яке і буде обумовлювати величину струму, що встановлюється в ланцюзі. Це струмообмежувального опір називають баластних опором або баластом. Його включення в ланцюг розрядної трубки вирівнює розряд. Тому практично всі газорозрядні джерела світла для власного включення в електронну мережу вимагають почергового включення з ними струмообмежу вающего опору. Вибір типу баласту визначається родом струму, що проходить через розрядну трубку, і низкою інших причин. При роботі розрядної трубки на постійному струмі в якості баласту зазвичай використовують омічний опір (реостат). На змінному струмі можна використовувати омічний опір, індуктивність або ємність. Нерідко баластні опір при роботі трубки на змінному струмі є комбінацією цих 3-х або 2-ух якихось частин.

Поділися в соціальних мережах:


Схожі