ĆWICZENIE NR 3 BADANIE ELEKTRYCZNYCH ŹRÓDEŁ ŚWIATŁA I POMIARY NATĘŻENIA OŚWIETLENIA. Cel ćwiczenia:

Transkrypt

1 ĆWICZENIE NR 3 BADANIE ELEKTRYCZNYCH ŹRÓDEŁ ŚWIATŁA I POMIARY NATĘŻENIA Cel ćwiczenia: OŚWIETLENIA. Poznanie podstawowych wielkości fotometrycznych oraz elektrycznych źródeł światła. Poznanie wymagań dotyczących elektrycznego oświetlenia wewnątrz budynków oraz sposobu wykonania typowych pomiarów natężenia oświetlenia. Spis treści: 1. WIADOMOŚCI OGÓLNE 1.1. Wielkości fotometryczne Elektryczne źródła światła Lampy o temperaturowym wytwarzaniu światła (żarówki i lampy halogenowe) Lampy wyładowcze - fluorescencyjne (świetlówki) i sodowe Lampy LED Oprawy oświetleniowe 1.4. Kryteria prawidłowego oświetlenia. 2. BADANIA LABORATORYJNE 2.1. Badanie żarówki wolframowej Badanie lampy LED Badanie świetlówki kompaktowej 2.4. Badanie świetlówki (LF) i lampy sodowej (LS) Pomiar natężenia oświetlenia. 3. UWAGI I WNIOSKI. 4. PYTANIA KONTROLNE. 1

2 1. WIADOMOŚCI OGÓLNE Wielkości fotometryczne. Źródło promieniowania, wysyłające w przestrzeń energię promienistą o długościach fali nm, nazywa się źródłem światła. Do podstawowych wielkości fotometrycznych zalicza się: strumień świetlny, światłość, natężenie oświetlenia i luminancję. Stosunek energii świetlnej do czasu w którym została ona wypromieniowana nazywa się strumieniem świetlnym Φ. Strumień świetlny jest zatem mocą promieniowania ocenioną wg zdolności wywołania wrażeń wzrokowych. Jego jednostką jest lumen (lm). W technice oświetleniowej interesująca jest nie tylko wartość strumienia, ale również kierunek rozchodzenia się energii świetlnej. W celu scharakteryzowania rozsyłu strumienia w przestrzeni wprowadzono pojęcie światłości I. Światłość jest gęstością strumienia świetlnego w obrębie kąta przestrzennego, obejmującego dany kierunek. Jednostką światłości jest kandela (cd). Jest to podstawowa jednostka świetlna, zdefiniowana następująco: kandela jest światłością 1/60 cm 2 powierzchni ciała czarnego w temperaturze krzepnięcia platyny (2046K) w kierunku normalnym do tej powierzchni. Strumień świetlny można wyznaczyć, wykorzystując związek gdzie: ω kąt przestrzenny. dφ = Idω (1) Wymiarem lumena jest więc 1 lm = 1 cd x 1 srd = kandela x steradian Rys. 1 Wielkości fotometryczne Gęstość strumienia padającego prostopadle na określoną powierzchnię S nazywa się natężeniem oświetlenia E. E = Φ (2) S Jednostką natężenia oświetlenia jest luks (lx). Luks jest natężeniem oświetlenia na powierzchni 1m 2, oświetlanej równomiernie padającym na nią strumieniem świetlnym o wartości 1 lumena. Natężenie oświetlenia jest podstawą przy projektowaniu oświetlenia elektrycznego. Korzystając z zależności (1) przy założeniu, że rozkład strumienia świetlnego jest równomierny można otrzymać inną postać wzoru na wielkość E: 2

3 I E = (3) 2 r 2 S gdzie: r =. ω Natężenie oświetlenia danej powierzchni maleje proporcjonalnie do kwadratu odległości r tej powierzchni do źródła światła. Wielkością decydującą o wrażeniu wzrokowym, jakie wywołuje obraz źródła światła albo powierzchni odbijającej lub przepuszczającej światło jest luminancja. Luminancja L jest to światłość I w danym kierunku przypadającym na jednostkę powierzchni S źródła albo powierzchni odbijającej lub przepuszczającej światło: I L = (4) S Jednostką luminancji jest nit (nt), przy