Световые характеристики ламп накаливания

Электрическое освещение

Методические указания к выполнению лабораторных работ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОУВПО «МАРИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Л.М.Рыбаков, А.С.Грачев

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ОСВЕЩЕНИЕ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к выполнениюлабораторных работ

для студентов специальности 100400 - электрическое освещение

Йошкар-Ола,2007

ББК 31.2

УДК 621.3

       Р93

Реценденты: В.В.Кошкин, канд.физ.-мат.наук, доцент МарГТУ;

                 С.В.Волков, канд.техн.наук, доцент МарГУ.

Электрическое освещение:Методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов специальности 100400 - Электрическое освещение / Сост.: Л.М.Рыбаков, А.С.Грачев. Йошкар-Ола. Маар ГУ, 2007. 103 с.

В указаниях к лабораторным работам приведены методики проведения лабораторных работ по курсу «Электрическое освещение» для студентов электроэнергетического факультета очной и заочной форм обучения.

Даны краткое описание применяемых приборов, оборудования, требования к электробезопасности при проведении лабораторных работ и составлению отчетов.

Рекомендовано к изданию

редакционно-издательским советом ЭЭФ

                                            Л.М.Рыбаков, А.С.Грачев, 2007

                                            ГОУВПО «Марийский

                                            государственный университет, 2007

ВВЕДЕНИЕ

Студенты должны заранее готовиться к выполнению каждой лабораторной работы: ознакомиться с ее содержанием, уяснить цели и задачи, поставленные в работе, повторить соответствующий теоретический материал по лекции и рекомендованной литературе, аккуратно подготовить краткое описание работы, таблицы для записи результатов измерений, схемы установки.

Студенты, явившиеся на занятия неподготовленными, к лабораторной работе не допускаются.

Оформлять лабораторные работы надо в компьютерном исполнении. Работа оформляется одна на группу, но защищается каждым студентом индивидуально. После двух выполненных, но не защищенных работ студент к выполнению следующей работы не допускается.

При защите студент должен дать исчерпывающий ответ на вопросы преподавателя по теме лабораторной работы. Защищенная работа остается на кафедре.

Техника безопасности при выполнении работ

(Инструкция № ОТ–125 по правилам и мерам безопасности при проведении лабораторных работ)

Общие положения

1. Лабораторные работы выполняются группами  по2-3 студента в каждой.

2. На первом занятии проводится инструктаж по правилам и мерам безопасности на рабочем месте в предусмотренном объеме.

З. В случае нарушения правил техники безопасности студентотстраняется от проведения работ иудаляется из лаборатории. Последующий допуск к занятиям после прохождениявнеочередного инструктажа.

4. К выполнению очередной лабораторной работы группа  допускается только после проверки преподавателем знаний всеми студентами группы устройства установки, расположения и назначения органов управления,элементов блокировки и сигнализации, а такжеправил техники безопасности при работе на данном лабораторном стенде.

Правила и меры безопасности

Перед началом работы

1. Ознакомиться со схемой электропитаниялаборатории.

2. Проверить визуально наличие и исправность защитного заземления.

3. Проверить отсутствие напряжения на стенде (по   индикаторам или показаниям измерительных приборов).

4. Ознакомиться с расположением органов управления для аварийного отключения питания от лабораторных стендов систем блокировок и сигнализации (при отключенном питании).

5. Проверить наличие на рабочем месте предусмотренных описанием работы защитных средств (диэлектрических перчаток, ковриков, бот ит.п.).

6. Проверить по техническим описаниям или приборам соответствие положения регуляторов минимальному напряжению на его выходе.

7. Убрать с лабораторного стенда предметы, не относящиеся к выполняемой работе.

Во время работы

1. Лабораторные работы должны выполняться группойсостоящей не менее чем из двух человек.

2. Собрать требуемую заданием схему и сообщить руководителю. Самостоятельная работа начинаетсяс разрешения преподавателя или лаборанта и проводится под его наблюдением. Разрешение на продолжение работы требуется после каждого предусмотренного заданием изменения схемы.

