Дуговая лампа

15 кВт, Ксеноновая лампа ксенона на используемая в проекционной системе IMAX .

Ртутная дуговая лампа из флуоресцентного микроскопа .

Ярчная лампа Криптона Длинной дуги (вверху) показана над ксеноновой флештуб . Две лампы, используемые для лазерной накачки , очень разные по форме электродов, в частности, катода (слева).

Дуговая лампа или дуговая лампа - это лампа, которая производит свет с помощью электрической дуги (также называемой вольтовой дугой).

Свет углеродной дуги, который состоит из дуги между углеродными электродами в воздухе, изобретенной Хамфри Дэви в первом десятилетии 1800 -х годов, был первым практическим электрическим светом . Он широко использовался, начиная с 1870 -х годов для уличного и большого здания, пока оно не было заменено светом накаливания в начале 20 -го века. Он продолжал использоваться в более специализированных приложениях, где необходим источник точечной интенсивности, такой как прожекторы и кинопроекторы до после Второй мировой войны . Лампа углеродной дуги в настоящее время устарела для большинства этих целей, но она все еще используется в качестве источника ультрафиолетового света высокой интенсивности.

Термин в настоящее время используется для газовых загрязненных ламп , которые производят свет на дугу между металлическими электродами через газ в стеклянной лампе. Общая флуоресцентная лампа представляет собой лампу ртути низкого давления. Ксенонная дуговая лампа , которая производит белый свет высокой интенсивности, теперь используется во многих приложениях, которые раньше использовали углеродную дугу, такие как кинопроекторы и прожекторы.

Операция

Дуга - это разряд, который возникает, когда газ ионизирован . Высокое напряжение пульсируется по лампе, чтобы «зажгнуть» или «ударить» дугу, после чего разряд можно сохранить при более низком напряжении. «Удар» требует электрической цепи с воспламенением и балластом . Балласт последовательна с лампой и выполняет две функции.

Во -первых, когда питание сначала включается, воспламенитель/стартер (который подключен параллельно по всей лампе) устанавливает небольшой ток через балласт и стартер. Это создает небольшое магнитное поле в балластных обмотках. Спустя мгновение стартер прерывает текущий поток из балласта, который обладает высокой индуктивностью и, следовательно, пытается сохранить текущий поток (балласт противостоят каким -либо изменению тока через него); Это не может, так как больше нет «схемы». В результате на мгновение появляется высокое напряжение на балласте, к которому подключен лампа; Поэтому лампа получает это высокое напряжение по ней, которое «поражает» дугу в трубке/лампе. Схема повторяет это действие, пока лампа не станет достаточно ионизированной, чтобы поддерживать дугу.

Когда лампа поддерживает дугу, балласт выполняет свою вторую функцию, чтобы ограничить ток, который необходим для управления лампой. Лампа, балласт и воспламеняются оценками друг с другом; Эти детали должны быть заменены тем же рейтингом, что и неудачный компонент, или лампа не будет работать.

Цвет света, излучаемого лампой, меняется, когда его электрические характеристики меняются с температурой и временем. Молния является аналогичным принципом, в котором атмосфера ионизируется высокой разностью потенциалов (напряжение) между земляными и штормовыми облаками.

Криптонская дуговая лампа во время работы.

Температура дуги в дуговой лампе может достигать нескольких тысяч градусов по Цельсию. Внешняя стеклянная конверт может достигать 500 градусов по Цельсию, поэтому перед обслуживанием нужно убедиться, что лампочка охлаждает достаточно для обработки. Часто, если эти типы ламп выключаются или теряют свой источник питания, нельзя снова сдержать лампу в течение нескольких минут (называемые лампами Cold Restrike). Тем не менее, некоторые лампы (в основном флуоресцентные трубки/энергетические лампы) могут быть ограничены, как только они выключены (называемые лампами Hot Strike).

Агрочная лампа плазменной лампы Vortek, изобретенная в 1975 году Дэвидом Каммом и Роем Унидвеллом в Университете Британской Колумбии в Ванкувере, Канада, сделала книгу Гиннеса «Мировых рекордов» в 1986 и 1993 годах как самый мощный непрерывно горящий источник света в 300 кВт или 1,2 миллиона свечей.

Углеродная дуга лампа

Угородная дуговая лампа, снятая крышка, на точке зажигания. Эта модель требует ручной регулировки электродов

Электрическая дуга, демонстрирующая эффект «арки».