czym 1nt = 1 cd/m 2. W przypadku, gdy oko ludzkie odbiera zbyt dużo energii świetlnej, człowiek doznaje wrażenia olśnienia. Wrażenia takiego można doznać, patrząc na nieosłoniętą żarówkę. Zastosowanie klosza (oprawy), zwiększającego powierzchnię świecącą, powoduje znaczne zmniejszenie luminancji Elektryczne źródła światła. Lampy elektryczne przeznaczone do oświetlenia dzielimy na następujące główne kategorie: 1. lampy o temperaturowym wytwarzaniu światła - żarówki, lampy halogenowe, 2. lampy o wyładowczym wytwarzaniu światła: a) lampy fluorescencyjne świetlówki, b) lampy łukowe rtęciowe, metalohalogenkowe, sodowe, 3. lampy o elektroluminescencyjnym wytwarzaniu światła - LED. Kryteria oceny elektrycznych źródeł światła stanowią następujące wielkości: skuteczność świetlna η mierzona w lm/w, określona stosunkiem strumienia świetlnego Φ, wysyłanego przez źródło, do całkowitej mocy P, pobranej przez źródło wraz z dodatkowym wyposażeniem, niezbędnym do jego prawidłowego świecenia Φ η = (5) P trwałość T mierzona w godz., określona jako suma godzin świecenia, podczas których źródło światła spełnia wymagania norm, koszt energii świetlnej wytwarzanej przez źródło w złotych, tętnienie strumienia świetlnego, barwa światła i temperatura barwowa w kelwinach [K] temperatura ciała czarnego, w której wysyła ono promieniowanie o tej samej chromatyczności co promieniowanie rozpatrywane; jest to obiektywna miara wrażenia barwy danego źródła światła, właściwość oddawania barw [Ra], określa stopień zgodności barwy faktycznej z jej obrazem widzianym przy danym oświetleniu (rys.2) czas zapłonu lampy. 3

4 Rys.2. Temperatura barwowa i oddawanie barw Żarówki Obecnie nadal najczęściej stosowanym źródłem światła są żarówki. W porównaniu do żarówki Edisona z 1879 r. zmieniono żarnik i jest on wykonany ze skrętki wolframowej, którą przepływający prąd rozgrzewa do temperatury ok o C. Skuteczność światła żarówki wynosi od 8 do 18 lm/w i rośnie wraz ze wzrostem mocy. Trwałość żarówki wynosi około 1000 godz.. Po upływie tego czasu strumień świetlny spada do 80% wartości znamionowej. Trwałość żarówki determinują zasadniczo dwa czynniki: ciemnienie bańki i przepalanie się żarówki. Oba te czynniki związane z szybkością parowania wolframu, która zależy od temperatury żarnika. Aby uniknąć utlenienia żarnika z wnętrza bańki usuwa się powietrze. Napełnienie żarówki argonem lub kryptonem znacznie zmniejsza szybkość parowania wolframu, co jest wynikiem zdarzenia się jego atomów, odrywających się od podłoża z cząsteczkami gazu. Żarówki mniejszej mocy wykonuje się jako próżniowe, zaś większej mocy jako gazowe (napełniane argonem lub kryptonem). Na wartość strumienia świetlnego i trwałość w dużym stopniu wpływa wartość napięcia zasilającego. Wzrost napięcia powyżej wartości znamionowej (a tym samym wzrost temperatury żarnika) powoduje zwiększenie strumienia świetlnego, lecz także znaczne zmniejszenie trwałości żarówki. Podstawowe znaczenie mają tzw. żarówki głównego szeregu (ogólnego zastosowania) o mocach od 25 W do 200 W. Mogą mieć trzonki gwintowane i bagnetowe, różnić się kształtem żarnika, kształtem i rodzajem bańki, mocą i napięciem zasilania. Po 120 latach, od dnia 1 września 2009 roku, tradycyjne żarówki będą stopniowo wycofywane z rynku, aż do końca 2016 roku. Specjalną odmianą żarówki są