Уэймаус д., Газоразрядные источники света (988969), страница 2
Текст из файла (страница 2)
ливи ночтг~ длв всех пшав зл ктрншс их лами, и поэточу повышение зффекгщвности превращшши ьлеьтрическои знсргтш в световую э юрпно умсщшаег затраты на вырабатьу саша, хотя цека самого источника мо'кет быть высокой. Влектрические разрядные лампы имеют три больших достоинства ~ ак исшчпнкн света: «ффчшввпо. нреооразоваине энергии (трапсфоргшриш йп — ОО А всей ногреблаемой электрической энергии в световую(, длнтельныи срок службы — !ОООО тыс. ч и больше (в голу Оубб ч, поэтому срок службы лампы сост~вляет примерно дв гоца( и, пако.шц, они превосходного «поддор кивают» высокую световую отдачу, обеспечивая к концу срока служоы ОО -пбг нача гьного светова~о потока.
йст«отвеине, что олв шкже имеют и нецостаткнг сами лампы сравнительно доро~и, треоуют всаамог,пе. ны приборов для стабилизации мощности лампы, онн неудавлетворишльио работают в режиме частых включении, ко~да нх гградолжнтеггьность рабочы составляет нескпчььо минут, гаги часто выключаютсв. Вта «нига носвнщена газоразрядным лампам. Из.за большого числа разаичных тююв газоразрядных ламп н невозмо кноспг все их рассмотреть в одной книге, ес содер канис о~раиичеио с тем, побы избежшь ионерхвастнага обсуждения вопросов н рассмотреть только некоторые гшвоалее важные источники свет~, которые в совоггупиостн обеспечивают ОУ'и света, производимого электрическими газоразрядиымн лампами: люминесцентные л~мпы, ртутаые лампы высокого давления, иатрвевые лампы низкого и высоко~о давления в ме~аллогалогеиные лампы.
1ак как прогресс в эгон области зависит ак ог технологии, так и от иауни, та вы найдете обсуждение этих двух аспетлав. В некоторых случаях научному ионнмзнню вопросов предшествовала технологическая разработка лампи. Люминесцентные чампы, например, поступили на рынок, когда была известно только качественггое представление о них, т.
е. более чем за десять лет до появлении первых публикации по количественному анализу наиболее взжнык физических пронесена [Л. 1-1( ' Достаточное ясное качественное панииапие, основан. ное на зкснернментальныхданныхобосновныхпроцессах в лампах, сделало возможным написание этой книги гак, что она бупет доступна широкому кругу читателей. О каткдам типе ламп будет дано много материалов, дана нэчественная нартнна взаимодействия различяых процесгон, встречающихся н лампах, которые ыо!Ут быть понятны людям с небольшим математическим и научным багажом.
Некоторые разделы трудны для понимания и дл» разработюг теоретичеснай математической модели, описывающей поведение разряда Ги предсказания поведения при различньЧх условиях), эта будет интересно тем читателяи, которые больше интересуются наукой э4. Осодяниостм гАзогаээялиых лАмп в) Излучение газа Все электрнческие гаэоразрядиые лампы превращают электрическую энергию э свет, трансформируя электрическую энергию в ьинетнческуго энергию движущихся электронов, котора» в свою очередь, превращается а излучение в резу.чьтате некоторых типов соударений В лампах, о которых пойдет речь э агой книге, иерэнчным процессом является возбуждение атомов газа, после которого они возвращаются на поясе низкие энергетические уровни, излучая электромагнитные волны. Электронное облако, окружающее каждое атомное ядро, связано с ядром силами взаимодействия положи.
тельного заряда ядра с отрипагсльныи зарядам электроназ, и оно может существааать только иа определенном энергетическом уровне, хзрактеризуеиаы проемами целыми чнсламн, известными как квантовые чпсла Когда сэободныи электрон, обладающий определенной энергией «ударяетсн» о такое облако, оио может сообщить дополнительную энергию одному или нескольким электронам атома, увеличивая ее от аулевого уровня до более высокого. Такому уровню присуща неустойчивость на-за высокой внутренней энергии атома. За время приблизительно ог 1,0 до 001 нс возбужденный электрон отдает энергию, переходя на более низкий энергетический уровень с выделеаием злектраиагиитного излу. чения хапай частоты, что аронзнедение йч точно равно разности энергий между двумя уровнями, где й=б,б)Х Х 1О э' Дж.с — универсальная постоянная Плавна.
