광원으로서의 백열 램프의 단점
모든 장점에 대해 탄소 필라멘트가 있는 진공에서 시작하여 텅스텐 가스로 채워진 램프로 끝나는 모든 백열 램프에는 광원으로서 두 가지 중요한 단점이 있습니다.
- 낮은 효율성, 즉 동일한 전력에서 단위당 가시 광선의 낮은 효율;
- 자연광(태양광 및 확산 일광)으로부터 에너지의 스펙트럼 분포에 큰 차이가 있으며, 단파 가시광선이 불량하고 장파가 우세한 특징이 있습니다.
첫 번째 상황은 경제적 관점에서 볼 때 백열 램프를 사용하는 것이 수익성이 없게 만들고 두 번째 상황은 물체의 색상을 왜곡시키는 결과를 초래합니다. 두 가지 단점은 동일한 상황에서 발생합니다. 비교적 낮은 가열 온도에서 고체를 가열하여 방사선을 얻습니다.
텅스텐의 녹는점이 약 3700°K이기 때문에 태양 스펙트럼 분포와의 상당한 수렴이라는 의미에서 백열등 스펙트럼의 에너지 분포를 수정하는 것은 불가능합니다.
그러나 2800 ° K의 색 온도에서 3000 ° K로 필라멘트 본체의 작동 온도가 약간만 증가하더라도 램프 수명이 크게 단축됩니다 (약 1000 시간에서 100 시간으로). 텅스텐 증발 과정을 크게 가속화합니다.
이 증발은 주로 텅스텐 코팅 램프 전구의 검게 변하고 결과적으로 램프에서 방출되는 빛의 손실과 궁극적으로 필라멘트의 연소로 이어집니다.
필라멘트 하우징의 낮은 작동 온도는 백열 램프의 낮은 광 출력과 낮은 효율의 원인이기도 합니다.
텅스텐의 증발을 줄이는 가스 충진의 존재는 색온도의 증가로 인해 가시 스펙트럼에서 방출되는 에너지의 비율을 약간 증가시킬 수 있습니다. 꼬인 필라멘트를 사용하고 더 무거운 가스(크립톤, 크세논)로 채우면 가시 영역에 떨어지는 방사선의 비율이 약간 더 증가할 수 있지만 측정된 비율은 몇 퍼센트에 불과합니다.
가장 경제적입니다. 가장 높은 광효율을 가진 모든 입력 전력을 해당 파장의 방사선으로 변환하는 소스가 될 것입니다. 이러한 소스의 광효율, 즉 동일한 입력 전력에서 가능한 최대 광속에 대한 광속의 비율은 1과 같습니다. 최대 광 출력은 621lm/W인 것으로 나타났습니다.
이로부터 백열등의 광효율이 가시광선을 특징짓는 수치(7.7 - 15 lm/W)보다 훨씬 낮을 것이 분명합니다.해당 값은 램프의 광도를 1과 동일한 발광 효율을 가진 광원의 광도로 나누어서 찾을 수 있습니다. 그 결과 진공 램프의 경우 1.24%, 가스 램프의 경우 2.5%의 광 효율을 얻었습니다.
백열 램프를 개선하는 근본적인 방법은 텅스텐보다 상당히 높은 온도에서 작동할 수 있는 필라멘트 본체 재료를 찾는 것입니다.
이것은 효율성을 높이고 방출의 채도를 향상시킵니다. 그러나 이러한 물질에 대한 검색은 성공하지 못했으며 그 결과 전기 에너지를 빛으로 변환하는 완전히 다른 메커니즘을 기반으로 더 나은 스펙트럼 분포를 가진 보다 경제적인 광원이 구축되었습니다.
백열 램프의 또 다른 단점:
경제성의 우월성에도 불구하고 가스방전등의 어떤 종류도 조명용 백열등을 대체할 수 없다는 것이 입증되었습니다. 형광등… 그 이유는 물체의 색상을 완전히 왜곡시키는 방사선의 불만족스러운 스펙트럼 구성 때문입니다.
불활성 가스를 사용하는 고압 램프는 발광 효율이 높습니다. 나트륨 램프, 형광등을 포함한 모든 가스 방전 램프의 발광 효율이 가장 높습니다. 그것의 고효율은 거의 모든 입력 전력이 가시 광선으로 변환된다는 사실 때문입니다.나트륨 증기의 방전은 스펙트럼의 가시 부분에서 노란색만 방출합니다. 따라서 나트륨 램프로 조명을 받으면 모든 물체가 완전히 부자연스럽게 보입니다.
모든 다른 색상 범위는 노란색(흰색)에서 검은색(노란 광선을 반사하지 않는 모든 색상의 표면)까지입니다. 이러한 유형의 조명은 눈에 매우 불쾌합니다.
따라서 가스 방전 광원은 방사선을 생성하는 바로 그 방법(개별 원자의 여기)을 통해 인간의 눈의 특성의 관점에서 볼 때 선형 구조로 구성된 근본적인 결함으로 밝혀졌습니다. 스펙트럼.
이러한 단점은 방전을 광원으로 직접 사용하는 것으로는 완전히 극복할 수 없습니다. 비트에 기능만 주어졌을 때 만족스러운 해결책을 찾았습니다. 형광체 빛의 여기 (형광등).
형광등은 교류에서 작동할 때 광속의 강한 변동으로 구성된 백열등에 비해 불리한 특성을 가지고 있습니다.
그 이유는 백열등 필라멘트의 관성에 비해 형광체 글로우의 관성이 현저히 낮기 때문입니다. 그 결과 0을 통과하는 모든 전압에서 방전이 종료되고 형광체가 관리합니다. 반대 방향으로 방전이 발생하기 전에 밝기에서 상당 부분을 잃습니다. 형광등의 광속 변동은 10 ~ 20 배를 초과하는 것으로 나타났습니다.
이 바람직하지 않은 현상은 두 개의 인접한 형광등을 켜서 그 중 하나의 전압이 두 번째 전압보다 1/4 기간 뒤쳐지도록 크게 약화시킬 수 있습니다.이는 램프 중 하나의 회로에 커패시터를 포함하여 원하는 위상 편이를 생성함으로써 달성됩니다. 컨테이너를 사용하면 동시에 개선되고 역률 전체 설치.
3개 및 4개 램프의 위상 편이로 전환하면 더 나은 결과를 얻을 수 있습니다. 3개의 램프를 사용하면 3단계로 점등하여 광속의 변동을 줄일 수도 있습니다.
위에서 언급한 많은 결함에도 불구하고 형광등은 고효율로 인해 널리 보급되었으며 한 번에 소형 형광등 디자인의 형태로 백열등이 모든 곳에서 교체되었습니다. 그러나 이러한 램프의 시대도 끝났습니다.
현재 LED 광원은 주로 전기 조명에 사용됩니다.