żarówki halogenowe. Charakteryzuje je wysokie ciśnienie robocze gazu w lampie i wysoka temperatura pracy rzędu 3200 o C. Niewielka ilość halogenu (fluorowca, np. jodu) regeneruje żarnik 1 przeciwdziałając jego rozpylaniu, a tym samym ciemnieniu bańki od strony wewnętrznej. Żarówki halogenowe posiadają w porównaniu do zwykłych żarówek znacznie mniejsze wymiary i większą skuteczność świetlną przy większej trwałości. Dodatkowo podobnie jak żarówki nie wymagają układów zapłonowych i mają wysoki wskaźnik oddawania barw. Wadą, podobnie jak zwykłych żarówek, jest mniejsza skuteczność i trwałość w porównaniu do lamp wyładowczych czy źródeł LED. 1 - halogenowy cykl regeneracyjny polega na sprowadzeniu cząsteczek wolframu z powrotem do wolframowego żarnika przy udziale związku chlorowca z wolframem. 4

5 1.2.2 Lampy wyładowcze A.Lampy fluorescencyjne (świetlówki) Najpowszechniejsze są świetlówki o katodach podgrzewanych przed zapłonem (gorące katody) z wyładowaniem jarzeniowym w mieszaninie argonu z parami rtęci przy niskim ciśnieniu (rzędu kilku hektopaskali). Wyładowaniu towarzyszy wydzielanie energii promienistej, przy czym jest to w przeważającej części promieniowanie niewidzialne (nadfioletowe UV). Promieniowanie to pada na warstwę związków chemicznych zwanych luminoforem, którym pokryta jest wewnętrzna strona szklanej rury. Luminofor ma zdolność wysyłania pod wpływem naświetlania przez promieniowanie nadfioletowe- promieniowania widzialnego. W zależności od rodzaju użytego luminoforu produkowane są świetlówki o różnych barwach światła (dziennej, chłodnobiałej, białej, ciepłobiałej). Zasada działania świetlówki przedstawiona jest na rys.3. Promieniowanie widzialne Promieniowanie nadfioletowe Elektroda Luminofor Elektrony jeden z atomów rtęci Rys. 3. Budowa i zasada działania świetlówki Natężenie pola elektrycznego wytworzonego w świetlówce, której elektrody są połączone z siecią niskiego napięcia, nie wystarcza do zainicjowania wyładowania. W celu zapoczątkowania wyładowania należy zwiększyć liczbę swobodnych elektronów w przestrzeni między elektrodami i przyłożyć do elektrod impuls napięcia rzędu 1000V. Do podtrzymywania zapoczątkowanego wyładowania wystarczy napięcie kilkudziesięciu woltów. Zwiększenie liczby elektronów swobodnych uzyskuje się dzięki termoemisji elektrod, podgrzewanych przed zapłonem. Po zaświeceniu świetlówki dalsze podgrzewanie elektrod jest zbędne. C 1 C Dł x LF Rys.4. Schemat połączeń świetlówki. Dł dławik, Z zapłonnik, C 1 kondensator przeciwzakłóceniowy, C kondensator do poprawy cosφ. 5

6 Zapłonnikiem Z (rys.4.) jest mała lampka neonowa, o jednej elektrodzie sztywnej, a drugiej bimetalowej. Po doprowadzeniu napięcia do zapłonnika Z rozwija się słabe wyładowanie świetlące. Elektroda bimetalowa nagrzewająca się od wyładowania, odgina się i dotyka drugiej elektrody. Na skutek zwarcia w obwodzie elektrod popłynie dość duży prąd, powodujący podgrzanie elektrod E 1 i E 2. W zwartym zapłonniku nie ma już żadnego wyładowania i elektroda bimetalowa stygnie, wraca do poprzedniego położenia i rozwiera obwód. Przerwanie przepływu prądu powoduje pojawienie się dużej siły elektromotorycznej di w dławiku (e = -L, gdzie L indukcyjność dławika), co umożliwia zapłon świetlówki. dt Po zaświeceniu świetlówki napięcie na jej zaciskach wynosi kilkadziesiąt woltów