История электротехники

8.41. Бортовые энергосистемы космических аппаратов на основе солнечных и химических батарей. Ч. I и II: Учебное пособие/ Н.В. Белан, К.В. Безручко, В.Б. Елисеев и др. Харьков: ХАИ, 1992 (ХАИ).

8.42. Прямое преобразование энергии. Вопросы космической энергетики: Пер. с англ. М.: Мир, 1975.

8.43. Коутс Т., Микин Дж. Современные проблемы полупроводниковой фотоэнергетики. М.: Мир, 1988.

8.44. Колтун М.М. Солнечные элементы. М.: Наука, 1987.

8.45. Фаренбух А., Бьюб Р. Солнечные элементы: Пер. с англ. М.: Энергоатомиздат, 1987.

8.46. Грилихес В.А., Орлов П.П., Попов Л.Б. Солнечная энергия и космические полеты. М.: Наука, 1984.

8.47. Раушенбах Г. Справочник по проектированию солнечных батарей: Пер. с англ. М.: Энергоатомиздат, 1983.

8.48. Солнечные элементы и батареи / А.А. Полисан, К.А. Щуров, И.С. Оршанский и др. // Итоги науки и техники. Сер. Генераторы прямого преобразования тепловой и химической энергии в электрическую. 1989.Т. 9.

8.49. Лидоренко Н.С., Мучник Г.Ф. Электрохимические генераторы. М.: Энергоатомиздат, 1982.

8.50. Тейшев Е.А. Применение топливных элементов для энергопитания космических кораблей. М.: Информстандартэлектро, 1967.

8.51. Калайда Т.Н. Химические источники электрической энергии для летательных аппаратов. Л.: ЛВИКА им. Можайского, 1965.

8.52. Багоцкий B.C., Скундин A.M. Химические источники тока. М.: Энергоиздат, 1981.

8.53. Кедринский И.А., Дмитрием ко В.Е., Грудянов И.И. Литиевые источники тока. М.: Энергоатомиздат, 1992.

8.54. Иосифьян А.Г. Электротехника в космосе. Сер. Космонавтика, астрономия. М.: Знание, 1979.

8.55. Иосифьян А.Г., Шереметьевский Н.Н., Трифонов Ю.В. Советские космические аппараты для дистанционного зондирования типа «Метеор»// Электротехника. 1982. №6. С. 29–34.

8.56. Космические аппараты оперативного метеорологического и природно-ресурсного назначения. Проблемы. Технические решения. Международная интеграция/ В.И. Адасько, А.Г. Иосифьян, Ю.В. Трифонов, Н.Н. Шереметьевский // Электротехника. 1991. №9. С. 32–38.

8.57. Stoma S.A., Trifonov Y.V. Geostationary Space System «Electro» (GOMS): Preconditions for Creation and Structure // Space Bulletin. 1995. Vol. 2. №3. P. 2–4.

Глава 9.

СВЕТОТЕХНИКА

9.1. ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время понятие «светотехника» включает в себя целый ряд разделов науки и техники, к которым относятся:

генерация излучения в оптическом диапазоне спектра — источники излучения;

физические процессы при распространении излучения в различных средах;

возникновение зрительного ощущения при попадании излучения в глаз человека;

взаимодействие излучения с различными средами и использование его в различных тепловых, химических, энергетических, медицинских и других установках;

фотометрия;

конструирование световых приборов различного назначения, т.е. создание приборов для перераспределения энергии излучения в пространстве;

светотехнические установки для внутреннего, наружного, архитектурного и специального освещения.

Такие разделы светотехники, как источники излучения, световые приборы и светотехнические установки имеют прямое отношение к электротехнике. Сегодня в мире на освещение тратится до 20% всей вырабатываемой электроэнергии (в России 14%). Поэтому сочетание вопросов светового дизайна и экономии электроэнергии на освещение весьма актуально.

В настоящей главе представлена история развития источников излучения, световых приборов, светотехнических установок и светотехнического образования.

