Електрическо осветление

Електрическото осветление е осветление във видимия спектър, получено с помощта на електричество. Това е най-разпространената форма на изкуствено осветление и е от съществено значение за съвременното общество, осигурявайки вътрешно осветление за сгради и външно осветление за вечерни и нощни дейности. В техническата терминология заменяемият компонент, който произвежда светлина от електричество, се нарича лампа, например лампата с нажежаема жичка. Лампите обикновено имат основа от керамика, метал, стъкло или пластмаса, която фиксира лампата в гнездото на осветителното тяло. Електрическото свързване към контакта може да се осъществи с основа с резба, два метални щифта, две метални капачки или байонетна капачка.
Трите основни категории електрически лампи са: лампи с нажежаема жичка, които произвеждат светлина от нажежаема жичка, нагрята до бяло от електрическия ток; газоразрядни лампи, които произвеждат светлина чрез протичането на електрическа дъга през газ, като флуоресцентни лампи и LED лампи на базата на светоизлъчващ диод, който излъчва некохерентна светлина в тесен спектър, когато през него протича електрически ток в права посока.
В началото на 20-ти век, преди електрическото осветление да стане обичайно, хората са използвали свещи, газени лампи, маслени лампи и огньове. Английският химик Хъмфри Дейви разработва първата лампа с нажежаема жичка през 1802 г., последвана от първата електрическа дъга през 1806 г. До 1870-те дъговата лампа на Дейви е успешно комерсиализирана и се използва за осветяване на много обществени места. Усилията на Джоузеф Суон и Томас Едисън водят до това, че търговските крушки с нажежаема жичка стават широко достъпни през 80-те години на 19 век, а в началото на ХХ век те напълно заменят дъговите лампи.
Енергийната ефективност на електрическото осветление се е увеличила радикално след първата демонстрация на дъгови лампи и крушката с нажежаема жичка от 19 век. Съвременните електрически източници на светлина се предлагат в изобилие от видове и размери, адаптирани за много приложения. Повечето съвременно електрическо осветление се захранва от електрическата мрежа, но осветлението може да се захранва и от мобилни или резервни електрически генератори или акумулаторни системи. Захранването с батерии често се използва за случаи, когато стационарното осветление се повреди, често под формата на електрически фенери, както и в превозните средства.
Видовете електрическо осветление включват:
Различните видове светлини имат значително различна светлинна ефективност и цвят на светлината.
*Цветната температура се определя като температурата на черно тяло, излъчващо подобен спектър; тези спектри са доста различни от тези на черните тела.
Най-ефективният източник на електрическа светлина е натриевата лампа с ниско налягане. Той произвежда, за всички практически цели, монохроматична оранжево-жълта светлина, която дава подобно едноцветно възприятие на всяка осветена сцена. Поради тази причина той обикновено е запазен за приложения за външно обществено осветление. Натриевите лампи с ниско налягане са предпочитани за обществено осветление от астрономите, тъй като светлинното замърсяване, което генерират, може лесно да се филтрира, за разлика от широколентовите или непрекъснатите спектри.
Модерната крушка с нажежаема жичка, с навита волфрамова нишка и комерсиализирана през 20-те години на 20 век, е разработена от лампата с въглеродна нажежаема жичка, въведена около 1880 г.
По-малко от 3% от вложената енергия се преобразува в използваема светлина. Почти цялата входяща енергия завършва като топлина, която в топъл климат след това трябва да бъде отстранена от сградата чрез вентилация или климатизация, което често води до по-голяма консумация на енергия. В по-студен климат, където се изисква отопление и осветление през студените и тъмни зимни месеци, страничният продукт на топлината има известна стойност. Крушките с нажежаема жичка се премахват постепенно в много страни поради ниската им енергийна ефективност.
Освен крушките за нормално осветление, има много широк диапазон, включително ниско напрежение, нискоенергийни видове, често използвани като компоненти в оборудването, но сега до голяма степен изместени от светодиоди.