i nie wystarcza do powtórnego wyładowania świetlącego w zapłonniku. Płynie wtedy niewielki prąd przez kondensator C 1, dołączony równolegle do zapłonnika w celu tłumienia zakłóceń radiowych i zmniejszenia iskrzenia na elektrodach zapłonnika. Świetlówka, jak każda lampa wyładowcza, ma ujemna charakterystykę prądowo napięciową, a dławik ogranicza natężenie prądu płynącego przez świetlówkę i zapobiega jej zniszczeniu pełni rolę statecznika. Włączenie jej bezpośrednio do sieci doprowadziłoby do gwałtownego wzrostu prądu i spalenia elektrod. Zapobiega temu dodatkowa oporność biernastabilizacja indukcyjna. Dławik pobiera moc bierną i w celu skompensowania stosuje się kondensator C, tak dobrany, aby cos φ całego układu wynosił ok. 0,9. W lampach energooszczędnych rolę stabilizatora pełni układ elektroniczny. Zmniejsza on też efekt stroboskopowy, ale może być źródłem zakłóceń o częstotliwości ok.1500 Hz. W porównaniu do żarówek świetlówki wykazują następujące zalety: - większa skuteczność świetlna (3-4 razy większa niż żarówek), - mała luminancja, - duża trwałość (ok godzin zależnie od liczby włączeń). Natomiast do wad świetlówki można zaliczyć: - duże wymiary, - skomplikowany schemat połączeń, - wyższy koszt, - stroboskopowość. Stroboskopowość polega na tym, że lampa przygasa 2 razy w okresie zmiany prądu, czyli 100 razy na sekundę. Jest to męczące dla wzroku, a nawet, wskutek złudzenia optycznego, może być niebezpieczne, jeżeli w pomieszczeniach znajdują się szybko wirujące maszyny. Przy żarówkach zasilanych prądem zmiennym bezwładność żarnika usuwa efekt stroboskopowości prawie zupełnie. Zjawisko stroboskopowe można też usunąć zasilając świetlówki z różnych faz w przypadku sieci 3- fazowych lub przy zasilaniu jednofazowym przez zastosowanie dwóch świetlówek zasilanych napięciem przesuniętym w fazie. Podstawowym kształtem świetlówek jest rura prosta o długości uzależnionej od mocy świetlówki. Świetlówki są wykonywane także w kształcie odbiegającym od rur prostych (np. kołowe, w kształcie litery U itp.) i spiralne (lampy energooszczędne). B. Lampy sodowe. Jarznik lampy sodowej (rys.5) wypełniony odpowiednią porcją sodu i rtęci jest zamocowany w zamkniętej bańce szklanej, w której panuje próżnia. Wysokoprężna lampa sodowa, jak każda lampa wyładowcza, wymaga zastosowania statecznika (jest nim najczęściej dławik). Aby został zainicjowany w jarzniku łuk, musi być zainstalowany zapłonnik. W tym celu stosuje się zapłonniki tyrystorowe, wytwarzające impulsy wysokiego napięcia (rys.6). W 6

7 miarę nagrzania jarznika następuje parowanie sodu i rtęci. Rozruch lampy trwa zwykle 5-15 min.. Wysokoprężna sodówka transformuje 30% energii elektrycznej dostarczonej do obwodu lampy na promieniowanie widzialne. W rezultacie źródła te osiągają bardzo wysoką skuteczność świetlną wynoszącą od 80 do 130 lm/w (w zależności od mocy lampy). Niezależnie od wysokości sprawności energetycznej światło lampy sodowej jest emitowane głównie w przedziale długości fal nm, tzn. w pobliżu maksymalnej czułości oka ludzkiego Rys.5. Budowa lampy sodowej produkcji krajowej. 