가스 방전 램프

Gas-discharge lamp
참고 항목: 가스 주입 튜브
살균 램프는 용융 석영 외피에서 방출되는 단순한 저압 수은 증기입니다.

가스 방전 램프는 이온화된 가스인 플라즈마를 통해 방전을 보내 빛을 발생시키는 인공 광원 패밀리입니다.

일반적으로 이러한 램프는 귀한 가스(아르곤, 네온, 크립톤 및 크세논) 또는 이러한 가스의 혼합물을 사용합니다.일부에는 수은, 나트륨, 금속 할로겐화물과 같은 추가 물질이 포함되어 있으며, 이러한 물질은 시동 중에 증발되어 가스 혼합물의 일부가 됩니다.

단부 자기 시동 램프는 마이카 디스크로 절연되어 붕규산염 유리 가스 방전관(아크 튜브) 및 금속 [1][2]캡에 수용된다.그것들은[3][4] [1][2]가로등에서 가스 방전 램프인 나트륨 증기 램프를 포함한다.

작동 시, 일부 전자는 두 전극 사이에 인가되는 전계에 의해 양극 근처에 있는 가스 원자를 떠나도록 강요되어 이들 원자는 확실히 이온화된 상태로 남는다.이렇게 방출된 자유 전자는 양극으로 흐르고, 이렇게 형성된 양이온은 전기장에 의해 가속되어 음극으로 흐릅니다.

일반적으로, 매우 짧은 거리를 이동한 후, 이온은 중성 가스 원자와 충돌하고, 중성 가스 원자는 이온으로 전자를 전달합니다.충돌 중에 전자를 잃은 원자는 이온화되고 음극을 향해 속도를 내는 반면 충돌 중에 전자를 얻은 이온은 광자의 형태로 에너지를 방출하면서 낮은 에너지 상태로 돌아간다.이것에 의해, 특징적인 주파수의 빛을 발한다.이와 같이 전자는 가스를 통해 음극에서 양극으로 중계된다.

생성되는 빛의 색상은 가스를 구성하는 원자의 방출 스펙트럼과 가스의 압력, 전류 밀도 및 기타 변수에 따라 달라집니다.가스 방전 램프는 다양한 색상을 생성할 수 있습니다.일부 램프는 램프 유리 표면의 형광 코팅에 의해 가시광선으로 변환되는 자외선을 생성합니다.형광등은 아마도 가장 잘 알려진 가스 방전 램프일 것입니다.

가스 방전 램프는 백열등에 비해 효율이 [5][6]높지만 제조가 더 복잡하고 대부분 음의 저항을 나타내므로 전류가 증가함에 따라 플라즈마 내 저항이 감소합니다.따라서 일반적으로 가스를 통한 전류 흐름을 제어하여 전류 폭주(아크 플래시)를 방지하기 위해 밸러스트와 같은 보조 전자 장비가 필요합니다.

또한 일부 가스 방전 램프는 최대 광출력을 달성하기 위한 감지 가능한 시동 시간을 갖습니다.그럼에도 불구하고 LED 램프 기술이 최근 개선되기 전까지 가스 방전 램프는 많은 조명 애플리케이션에서 백열등보다 선호되었습니다.

역사

가스 방전 램프의 역사는 1675년 프랑스 천문학자 장 피카르가 수은 기압계를 [7]운반하는 동안 수은이 흔들리면서 수은 기압계의 빈 공간이 빛을 내는 것을 관찰하면서 시작되었다.Francis Hauksbee를 포함한 조사관들은 이 현상의 원인을 밝혀내려고 노력했다.Hauksbee는 [8]1705년에 가스 방전 램프를 처음으로 시연했습니다.그는 소량의 수은을 넣은 진공 또는 부분적으로 진공 처리된 유리구체가 정전기에 의해 충전되어 있는 동안 책을 읽을 수 있을 만큼 밝은 빛을 낼 수 있다는 것을 보여주었다.전기 아크의 현상은 바실리 5세에 의해 처음 기술되었다. 1802년 [9][10][11]페트로브1809년 험프리 데이비 경은 영국 왕립 [12][13]협회에서 전기 아크를 시연했다.그 이후로 방전 광원은 백열등보다 훨씬 효율적으로 전기로부터 빛을 생성하기 때문에 연구되어 왔다.