Ранний экспериментальный свет углеродной дуги, питаемый жидкими батареями, похож на Дэви

Медицинская углеродная дуговая лампа, используемая для лечения кожных заболеваний , 1909

Саморегулирующая дуговая лампа, предложенная Уильямом Эдвардсом Стейтом и Уильямом Петри в 1847 году.

В лампе углеродной дуги электроды представляют собой углеродные стержни в свободном воздухе. Чтобы зажечь лампу, стержни связаны вместе, что позволяет относительно низкому напряжению ударить дугу. Затем стержни медленно разряжаются, а электрический ток нагревается и поддерживает дугу через зазор. Кончики углеродных стержней нагреваются, а углерод испаряется. Стержни медленно сожжены в использовании, и расстояние между ними необходимо регулярно регулировать, чтобы поддерживать дугу.

Многие изобретательные механизмы были изобретены для автоматического управления расстоянием, в основном на основе соленоидов . В одной из самых простых механически регулируемых форм (которые вскоре были заменены более плавно действующими устройствами), электроды установлены вертикально. Ток, поставляющий дугу, передается последовательно через соленоид, прикрепленный к верхнему электроду. Если точки электродов касаются (как при запуске), сопротивление падает, ток увеличивается, а увеличение тяги от соленоида выделяет точки друг от друга. Если дуга начинает терпеть неудачу, ток падает, а точки снова закрываются.

Свеча Yablochkov представляет собой простую дуговую лампу без регулятора, но у нее есть недостатки, что дуга не может быть перезапущена (отдельное использование) и ограниченное время жизни всего несколько часов.

Спектр

Спектр, испускаемый углеродной лампой, является наиболее близким к спектру солнечного света любой лампы. Один из первых электрических огней, их резкий, интенсивный выход, обычно ограничивал их использование освещением больших площадей. Хотя невидимые длины волн были неизвестны во время их изобретения, вскоре были обнаружены неоткрытые лампы для производства большого количества инфракрасного и вредного ультрафиолетового излучения, не обнаруженного при солнечном свете. Если бы дуга была заключена в стеклянный глобус, было обнаружено, что многие из этих невидимых лучей могут быть заблокированы. Тем не менее, углерод-арки вскоре были перемещены с помощью более безопасных, более эффективных, универсальных и легких в поддержании ламп накаливания и газа. Углеродные лампы по-прежнему используются там, где требуется близкое приближение солнечного света, для тестирования материалов, красок и покрытий для износа, замыкания или ухудшения, или, например, космических материалов, которые должны подвергаться воздействию солнечного света на орбитах, чем ближе, чем Земля.

Арка состоит из чистого углеродного пара, нагретого до плазменного состояния. Тем не менее, дуга вносит очень мало световой выводы и считается неяльтной, поскольку большая часть ее излучения происходит в спектральных линиях в фиолетовых и УФ-частях спектра. Большая часть углеродных спектров происходит в очень широкой линии, центрированной в 389 нм (ультрафиолетовое ультрафиолетовое значение, недалеко от визуального спектра), и очень узкая линия при 250 нм (ультрафиолетовое излучение), а также некоторые другие менее мощные линии в Ультрафиолетовый.

Большая часть видимого и ИК -излучения производится из лампа, созданного на положительном электроде или аноде. В отличие от вольфрамовых анодов, обнаруженных в других дуговых лампах, которые остаются относительно прохладными, углерод дает гораздо более высокое сопротивление, и электроны вынуждены войти в анод в самой горячей точке, генерируя огромное количество тепла, которое испаряет углерод и создает яму в аноде поверхность. Эта яма нагревается от 6000 до 6500 градусов по Фаренгейту (от 3300 до 3600 градусов по Цельсию, чуть ниже температуры плавления), что приводит к тому, что она очень ярко светятся с помощью лакома. Из -за этого электроды часто помещали под прямым углом друг от друга, а анод обращался наружу, чтобы не блокировать его световой выпуск. Поскольку углерод имеет самую высокую температуру плавления любого элемента, это единственная лампа, излучение черного тела, способное почти соответствовать температуре солнца в 10 000 градусов по Фаренгейту (5500 градусов по Цельсию), особенно когда фильтры используются для удаления большинства IR и UV свет.