1 jarznik, 2 bańka zewnętrzna, 3 wspornik, 4 nóżka szklana z przepustami prądowymi V C Dł Z LS X Rys.6. Obwód pracy lampy sodowej zapłonnikiem tyrystorowym, LS wysokoprężna lampa sodowa, Dł dławik, Z zapłonnik tyrystorowy, C kondensator kompensacyjny. W świetle lampy sodowej wzrasta ostrość widzenia, jest więc zalecanym źródłem światła do oświetlenia dróg. Wadą lampy sodowej jest mała możliwość rozróżniania barw, szczególnie fioletowych, niebieskich i zielonych; obiekty wydają się zszarzałe. Nie zaleca się oświetlenia lampami sodowymi przy pracach precyzyjnych lub wymagających dobrego zróżnicowania barw, np. w przemyśle tekstylnym, farbiarskim itp Lampy LED Dioda elektroluminescencyjna, dioda świecąca, LED (ang. light-emitting diode) jest półprzewodnikowym przyrządem optoelektronicznym, emitującym promieniowanie w zakresie światła widzialnego, podczerwieni i ultrafioletu. Umożliwia redukcję zużycia energii elektrycznej, gwarantując trwałość i niezawodność oświetlenia. Półprzewodnikowe źródła światła mają wiele istotnych zalet pod względem technicznym i środowiskowym: stosunkowo dużą skuteczność świetlną, do 30 lm/w bardzo długą trwałość (od do godzin), wyjątkowo małą awaryjność m.in. dzięki, wysokiej odporności na wstrząsy, uderzenia i wibracje, różne barwy światła eliminujące potrzebę użycia filtrów, wysoki wskaźnik oddawania barw w przypadku diod o świetle białym, małe wymiary i wagę, ułatwiające projektowanie opraw, możliwość natychmiastowego zaświecenia nawet po zaniku napięcia czyli możliwość częstego załączania, praca przy niskim napięciu zasilania zwiększająca bezpieczeństwo, brak promieniowania nadfioletowego i podczerwonego, brak zawartości rtęci szkodliwej dla środowiska. 7

8 Obecnie jedyną przeszkodą w większej ekspansji jest wydajność diod, tzn. ich jasność świecenia - większość żarówek LED dostępna na rynku nie odpowiada jeszcze mocy świecenia tradycyjnej żarówki 50W. Szacuje się jednak, że za około dwa lata uda się zwiększyć wydajność diody ponad dwukrotnie. Tam, gdzie nie jest potrzebna większa moc z powodzeniem można zastosować oświetlenie LED zarówno wewnątrz jak i na zewnątrz, osiągając następujące korzyści: energooszczędność i proekologiczność. Żarówki LED są obecnie najbardziej energooszczędnym źródłem. Dzięki temu, że cała dostarczona energia jest zamieniana na światło - są dziesięciokrotnie bardziej energooszczędne od tradycyjnych żarówek oraz dwukrotnie od żarówek energooszczędnych. Oświetlenie LED coraz częściej można spotkać w instalacjach świetlnych w Polsce. odporność i bezpieczeństwo. Generalnie diody LED są bardzo odporne na warunki atmosferyczne i wstrząsy, dzięki czemu mogą być wykorzystywane w wielu różnych miejscach. Światło emitowane przez żarówki diodowe jest bezpieczne dla oczu i zdrowia. Ponadto, diody nie męczą wzroku i nie wpływają negatywnie na nasze samopoczucie, gdyż nie występuje w nich promieniowanie UV i drganie światła. minimalną emisję ciepła- żarówki LED praktycznie się nie nagrzewają. trwałość- żarówki LED świecą ponad 100 tysięcy godzin czyli ok. 11 lat ciągłej pracy, przy czym częste włączanie i wyłączanie nie skraca ich żywotności. Dla porównania, trwałość żarówek żarowych wynosi około 600 godzin, a żarówek energooszczędnych około 6000 godzin. Należy jednak zaznaczyć, że sprawność świecenia diody z czasem maleje - po 50 tysiącach godzin ilość emitowanego światła zmniejsza się o połowę. Diody LED mogą być produkowane w dowolnej barwie a oświetlenie z diod może być dowolnie kształtowane - obie te cechy dają ogromne możliwości związane