저압 가스 방출관의 아버지는 1857년에 시작된 독일의 유리 블로어 하인리히 가이슬러였는데, 그는 가이슬러 튜브라고 불리는 다양한 색깔로 빛나는 다양한 예술적 냉음극관을 만들었다.네온, 아르곤, 크립톤 또는 크세논과 같은 비활성 가스와 이산화탄소가 튜브에서 잘 작용한다는 것이 밝혀졌다.이 기술은 1910년 프랑스 엔지니어 조르주 클로드에 의해 상용화되었고 네온사인에 사용되는 네온라이트가 되었다.

방전관 내의 다양한 금속을 포함한 금속 증기 램프의 도입은 나중에 진전되었다.가스 방출의 열은 금속의 일부를 증발시킨 후 방출은 거의 전적으로 금속 증기에 의해 생성됩니다.일반적인 금속은 가시적인 스펙트럼 방출 때문에 나트륨과 수은이다.

100년간의 연구는 나중에 전자레인지나 무선주파수에 의해 전력을 공급받는 전극이 없는 램프로 이어졌다.또한 훨씬 낮은 출력의 광원이 생성되어 방전 조명의 적용 범위가 가정 또는 실내용으로 확대되었다.

쥘 베른의 '럼코르프 램프'

"Ruhmkorff" 램프

럼코르프 램프는 하인리히 다니엘 럼코프의 이름을 따서 1860년대에 처음 사용된 휴대용 전구의 초기 형태였다.램프는 배터리로 구동되는 Ruhmkorff 유도 코일에 의해 들뜬 가이슬러 튜브로 구성되었습니다. 즉, 저전압의 DC 전류를 고전압으로 변환할 수 있는 초기 변압기입니다.처음에 램프는 이산화탄소로 채워진 가이슬러 튜브를 사용하여 백색광을 발생시켰다.그러나 이산화탄소는 분해되는 경향이 있었다.따라서 이후 램프에서 가이스러 튜브는 질소로 채워졌고(빨간 빛을 발생), 유리는 우라늄 소금이 함유된 유리(녹색 [14]빛으로 형광)로 대체되었다.

폭발 가능성이 있는 광산 환경, 다이빙과 같은 산소가 없는 환경, 또는 수술에 사용할 수 있는 무열 램프의 사용을 목적으로 한 이 램프는 실제로 프랑스 아르데슈의 데파트에 있는 생프리에스트와 프리바스에 가까운 락의 엔지니어 Alphonse Dumas에 의해 개발되었습니다.프리바스의 [15]의사인 르 베누아.1864년 프랑스 과학 아카데미는 뒤마와 브누아에게 그들의 [16]발명품에 대해 1,000프랑의 상금을 수여했다.그 시대의 최첨단 기술이었던 램프는 쥘 베른의 공상과학 소설 [17]몇 권에 묘사된 후 유명해졌다.

색.

각 가스는 원자 구조에 따라 특정 파장의 방사선을 방출하며, 발광 스펙트럼은 램프에서 나오는 빛의 색을 결정합니다.광원에 의해 점등되고 있는 다양한 물체의 색을 재현하는 광원의 능력을 평가하는 방법으로서 국제 조명 위원회(CIE)는 연색 지수(CRI)를 도입했다.일부 가스 방전 램프의 CRI는 상대적으로 낮습니다. 즉, CRI가 높은 조명이나 햇빛을 받을 때 점등하는 색과는 크게 다릅니다.