Халогенните лампи обикновено са много по-малки от стандартните лампи с нажежаема жичка, тъй като за успешна работа температурата на крушката над 200 °C обикновено е необходимо. Поради тази причина повечето имат колба от стопен силициев диоксид (кварц) или алумосиликатно стъкло. Това често е запечатано в допълнителен слой стъкло. Външното стъкло е предпазна мярка за намаляване на ултравиолетовите емисии и за задържане на горещи стъклени парчета, ако вътрешният плик експлодира по време на работа. Маслените остатъци от пръстови отпечатъци могат да доведат до счупване на обвивката от горещ кварц поради прекомерно натрупване на топлина на мястото на замърсяване. Рискът от изгаряния или пожар също е по-голям при голи крушки, което води до забрана им на някои места, освен ако не са затворени от осветителното тяло.
Тези, предназначени за 12- или 24-волтова работа, имат компактни нишки, полезни за добър оптичен контрол. Освен това те имат по-висока ефективност (лумена на ват) и по-добър живот от нехалогенните видове. Светлинната мощност остава почти постоянна през целия им живот.
Флуоресцентните лампи се състоят от стъклена тръба, която съдържа живачни пари или аргон под ниско налягане. Електричеството, протичащо през тръбата, кара газовете да отделят ултравиолетова енергия. Вътрешността на тръбите е покрити с люминофор, който излъчва видима светлина при удар от ултравиолетови фотони. Те имат много по-висока ефективност от лампите с нажежаема жичка. За същото количество генерирана светлина те обикновено използват около една четвърт до една трета от мощността на нажежаема жичка. Типичната светлинна ефективност на флуоресцентните осветителни системи е 50 – 100 лумена на ват, няколко пъти по-висока от ефективността на крушките с нажежаема жичка със сравнима светлинна мощност. Флуоресцентните лампи са по-скъпи от лампите с нажежаема жичка, тъй като те изискват баласт за регулиране на тока през лампата, но по-ниската цена на енергия обикновено компенсира по-високата първоначална цена. Компактните флуоресцентни лампи се предлагат в същите популярни размери като лампите с нажежаема жичка и се използват като енергоспестяваща алтернатива в домовете. Тъй като съдържат живак, много флуоресцентни лампи се класифицират като опасен отпадък. Агенцията за опазване на околната среда на Съединените щати препоръчва флуоресцентните лампи да се отделят от общите отпадъци за рециклиране или безопасно изхвърляне, а някои юрисдикции изискват рециклирането им.
Твърдотелният светодиод (LED) е популярен като индикаторна светлина в потребителската електроника и професионалното аудио оборудване от 70-те години на миналия век. През 2000-те ефикасността и производителността се повишиха до точката, в която светодиодите сега се използват в осветителни приложения като автомобилни фарове и спирачни светлини, във фенерчета и светлини за велосипеди, както и в декоративни приложения, като празнично осветление. Индикаторните светодиоди са известни със своя изключително дълъг живот, до 100 000 часа, но светодиодите за осветление работят много по-малко консервативно и следователно имат по-кратък живот. LED технологията е полезна за дизайнерите на осветление, поради ниската си консумация на енергия, ниското генериране на топлина, мигновено управление на включване/изключване, а в случай на едноцветни светодиоди, непрекъснатост на цвета през целия живот на диода и относително ниска цена на производство. Животът на светодиода зависи силно от температурата на диода. Работата на LED лампа в условия, които повишават вътрешната температура, може значително да съкрати живота на лампата.
Въглеродните дъгови лампи се състоят от два въглеродни прътови електрода на открито, захранвани от токоограничаващ баласт. Електрическата дъга се задейства чрез докосване на върховете на пръчките, след което се разделят. Следващата дъга произвежда нажежена до бяло плазма между върховете на пръчките. Тези лампи имат по-висока ефективност от лампите с нажежаема жичка, но въглеродните пръти са краткотрайни и изискват постоянно регулиране при употреба, тъй като интензивната топлина на дъгата ги ерозира. Лампите произвеждат значителна ултравиолетова мощност, изискват вентилация, когато се използват на закрито, а поради интензитета си се нуждаят от защита от пряк поглед.