9.2. ИСТОЧНИКИ ИЗЛУЧЕНИЯ

Развитие и совершенствование источников излучения (ИИ) определялось определенными целями, а именно:

повышением энергетической эффективности (светоотдачи, равной отношению светового потока, измеряемого в люменах, к затраченной энергетической мощности);

увеличением срока службы (времени, за которое начальный световой поток уменьшается на 30%);

улучшением цветовых характеристик излучения (цветовой температуры, индекса цветопередачи и т.д.);

выделением специальных спектров излучения для медицины, растениеводства, животноводства и т.д.;

конструированием ламп специального назначения для фотографии, областей тонкой технологии, проектирования и др.

Светоотдача в каждой стране является одним из показателей уровня научно-технического развития. Обеспечение необходимой освещенности при меньших затратах электроэнергии сказывается весьма заметно на экономике страны.

Первые электрические лампы накаливания А.Н. Лодыгина, усовершенствованные и выпускаемые серийно в Америке Т. Эдисоном (1879 г.) имели светоотдачу 2–3,5 лм/Вт.

Стремление повысить светоотдачу ламп накаливания привело к появлению сначала ламп с металлизированной угольной (1890–1900 гг.), затем с осмиевой (1898 г.) и танталовой (1902 г.) нитями. В 1906–1909 гг. была разработана технология изготовления вольфрамовых проволок для изготовления электродов. В 1913 г. появилась газонаполненная лампа И. Ленгмюра с вольфрамовой нитью. С целью повышения светоотдачи и увеличения срока службы меняли конструкцию электродов, наполняли колбу газом, не вступающим во взаимодействие с материалом электрода, что уменьшало интенсивность испарения материала электрода и должно было привести к увеличению срока службы (главная причина выхода из строя ламп накаливания — перегорание электрода). Причем возможность увеличения рабочей температуры электрода за счет газового наполнения не только компенсировало потери теплоты через газ, но и увеличивало светоотдачу.

В 1936 г. появились газонаполненные лампы накаливания с биспиральным катодом — лампы с криптоном, а затем и с ксеноновым наполнением. В 50-е годы появились галогенные лампы накаливания. Особенностью этих ламп является то, что галогениды (соединения йода, брома, хлора, фтора) дают устойчивое соединение с вольфрамом лишь в определенном диапазоне температур, что позволяет возвращать испаренный вольфрам на электрод, тем самым увеличивая срок службы лампы и светоотдачу. Светоотдача в них достигала 30 лм/Вт, а срок службы 1000 ч.

Развитие разрядных ламп шло значительно медленнее. Лишь через 70 лет после открытия дуги В.В. Петровым был создан первый источник света дугового разряда П.Н. Яблочковым, представляющий собой открытую угольную дугу. Угольные дуги, имеющие заметно большую, чем лампы накаливания, светоотдачу (70–90 лм/Вт) нашли применение в прожекторных и проекционных установках.

Изобретение в 1901 г. ртутной разрядной лампы низкого давления по существу определило возможность получения серьезных результатов в технике освещения, однако на пути были серьезные препятствия, связанные с тем, что наибольшая доля мощности излучения в ртутном разряде приходится на ультрафиолетовую область. Поэтому главным препятствием в ртутных разрядных ИИ было преобразование излучения из ультрафиолетовой области в видимую. Эту задачу решил С.И. Вавилов с учениками [9.2], который в 1927 г. открыл закон, связывающий квантовый выход люминесценции с длиной волны возбуждающего излучения [9.3]. Под его руководством учениками (В.В. Левшиным, В.А. Фабрикантом, М.А. Константиновым-Шлезингером, Ф.А. Бутаевым, В.И. Долгополовым) были установлены основные процессы люминесценции, созданы люминофоры и люминофорные смеси. В 1941 г. появились первые люминесцентные лампы серийного изготовления. Люминесцентные лампы, используемые в настоящее время имеют световую отдачу 60–100 лм/Вт.

В настоящее время существует большое количество ртутных ламп, имеющих различное целевое назначение. В зависимости от давления наполняющего газа различают ртутные лампы низкого давления (p = 0,0013 ÷ 0,13 кПа), высокого давления (p = 0,03 ÷ 0,3 МПа), сверхвысокого давления (p > 0,3 МПа).