가스 색. 스펙트럼 메모들 이미지
헬륨 흰색에서 주황색. 경우에 따라 회색, 파란색 또는 녹색-파란색일 수 있습니다. Helium spectra.jpg 아티스트가 특수 용도 조명에 사용합니다. Helium discharge tube.jpg
네온 레드 오렌지 Neon spectra.jpg 강렬한 빛네온사인 및 네온램프에 자주 사용됩니다. Neon discharge tube.jpg
아르곤 보라색에서 옅은 라벤더 블루 Argon Spectrum.png 수은 증기와 함께 사용되는 경우가 많습니다. Argon discharge tube.jpg
크립톤 회색 오프 화이트에서 녹색으로.높은 피크 전류에서는 밝은 파란색과 흰색입니다. Krypton Spectrum.jpg 아티스트가 특수 용도 조명에 사용합니다. Krypton discharge tube.jpg
제논 회색 또는 청회색의 희미한 흰색.높은 피크 전류에서는 매우 밝은 녹색-파란색입니다. Xenon Spectrum.jpg 플래시 램프, 제논 HID 헤드램프 및 제논 아크 램프에 사용됩니다. Xenon discharge tube.jpg
질소 아르곤과 비슷하지만 더 칙칙하고 분홍빛이 강하며, 높은 피크 전류에서는 밝은 청백색입니다. Nitrogen Spectra.jpg 무어 램프에 사용됨(역사적으로) Nitrogen discharge tube.jpg
산소 보라색에서 라벤더, 아르곤보다 더 어둡다. Oxygen spectre.jpg Oxygen discharge tube.jpg
수소 저전류에서는 라벤더, 10mA 이상에서는 분홍색에서 자홍색 Hydrogen Spectra.jpg Hydrogen discharge tube.jpg
수증기 수소와 유사, 조광기
이산화탄소 제논보다 밝은 낮은 전류에서 파란색-흰색-분홍색 이산화탄소 레이저에 사용되는 무어 램프(역사적으로). Carbon Dioxide Laser At The Laser Effects Test Facility.jpg
수은 증기 밝은 파란색, 강렬한 자외선 Mercury Spectra.jpg 이 스펙트럼 이미지에는 자외선이 표시되지 않습니다.

여러 가지 빛깔을 내는 데 사용되는 인광기와 조합하여 사용됩니다.수은 증기 램프 및 형광 튜브에 널리 사용됩니다.

Mercury discharge tube.jpg
나트륨 증기(저압) 밝은 오렌지 옐로우 Sodium Spectra.jpg 나트륨 증기 램프에 널리 사용됩니다. Lampe a vapeur de sodium.jpg

종류들

램프는 가스의 압력과 음극의 가열 여부에 따라 패밀리로 나뉩니다.고온 음극 램프에는 고온에서 작동하며 램프 내의 아크 전류에 의해 가열되는 전극이 있습니다.열은 아크를 유지하는 데 도움이 되는 열전자 방출에 의해 전극에서 전자를 떨어뜨립니다.많은 유형에서 전극은 아크를 시작하기 위해 별도의 전류에 의해 가열되는 가는 와이어로 만들어진 전기 필라멘트로 구성됩니다.냉음극 램프에는 상온에서 작동하는 전극이 있습니다.램프에서 전도를 시작하려면 충분한 전압(타격 전압)을 인가하여 가스를 이온화해야 합니다. 따라서 램프를 시작하려면 더 높은 전압이 필요합니다.

콤팩트 형광등

저압 방전 램프

저압 램프의 작동 압력은 대기압보다 훨씬 낮습니다.예를 들어 일반적인 형광등은 대기압의 약 0.3%의 압력으로 작동합니다.

형광등, 열선내장 음극 램프, 사무실 조명 및 기타 많은 애플리케이션에서 가장 일반적인 램프는 와트당 최대 100루멘을 생성합니다.

네온 라이팅은 다양한 가스로 채워진 긴 튜브로 구성된 냉음극 특수 조명의 형태로 네온사인에 광고로 사용된다.

저압 나트륨 램프, 가장 효율적인 가스 방전 램프 타입으로, 와트당 최대 200루멘을 생산하지만, 연색은 매우 좋지 않습니다.거의 단색인 노란색 빛은 가로등이나 이와 유사한 용도로만 허용됩니다.