Изобретен от Хъмфри Дейви около 1805 г., въглеродната дъга е първата практична електрическа светлина. Използван е в търговската мрежа в началото на 1870-те за големи сгради и улично осветление, докато не е заменен в началото на 20-ти век от лампата с нажежаема жичка. Въглеродните дъгови лампи работят с висока мощност и произвеждат бяла светлина с висок интензитет. Те също са точков източник на светлина. Те остават в употреба в ограничени приложения, които изискват тези свойства, като филмови проектори, сценично осветление и прожектори, до след Втората световна война.
Газоразрядната лампа има обвивка от стъкло или силициев диоксид, съдържаща два метални електрода, разделени от газ. Използваните газове включват неон, аргон, ксенон, натрий, метален халогенид и живак. Основният принцип на работа е почти същият като въглеродната дъгова лампа, но терминът „дъгова лампа“ обикновено се отнася до въглеродни дъгови лампи, с по-модерни типове газоразрядни лампи, обикновено наричани газоразрядни лампи. При някои газоразрядни лампи се използва много високо напрежение за задействане на дъгата. Това изисква електрическа верига, наречена запалител, която е част от електрическата баластна верига. След удара на дъгата вътрешното съпротивление на лампата пада до ниско ниво и баластът ограничава тока до работния ток. Без баласт, излишният ток би потекъл, причинявайки бързо разрушаване на лампата.
Някои видове лампи съдържат малко неон, което позволява удар при нормално работно напрежение, без външна верига за запалване. Натриевите лампи с ниско налягане работят по този начин. Най-простите баласти са просто индуктор и се избират там, където цената е решаващ фактор, като улично осветление. По-модерните електронни баласти могат да бъдат проектирани да поддържат постоянна светлинна мощност през целия живот на лампата, могат да задвижват лампата с квадратна вълна, за да поддържат мощността без трептене, и да се изключват в случай на определени неизправности.
Много лампи или електрически крушки са посочени в стандартизирани кодове на формата и имена на цокъла. Крушките с нажежаема жичка и техните модернизирани заместители често се определят като " A19 /A60 E26 /E27", общ размер за този вид крушки. В този пример параметрите „A“ описват размера и формата на крушката, докато параметрите „E“ описват основния размер на винта Edison и характеристиките на резбата.
В електрическите схеми лампите обикновено са показани като символи. Има два основни типа символи, това са:
Продължителността на живота за много видове лампи се определя като броя часове на работа, при които 50% от тях се отказват, което е средният живот на лампите. Производствените толеранси от само 1% могат да създадат отклонение от 25% в живота на лампата, така че като цяло някои лампи ще се повредят много преди номиналната продължителност на живота, а някои ще издържат много по-дълго. За светодиодите животът на лампата се определя като времето на работа, при което 50% от лампите са преживели 70% намаление на светлинната мощност.
Някои видове лампи също са чувствителни към цикли на превключване. Стаи с често превключване, като бани, могат да очакват много по-кратък живот на лампата от това, което е отпечатано на кутията. Компактните флуоресцентни лампи са особено чувствителни към циклите на превключване.
Общото количество изкуствена светлина (особено от уличното осветление) е достатъчно, за да могат градовете да бъдат лесно видими през нощта от въздуха и от космоса. Тази светлина е източникът на светлинно замърсяване, което пречи на астрономите и други.
Електрическите лампи могат да се използват като източници на топлина, например в инкубатори, като инфрачервени лампи в ресторанти за бързо хранене и играчки като Kenner Easy-Bake Oven.
Поради техните нелинейни характеристики на съпротивление, лампите с волфрамова нажежаема жичка отдавна се използват като бързодействащи термистори в електронните схеми. Популярните употреби включват:
Стилизирано изображение на електрическа крушка е логото на турската партия АК.
На разсъмване на 16 април 1945 г. Червената армия започва офанзива по превземането на град Берлин, столица на нацисткия Трети райх. Мощни прожектори заслепяват немските войски и осветяват някои участъци за пробива в отбраната на града.
В западната култура е прието, че изобразяването на светнала крушка над главата на човек означава внезапно хрумнала мисъл.