История

Концепция освещения углерода была впервые продемонстрирована Хамфри Дэви в начале 19-го века, но источники не согласны с тем, что он впервые продемонстрировал это; 1802, 1805, 1807 и 1809 год упоминаются. с двумя тысяч ячейки Дэви использовал углевые палочки и батарею , чтобы создать дугу через 4-дюймовый (100 мм) зазор. Он установил свои электроды горизонтально и отметил, что из -за сильного конвекционного потока воздуха дуга образовала форму арки. Он придумал термин «арх -лампа», который был заключен на «дуговую лампу», когда устройства пришли в общее использование.

В конце девятнадцатого века электрическое освещение дуги широко использовалось для публичного освещения. Тенденция электрических дуг мерцание и шипение была серьезной проблемой. В 1895 году Герта Айртон написала серию статей для электрика , объяснив, что эти явления были результатом контакта кислорода с углеродными стержнями, используемыми для создания дуги. В 1899 году она была первой женщиной, которая когда -либо прочитала свою статью перед институтом инженеров -электриков (IEE). Ее газета была «шипение электрической дуги».

Арочная лампа предоставила одно из первых коммерческих видов использования электричества, явление, ранее ограниченное экспериментом, телеграфом и развлечениями.

Углеродное освещение в США

В Соединенных Штатах были предприняты попытки производить дуговые лампы после 1850 года, но отсутствие постоянных усилий по подаче электроэнергии. Таким образом, инженеры -электрики начали сосредоточиться на проблеме улучшения Фарадея динамо . Эта концепция была улучшена рядом человек, включая Уильяма Эдвардса Стейт и Чарльз Ф. Бродяга . Только в 1870 -х годах такие лампы, как свеча Яблучкова, чаще видели. В 1877 году Франклинский институт провел сравнительный тест систем динамо. разработал Brush Best, и Brush сразу же нанес свой улучшенный динамо на Arc- Lighting . который 29 апреля 1879 года, Несмотря на это, Wabash, Индиана, утверждает, что является первым городом, когда -либо освещенным «кисточками». Четыре из этих огней стали активными там 31 марта 1880 года. Вабаш был достаточно маленьким городом, чтобы быть полностью зажженным 4 огнями, тогда как установка на общественной площади Кливленда зажгла только часть этого большего города. В 1880 году Brush создала компанию Brush Electric .

Судный и блестящий свет был найден наиболее подходящим для общественных мест, таких как общественная площадь Кливленда, в 200 раз более мощнее, чем современные лампы филаментов .

Использование электрических зажиганий для кисти электросмыкает быстро. Scientific American сообщил в 1881 году, что система использовалась в: 800 огней в катящихся мельницах, стальных работах, магазинах, 1240 светильников в шерстяном, хлопке, льне, шелке и других заводах, 425 светильников в больших магазинах, отелях, церквях, 250 ламп в парках, доках и летних курортах, 275 светиль Железнодорожные склады и магазины, 130 светильников в шахтах, заводы на плавки, 380 огней на фабриках и заведениях различных видов, 1500 светильников на осветительных станциях, для городского освещения, 1200 светильников в Англии и других зарубежных странах. В общей сложности более 6000 огней, которые фактически продаются.

В 1880 -х годах было три основных достижения: Франтишек Кинжик изобрел в 1880 году механизм, позволяющий автоматической регулировке электродов. Дуги были заключены в небольшую трубку, чтобы замедлить потребление углерода (увеличивая продолжительность жизни примерно до 100 часов). Пламя дуговые лампы были введены, когда углеродные стержни имели металлические соли (обычно магний, стронций, барий или фториды кальция), добавленные для увеличения выхода света и создания разных цветов.

В США патентная защита дуговых систем и улучшенных динамиков оказалась трудной, и в результате отрасль дуговой светильники стала высококонкурентной. Основной соревнование Бродяги было из команды Элиху Томсона и Эдвина Дж. Хьюстона . Эти двое сформировали американскую электрическую корпорацию в 1880 году, но вскоре она была куплена Чарльзом А. Коффином , переехал в Линн, штат Массачусетс , и переименован в компанию Thomson-Houston Electric . Томсон остался, тем не менее, основным изобретательным гением, стоящей за улучшением патентной системы в систему освещения. Под руководством патентного адвоката Томсона-Хаустона Фредерик П. Фиш Компания защитила свои новые патентные права. Управление Coffin также привело компанию к агрессивной политике выкупа и слияний с конкурентами. Обе стратегии снизили конкуренцию в промышленности по производству электрического освещения. К 1890 году компания Thomson-Houston Company была доминирующей компанией по производству электротехники в США.