바이메탈 스위치를 포함한 소형 방전 램프를 사용하여 형광 램프를 기동한다.이 경우 방전 열은 스위치를 작동시키는 데 사용됩니다. 스타터는 불투명한 인클로저에 포함되어 있으며 소량의 빛 출력은 사용되지 않습니다.

연속 예열 램프는 전극이 영숫자 모양 및 형상 [18]모양으로 절단될 수 있는 특수 용도로 제작됩니다.

플리커 전구, 플리커 불꽃 전구 또는 플리커 글로 램프는 부분적으로 분해된 아지드 바륨으로 코팅된 두 개의 불꽃 모양의 전극 스크린을 통과하는 전류에 의해 보통 네온과 소량의 질소가 혼합된 가스를 이온화함으로써 빛을 내는 가스 방전 램프입니다.이온화된 가스는 점멸 효과를 내는 두 전극 사이를 무작위로 이동하며, 종종 촛불 불꽃을 연상시키는 것으로 판매됩니다(이미지 [19]참조).

고압 방전 램프

고압 램프는 대기압보다 약간 낮은 압력에서 높은 압력의 기체에서 발생하는 방전이 있습니다.예를 들어 고압 나트륨 램프는 대기압의 약 14%~28%에 해당하는 100~200 torr 압력의 아크 튜브를 갖습니다. 일부 차량용 HID 헤드램프는 최대 50bar 또는 50배의 대기압을 갖습니다.

금속 할로겐화물 램프는 거의 백색광을 발생시켜 와트당 100루멘의 광출력을 달성합니다.적용 분야에는 고층 건물의 실내 조명, 주차장, 상점, 스포츠 지형 등이 포함됩니다.

와트당 최대 150루멘을 생성하는 고압 나트륨 램프는 저압 나트륨 램프보다 광스펙트럼이 넓습니다.가로등, 식물 생육용 인공광촉진에도 사용

고압 수은-증기 램프는 가장 오래된 고압 램프 유형이며 대부분의 용도에서는 금속 할로겐화물 및 고압 나트륨 램프로 대체되었습니다.더 짧은 호 길이가 필요합니다.

고휘도 방전등

IMAX 프로젝터에 사용되는 15kW 제논 쇼트 아크 램프
주요 기사:고휘도 방전 램프

고강도 방전(HID) 램프는 반투명 또는 투명 용융 석영 또는 용융 알루미나 아크 튜브 안에 수용된 텅스텐 전극 사이에서 전기 아크로 빛을 내는 일종의 전기 램프입니다.다른 램프 타입에 비해 아크 길이는 상대적으로 높은 아크 파워가 존재합니다.HID 램프의 예로는 수은-증기 램프, 금속 할로겐화물 램프, 세라믹 방전 금속 할로겐화물 램프, 나트륨 증기 램프 및 제논 아크 램프가 있습니다.

HID 램프는 일반적으로 높은 수준의 빛과 에너지 효율을 필요로 할 때 사용됩니다.

기타 예

주요 문서: 제논 플래시 램프

제논 플래시 램프는 밀리초(밀리초) 범위의 단일 섬광을 발생시키며, 필름, 사진 및 극장 조명에 일반적으로 사용됩니다.스트로보 라이트라고 알려진 이 램프의 특히 강력한 버전은 긴 플래시 시퀀스를 생성하여 스트로보 모션 검사를 가능하게 합니다.이것은 기계적인 움직임의 연구, 의학, 댄스 홀의 조명에서 사용되었습니다.

대체 수단

  • 백열등 램프를 의미한다.그들은;[20] 낮은 제조 비용을 가지고 있다.
  • 화이트 LED램프를 의미한다.흰색 LED 램프의 효율성은 61-200 lm/W.[21]
  • 배터리 구동 등불(크립톤과 함께 xenon을 채우고).