Основной процесс, нмеюгций место в газоразрялнай лампе: сэободныс электроны ускоряются создаюшейса н лампе разностью гютенциалаа, которая яоддерживает- ю ся з«эшпая «сточиикам энергии; движение электронов сляпает электрический ток э лампе; кинетиче кад гня алекс о тронов яреврашается в потенциальную эи г ка» энер- п неся атомных электронных оболочек, когда быст г ра двяжуя сзободаыг электроны сталкиваются с атачами теряя прн этом кинетическую энергию, внутренняя энер- зле гия аточов Расходуется на излучение ао иере того, к «троны возвращаются на сваи самые низкие энерге.
ак тичесьне уровни Саободные электроны снова уско- ряются внешним потсгщналом, и всгь процесс повея. рястся. Излучение, испускаемое разрядач в газе, состоит пренмушествеана из отдельных линяй с распредочевием по частотам, оп е ределяемым расположением энергетяче- скнх уровней излучающлх атомов Самые ранние наблю- с п опь денна этих частотных карактеристик был тик ыли выполнены п ощь спек роскопоэ — приборов, кото сиают свет через узкие вкацные рые пропущели, рассеивают ого оптической системой, которая откл ый гол, эав оняет свет на некого. ры угол, зависящий от частоты, н разделяет свет на отдельные полосы, характерные дл , й д. я кажда частоты илн узкого участка дели углового отклонения. Иаабраженне ичных цветов, поэто- предстазляет собой рлх линий разли лйиаямн, яли пюст му частатаые характеристики называют сиектральнмми аямн, яли просто линиями, н полная совокупность излучаемых частот нааывается спс шроч атома Другой вид процессов столкновений зэек р р адпт к излучению, представляет собой откло- нение электрпнов прк взаимодействии их с ги клонение днижущихся частиц от первоначачьнога пу.
ти создает ускорение, и согласно электромагнитной тео. рнн, ускорение, гюлучаечое частицами, вызывает аз лу- В прот!~воположвость пзлу ~еггню атома ичяучение, ким спектрам частот, так как угол, на кото ый откло- няются электюны, )о . и, слелавательно, результирующие , на который откло- часть энергии вплоть до 100% . Можно показать что при предельно высокой элен~раиной плотностя отностя распрелеле. чения «непрерывногоь спектра но частотам точ- но такое же, как и у черного тела при температу„ элек- тронного газа [Л.
1.2). 11 Иву»спас непрерывного спектра важна для некоторых видов разрядных ламп а крайне нак на для учета потерь энергии п термоядерной плазме, но оио ие ст щественно цля ламп, о которых говорится в нняге При»твой этою является то, 1то излучение аепрерыэпого гпеитрп отаоснтельпа малоэффеитивио Большая облас~ь вспускаемаго излучения лежат вие пределов узкий полосы застит, которые восприничаются глззо г (соответствующие длине воли от 400 до 700 и«) В коппс концов, излучение непрерывного спектра, вызываемое атклоаецием пэпжспия электро»ав, аналогично тому процессу, который обусловливает излучение нагретого металла и игозволяет не»ольго»ать в «а»встав источника калу~ения вольфрачпаую иип, а лампас накал»- авив« Гв которой к п д превращения зле«три»ос«ой энергии о световую составляет только оьоло 5 В ) Влинствениае преимушество подобного працегса в разрядной лампе состоит в там, что в о»вряд»ой лапке воачожио использование более высокой температуры )вольфрам плавится цри 5655 К); нрн темвсрзтуре около 6000 К копти 20% полного излучения ~ерного хали лежи~ в видимой области спектра.