3. Подача напряжения на лабораторные стенды производится руководителем по команде "Внимание! Подается напряжение". Исходное положение органов управления настенде перед подачей питания – ВЫКЛ.

4. Перед выполнением работы (согласно заданию) проверить исправностьблокировок.

5. Порядок выполнения работы производится по  методическому пособию для лабораторных работ.

6. Перед выключением питания высоковольтных установок уменьшитьвеличину высокого напряжения до минимума (до 0).

Запрещается:

– оставлять рабочее место и включенные электроустановки без разрешения руководителя;

– производить перекоммутацию схемы без обесточивания лабораторного стенда;

– снимать крышки рубильников, магнитных пускателей, автоматов и переключателей блоков управления, находящихся под напряжением;

– самостоятельно устранять возникшие на лабораторном стенде неисправности;

– использовать в работе провода с поврежденной изоляцией (без изоляции) с неприпаянными штекерами к клеммам;

– пользоваться непрошедшими проверку измерительными приборами и средствами индивидуальной защиты;

– выдергивать штепсельные вилки из розеток за соединительный шнур;

– загромождать рабочее место предметами, не относящимися к данной работе.

В аварийных ситуациях

1. При нарушении нормального режима работы стенда (установки) – появление искр, дыма, сильного шума – немедленно обесточить еговыключением автомата, магнитного пускателя, рубильника и т.п. и сообщить об этом руководителю занятия.

2. При поражении людей электрическим током или других несчастных случаях освободить пострадавшего от воздействия на него электрического тока, сообщить об этом руководителю занятия, оказать пострадавшему первую медицинскую помощь, при необходимости – вызвать "Скорую помощь" по телефону «03».

По окончанию работы

1. Доложить руководителю занятия об окончании работы.

2. Выключить лабораторный стенд (установку).

3. Сдать руководителю занятия измерительные приборы, методические и другие вспомогательные пособия.

4. Привести в порядок свое рабочее место.

5. Заверить у руководителя занятий черновой вариантснятых показаний

6. Сдать зачет преподавателю по лабораторной работе.

Лабораторная работа № 1

Исследование световых характеристик

Различных типов ламп накаливания

(2 часа)

Цель работы.Ознакомиться с теорией теплового излучения, конструкциями ламп накаливания, исследовать световые характеристики ламп накаливания разных типов.

Оборудование и приборы:

1). лампы накаливания типа: вакуумные; газополные со спиральной нитью; биспиральные газополные; биспиральные с криптоновой смесью; зеркальные лампы; ЛН с йодным циклом;

2). лабораторный автотрансформатор регулировочный ЛАТР-2М;

3). вольтметр;

4). люксметр Ю – 116;

5). соединительные провода.

Объект исследования

Объектом исследования являются лампы накаливания различных типов.

Общие положения

Под тепловым излучением принято понимать всякое излучение, возникающее в результате теплового движения (колебательного или вращательного) молекул и атомов излучающего тела. При этом в излучающем теле не происходит никаких изменений, кроме изменения теплового состояния, а количество излучаемой энергии изменяется соответственно количеству подводимого тепла.

При повышении температуры излучающего тела увеличивается энергия движения заряженных частиц, следствием чего является рост лучистого потока, излучаемого телом. Повышение температуры тела сопровождается также ростом средней величины кванта, а, следовательно, изменением спектрального состава излучения.

Видимые излучения возникают только при больших значениях кинетической энергии движущихся частиц, т.е. лишь при высокой температуре излучающего тела.

Положение максимума кривой спектральной плотности энергетической светимости М_е( ,Т) определяется уравнением:

l_maxT = 2896мкм×К,                                                                            (1)                                                                           

именуемым законом смещения Вина,

где – длина волны, соответствующая максимуму кривой спектральной интенсивности лучистого потока, мкм;

Т – абсолютная температура, К.