참고 항목

레퍼런스

  1. ^ a b "The Low Pressure Sodium Lamp".
  2. ^ a b "The Low Pressure Sodium Lamp".
  3. ^ "Lighting Comparison: LED vs High Pressure Sodium/Low Pressure Sodium". www.stouchlighting.com.
  4. ^ "The Sodium Lamp - How it works and history". edisontechcenter.org.
  5. ^ "Types of Lighting". Energy.gov. US Department of Energy. Retrieved 10 June 2013.
  6. ^ "Lighting technologies: a guide to energy-efficient illumination" (PDF). Energy Star. US Environmental Protection Agency. Retrieved 10 June 2013.
  7. ^ 참조:
    • (직원)(1676년).단순한 기압계 그 곳에서 나나 되니까 발견된 새로운 현상과 관련한"경험 faire 아 l'Observatoire sur 라 Barometre 단순한touchant 누보 Phenomene qu'on découvert y"[실험은 -LSB- 파리에서 실시]다.저널 데 Sçavans(파리 판)(프랑스어로):112–113.를 대신하여 서명함. 112–113:"sçait que일 Barometre 단순한n'est autrequ'un tuyau 드 verre … toutes도 circonstances 베découvrira qu'on을 선택했다."부터(하나는 단순한 청우계는 아무것도[그것은]은 정상에 봉쇄했다는 유리 튜브보다 더 많은 그리고 그 곳은 보통 특정한 높이가 설 수은은 바닥에 문을 열것을 알고 있다.나머지[튜브의]는 무효가 됩니다.피카르 씨는 그 중 하나를 (파리의) 천문대에 가지고 있는데, 어둠 속에서 수은이 흔들릴 정도로 충분히 흔들면 불꽃이 튀고 텅 빈 튜브의 모든 부분을 채우는 깜박이는 빛을 낸다. 하지만 그것은 각각의 흔들림 동안에만 발생하며 수은이 내려갈 때만 발생한다.한 사람이 같은 조성의 다른 여러 기압계에도 같은 실험을 하려고 했지만, 지금까지 한 사람만이 성공했다.모든 것을 검토하기로 결심했기 때문에, 발견하는 대로, 그 모든 상황을 자세하게 설명하겠습니다.)
    • 재인쇄 위치:
    • (직원)(1694년)."수르 라 lumière 뒤 baromètre"[는 기압계의 빛에].Histoire 드 l'Académie 로얄 des-드 파리(프랑스어로).2:202–203.는 수은 w. 우편 202:1676년(을 향하여"드 라 lumière 드 Vers l'année 1676년, M. 피카르faisant 트럭 아들 Baromètre, … il ne s'en trouva aucunqui 적합하다."부터[파리에서]천문대에서 생 미셸의 포트에 밤에 그의 기압계를 수송하는[다]씨 피카르[반면], 그는 튜브의 한 부분을 빛을 감지했다이 현상은 그를 놀라게 했고, 그는 즉시 그것을 [Journal des] Ssavans에 알렸고, 기압계를 가지고 있는 사람들은 그것들을 조사했지만, 그들은 빛을 내는 것을 아무것도 발견하지 못했다.)피카르가 사망했을 때(1682년) 그의 기압계는 빛을 내는 능력을 상실했다.하지만, 필립 드 라 히레 (1640–1718)가 피카르의 기압계를 복원한 후, 그것은 다시 빛을 만들어냈다.카시니 (1625–1712)도 빛을 내는 기압계를 가지고 있었다.
    • 참고 항목: 기압등
  8. ^ Hauksbee, Francis (1 January 1705). "Several experiments on the mercurial phosphorus, made before the Royal Society, at Gresham-College". Philosophical Transactions of the Royal Society of London. 24 (303): 2129–2135. doi:10.1098/rstl.1704.0096. S2CID 186212654.