Несравненным пре«мущестэпм излучения атомов в разряде явля тся впзмпжйость аы. бара сорта этапов, из которых состовт 1»з интенсивность излучения в желаемой области спектра мажет пркближатьс» к ннтенсианпстя излучения верном тела )теоретический врсдел), ко будет аставатьгя низкой или будет ранив нулю в любой другой частя спектор» Тихим образо«, как будет покаааио в поцтгдтчозгач главах, вполне возможна получить 40% и ба»ее обще~о излучения отдельных атомов, лежа~гтего в вида«ой част» спешра, чш делает исто'шнк света исклюгительаа эф. фективным, Плсдоватепь , злсктричешгий разряд з г е г «стает оозмажпость выбора частоты спешра с возмгпкггогтью преиышс шя температуры»зд тай, ко~прая может бып лостигиута у лютого твердо~о и.пг жали»го вещества Гак как деистянтадьча» нитэищшвосш иззу»своя с данной частотой не чожет превышать ншх.исивнасть излучения черного тела для этпй гастотьь разряд а таас позволяет достигнуть более высоких и~гтеисивностей желаемых частот ч в тп же время умсньшгпь энергию, затра~иваемую па налушпие нсжелаемых чагтот.
б) Роль плазмы Из й 1-За видно, что высока» канпеитрапня свободных электронов необкадима лля получения максимума аозб)падающих соударений атомов з газе Теч не менее, свободные электроаы отталкиваются друг от друга, по. этому невозможно была бы поддерживать необходимое числа свободных электр»нов в гаков»почвенной трубно, если бь1 не было тесного «заимодействия отригтательпо заряженных элеитрапоа с почти равным числом атомна, ко~орые теряют электро»ы, или положительными нона.
ми, как их вазмвают В саном деле, тот самый процесс, который способствует образованию свободных электро. вов,одновременна приводит к образовааиго пол»житель. ных поппи Некоторые типы соударений вызывают впзбуждение атомных электронных оболочек и могут нрп. аести к отрыву свободных электронов от атома, в результате чего появляются положительно заряженные осколки нлн воны. Получаемая смесь электронов и положительных напав в разрядной .тампа называетск «плазмой», Процессы в ией единственные в своем роде, оп» имеют места прн столкновении, взаимном притяжении протиаополаж.
иа заряженных электронов н попав и взаимном отталкивании мсжпу »»изми и между злектропамп соответст. асина. Наиболее иажпым свойством плазмы «»ляется то, что оиа почти не заввснт от способа получек»я электра. ноз н ионов и ат нх движения, локальная «оицеитрзпня электроназ понблазительно равна локк.чьной концентрации ионов (с точностью да малой доли процента) Геля локальный избыток яалажнтельпых ионов, па. пр|гмпр, развивается ярн каком-либо процессе, он нева.
медлительно ликвидируется в результате зван«ноге отталкивзаня полпжнтельных попов в иритяжснп» элок. тропа» иэ окружающих облагтей. Это свойства плазма и»ляется коши универсальным. Ученые, работающие в области физики пла м , рисвоили коипептр циз эла тронов и ноиоа герма« электронная илзотпостьк никогда не упомнна» о плотаостп ионов воошце. Буден нснользовать этот терман в книге. Вспкий раз, коглз слова электронная плотность» появляются без уком»на. нип о плотности ионов, это должно пониматься так, мэ опн равны. Плазма э разрядных лампах обычно садержптся вву. тра гвзонаполненной стекляивой колбы и создается пра гт прокожденяи через газ электрического тока, обеспечиваемого электроначн Поведение плавны э пограничных слоях — второе свойство плазмы, очень важаое для электрических разрядных лами.
Ключом к пониманюо агота сваиства являе~ся признание тога, ~та плаэча содержит болынай резерв падвижаых частию обоях видов и что граничные условия обусловливают непрерывность тока В стенлянных ~рубках, ограничивающих плазму, тоь ие может проходить па направлению к стенке. Потоки положительных валов н атпяцательпых электронов должны быть одннакавыьаз. Более легкнэ злытраны обычно движутся быстрее, чем ноны, поэтому, сели условие равнаи плотности сохрзняетсп.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