Энергетическая светимость:

(М_е)_n.u.= бТ⁴,                                                                                 (2)                                                                                         где (М_е)_n.u. – энергетическая светимость (лучистый поток с 1м² поверхности полного излучателя), Вт×м²; б = 5,67×10^–8 Вт×м²×К^–4 была получена экспериментально Стефаном и теоретически Больцманом и носит название закона Стефана-Больцмана. Из анализа уравнений (1) и (2) можно сделать следующие выводы:

1. Лучистый поток, излучаемый полным излучателем, резко возрастает с увеличением абсолютной температуры.

2. При   повышении температуры полного излучателя максимум кривой спектральной плотности энергетической светимости смещается в сторону коротковолновой части спектра.

3. При изменении абсолютной температуры в пределах, от 4700 до 10000К максимум кривой спектральной плотности энергетической
светимости лежит в пределах области видимых излучений.

Для оценки теплового излучения с точки зрения вызываемого им светового ощущения пользуются понятием световой эффективности, определяющей долю светового потока в общем потоке излучения.

Световая эффективность полного излучателя зависит от температуры. При повышении температуры вначале происходит рост световой эффективности, что объясняется смещением максимума кривой спектральной плотности лучистого потока в сторону области видимых излучений. Максимального значения световая эффективность достигает при температуре полного излучателя около 6500К; при этом её величина составляет 14,5%. При дальнейшем увеличении температуры максимум продолжает смещаться в сторону коротковолновой части спектра и значение световой эффективности начинает уменьшаться.

Реальные излучатели, применяемые для изготовления тела накала современных ламп имеют температуру плавления порядка 3600 К (вольфрам), что ограничивает их световую эффективность значениями, не превышающими 2-3%.

Для оценки излучения металлов пользуются понятием спектрального коэффициента излучения, под которым понимается отношение спектральной плотности энергетической светимости тела (металла) к спектральной плотности энергетической светимости полного излучателя при тех же температуре и длине волны:

e(l,Т) = М_e(l,Т)/ М_e(l,Т)_п.и.,                                                                                   (3)

где  М_e(l,Т) – спектральная плотность энергетической светимости данного металла.

Для всех температур спектральный коэффициент излучения уменьшается с увеличением длины волны излучения.

Наибольший интерес среди металлов, пригодных для изготовления тела накала источников света, представляет вольфрам – самый тугоплавкий металл с температурой плавления 3660К, из которого путем протяжки можно получать нити любого необходимого диаметра.

Световые характеристики ламп накаливания

Основными световыми характеристиками ламп накаливания являются:

1). световой поток;

2). световая отдача;

3). цветность излучения.

Световой поток лампы накаливания находится в прямой зависимости от электрической мощности лампы и температуры тела накала. В процессе горения лампы происходит постепенное распыление вольфрама, что приводит к уменьшению диаметра нити и увеличению ее сопротивления, а следовательно, к уменьшению мощности и светового потока. Уменьшение светового потока лампы в процессе горения возникает также из-за потемнения колбы в результате оседания на ее стенках распыленного вольфрама. Для ламп, эксплуатируемых в течение 75% своего номинального срока службы, допускается уменьшение светового потока на 15-20% начального значения.

Световая отдача является характеристикой, определяющей экономичность лампы накаливания, и численно равна отношению излучаемого лампой светового потока к ее электрической мощности:

Н = Ф/Р,                                                                                     (4)

где Ф – световой поток, Лм;

Р – мощность лампы, Вт.

Цветность излучения ламп накаливания зависит от температуры тела накала. При номинальном напряжении в спектре излучения нормальных осветительных ламп накаливания преобладает видимое излучение в желтой и красной частях спектра при недостатке его в синей и фиолетовой частях по сравнению с природным дневным светом. Поэтому излучение ламп накаливания значительно отличается от дневного света, что искажает цветопередачу и не позволяет эффективно использовать лампы накаливания для освещения работ, связанных с необходимостью точного распознания цветов.