На рубеже вековых систем зажигания дуговых систем были в упадке, но Томсон-Хаустон контролировал ключевые патенты на городские системы освещения. Этот контроль замедлил расширение систем освещения накаливания, разработанных компанией Thomas Edison Edison General Electric . И наоборот, контроль Эдисона над распределением постоянного тока и генерации патентов на машины заблокировал дальнейшее расширение Томсона-Хаустона. Блок контрольного блока к расширению был удален, когда две компании объединились в 1892 году, чтобы сформировать компанию General Electric .

Дуговые лампы использовались в некоторых ранних студиях изображения движения для освещения внутренних снимков. Одна из проблем заключалась в том, что они производят такой высокий уровень ультрафиолетового света, что многим актерам нужно было носить солнцезащитные очки , когда с камеры, чтобы облегчить больные глаза, возникающие в результате ультрафиолетового света. Проблема была решена путем добавления листа обычного оконного стекла перед лампой, блокируя ультравиолет. На рассвете «Talkies» дуговые лампы были заменены в киностудиях с другими типами огней. В 1915 году Элмер Амброуз Сперри начал производить свое изобретение высокоинтенсивного прожектора углеродной дуги . Они были использованы на борту военных кораблей всех флотов в 20 -м веке для передачи сигналов и освещения врагов. В 1920 -х годах углеродные дуговые лампы были проданы в качестве семейных продуктов для здоровья, заменив натуральный солнечный свет.

Дуговые лампы были заменены лампами нити в большинстве ролей, оставшиеся только в определенных нишевых приложениях, таких как кино проекция , прожекторы и прожекторы. В 1950-х и 1960-х годах мощный округ Колумбия для углеродной лампы на открытом воздушном проекторе, как правило, поставляется комбинацией генератора двигателя (двигатель переменного тока, питающий генератор постоянного тока). Даже в этих приложениях обычные углеродные лампы в основном были подталкиваны к ксеноновым дуговым лампам , но все еще производились в качестве прожекторов, по крайней мере, еще в 1982 году. и до сих пор производятся как минимум для одной цели - моделирование солнечного света в «Ускоренном старении», предназначенных для оценки того, как быстро материал, вероятно, будет ухудшаться при воздействии окружающей среды.

Освещение углеродной дуги оставило свой отпечаток на других практиках проекции пленки. Практика доставки и проецирования кинофильмов на барабанах 2000 футов и использование «переключений» между двумя проекторами была вызвана углеродными стержнями, используемыми в лампах проектора, имеющих срок службы примерно 22 минуты (что соответствует количеству пленки в указанном катушки при прогнозировании в 24 кадрах/секунду). Проекционист смотрел, как стержень сжигал глаз (хотя глазок, похожий на стекло сварщика), и заменял углеродный стержень при изменении пленки. Установка смены с двумя проектором в основном исчезла в 1970-х годах с появлением ламп ксеноновых проекторов, заменяя систем с одним проектором , хотя фильмы будут по-прежнему отправляться в кинотеатры на барабанах 2000 футов.

Смотрите также

• Графит
• Высокоинтенсивная лампа
• Большой скользящий проектор
• Леон Фуко
• Список источников света
• Список патентов Никола Тесла
• Лунная башня
• Pavel Yablochkov and Yablochkov candle
• Фотолитография
• Празедимиум
• Экранированная металлическая дуговая сварка
• Сценическое освещение
• Временная шкала технологии освещения
• Уолтер Нернст

Библиография

• Браверман, Гарри (1974). Труд и монопольная капитал . Нью -Йорк: ежемесячная обзорная пресса .
• Макларен, Малкольм (1943). Рост электрической промышленности в девятнадцатом веке . Принстон: издательство Принстонского университета .
• Нобл, Дэвид Ф. (1977). Америка по дизайну: наука, технология и рост корпоративного капитализма . Нью -Йорк: издательство Оксфордского университета . С. 6–10.
• Прассер, Гарольд С. (1953). Производители электричества . Кембридж: издательство Гарвардского университета .

Внешние ссылки

• "Unilam Super High High Date Short Arc Lamp"
• Башни Moonlight: загрязнение света в 1800-х годах , статья в журнале с низким технологиями