  9. ^ 페트로프, 바실리(1803년).Извѣстіе о Гальвани-Вольтовскихъ Опытахъ[Galvanic-Voltaic 실험의 뉴스](러시아어로).상트 페테르부르크, 러시아:프린팅 하우스는 주립 의과 대학의.를 대신하여 서명함부터. 163–164:"Естьли на стеклянную плитку или на скамеечку со стеклянными ножками будуть положены два или три куска древесного угля, … и отъ которого темный покой довольно ясно освѣщенъ быть можетъ."(만약에 유리 접시나에 의자에서 유리 다리가 놓여 두 세개의 숯 수 있는데,을 배출하고light-bearing phenome.na 갈바닉-볼타ic 유체를 통해, 그리고 거대한 배터리의 양쪽 극과 통신하는 절연 금속 도체(전극)가 있는 경우, 그것들을 1 ~ 3라인의 거리[즉, 분리]까지 서로 가깝게 한다[2.5 ~ 7.5 mm]. 그러면 이들 사이에 석탄을 태우는 매우 밝은 흰색 또는 불꽃이 있다.어둠이 아주 선명하게 밝혀질지도 모른다.)
  10. ^ Anders, Andre (2003). "Tracking down the origin of arc plasma science. II. Early continuous discharges". IEEE Transactions on Plasma Science. 31 (5): 1060–1069. Bibcode:2003ITPS...31.1060A. doi:10.1109/TPS.2003.815477.
  11. ^ 페트로프는 또한 저압 공기를 통한 전기 방전을 관찰했다.From (Petrov, 1803), p. 176: "Впрочемъ, свѣтъ, сопровождавшій теченіе Гальвани-Вольтовской жидкости въ безвоздушномъ мѣстѣ, былъ яркій, белаго цвѣта, и при томъ не рѣдко оть разкаленнаго конца иголки, либо и ото дна стакана отскакивали искры или какъ бы маленькія звѣздочки." (However, the light accompanying the flow of the Galvanic-Voltaic fluid공기가 없는 공간에서는 밝고 하얀 색이었다. 그리고 동시에 바늘[즉 전극]의 백열 끝이나 유리 바닥에서 작은 별처럼 불꽃이 튀었다.)From (Petrov, 1803), 페이지 190: "3"은 "3"으로 구성되어 있습니다.Galvanic-Voltaic 유체).
  12. ^ 1801년과 1802년에 데이비는 밝은 전기 스파크를 관찰했지만 연속적인 호는 관찰하지 못했다.그의 배터리는 전기 아크를 유지하기에 충분한 전압과 전류가 부족했다. 1808년이 되어서야 데이비는 전기 아크를 유지하기에 충분한 전압과 전류를 가진 배터리를 보유했다.1808년과 1809년에 그는 전기 아크의 관측을 기록했습니다.
    • 데이비, 험프리(1810년)."Bakerian 강의.새로운 분석적 연구의 특정한 몸, 특히 alkalies, 인, 유황, 탄소를 포함한 자연의 문제에 대한 계정은 acids 지금까지, 화학 theory"에 몇가지 일반적인 관찰과 함께 undecompounded.왕립 협회 런던의 철학적 거래.100:39–104.페이지의 주 47:"때문에 전기가 칼륨 후방의 증기를 통해 1/2인치 1인치는에서 가장 뛰어난 불꽃, 길이가 4분의 1을 생산하고;…이 지나"부터.
    • (Ayrton, 1902), 페이지 24-27.
  13. ^ 전기 아크의 초기 역사는 다음을 참조하십시오.
  14. ^ Paolo Brenni(2007) "우라늄 유리와 그 과학적 용도", 2014-06-30년 사이언티스트 인스트루먼트 소사이어티의 웨이백 기계 회보, No. 92, 34-39페이지, 37페이지 참조.
  15. ^ 참조:
  16. ^ "Prix dit des arts insalubres", Comptesrendus, 60:273 (1865).
  17. ^ 지구 중심 여행(1864년), 지구에서 달까지 여행(1865년), 해저 2만 리(1869년) 등이다.
  18. ^ "kilokat's ANTIQUE LIGHT BULB site : neon lamps". bulbcollector.com.
  19. ^ 미국 특허 3238408, Kayatt Philip J., "플리커 글로 램프", 1966-03-1 발행
  20. ^ "FAQ: phasing out conventional incandescent bulbs". europa.eu. Retrieved July 22, 2022.
  21. ^ "LED Light Bulb". yourelectricianbrisbane.com.au. Retrieved July 22, 2022.

추가 정보

외부 링크

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