z ich zastosowaniem. Współcześnie, zamienniki LED produkowane są dla wszystkich popularnych gwintów i trzonków opraw oświetleniowych. Na rynku dostępne są również żarówki LED wyglądające jak zwykłe żarówki typu soft-tone. 3W lampa LED daje tyle światła co 30W żarówka halogenowa. Koszt żarówek diodowych jest porównywalny do cen żarówek energooszczędnych. Oświetlenie diodowe ma obecnie bardzo uniwersalne zastosowania. Począwszy od profesjonalnych systemów oświetlenia obiektów, poprzez iluminacje i dekorację wnętrz, eksponatów, aż do samochodów, latarek i tablic reklamowych Oprawy oświetleniowe. Oprawy oświetleniowe stosuje się w celu: - skierowania strumienia świetlnego w odpowiednim kierunku dla uzyskania żądanego kształtu rozsyłu światła, - ograniczenia luminancji źródła w określonym kącie przestrzennym, - połączenia źródła światła z instalacją zasilającą, - zamocowania źródła światła i umożliwienie łatwej jego wymiany, - ochrony źródła światła przed przedostaniem się pyłów i wody oraz ochrony otoczenia przed szkodliwym działaniem źródła. Przy przenikaniu światła przez klosze i odbiciu od odbłyśników, część strumienia ulega pochłonięciu i strumień wychodzący z oprawy jest mniejszy niż strumień wytworzony w źródle światła. Sprawność świetlna oprawy jest to stosunek strumienia, wychodzącego z oprawy, do strumienia świetlnego, wytworzonego w źródle światła. 8

9 1.4. Kryteria prawidłowego oświetlenia. Podstawowym wskazaniem jest wytworzenie takiego oświetlenia, przy którym jego użytkownicy mieliby zapewnioną wygodę widzenia. Uważa się, że wygoda jest wówczas, gdy zdolność rozróżnienia jest pełna, spostrzeganie jest sprawne, pozbawione ryzyka, nie nadmiernie męcząca, a nawet sprawiająca pewną przyjemność. Wygoda widzenia zależy od wrażliwości osobniczej i od podstawowych cech oświetlenia. Odpowiednie oświetlenie może zarówno ułatwić koncentrację oraz wykonywanie trudnej długotrwałej pracy, jak i sprzyjać odpoczynkowi. Natężenie oświetlenia jest określone jako średnie natężenie oświetlenia E na umownej, poziomej płaszczyźnie roboczej. Wymagane (pożądane) wartości E są wyznaczone zarówno ze względu na możliwość rozróżniania szczegółów, jak i na odczucie przyjemności z uwzględnieniem względów ekonomicznych. Za podstawę stopniowania poziomu natężenia oświetlenia przyjmuje się obecnie cztery charakterystyczne poziomy: lx. Poziom 20 lx umożliwia zgrubne rozróżnianie cech twarzy ludzkiej i został przyjęty na pożądany minimalny poziom we wnętrzach. Poziom 200 lx umożliwia rozróżnianie cech twarzy ludzkiej bez nadmiernego wysiłku i został przyjęty za pożądany minimalny poziom we wnętrzach, w których ludzie przebywają dłużej i wykonują pracę. Poziom 2000 lx został uznany za optymalny ze względu na odczucie przyjemności. Stąd w przeciętnych pomieszczeniach należałoby stosować poziomy w zakresie lx. Przy szczególnie trudnej pracy wzrokowej należy stosować poziom powyżej 2000 lx. Odpowiednie normy PN/E określają najmniejsze dopuszczalne natężenia oświetlenia we wnętrzach oraz natężenia oświetlenia dróg i terenów otwartych. Równomierność oświetlenia tj. stosunek natężenia oświetlenia najmniejszego do średniego na płaszczyźnie roboczej. E min δ sr = (6) Eśr Według norm powinna ona wynosić przy pracy ciągłej co najmniej 0,65. Zasady dobrego oświetlenia wymagają, aby nie powstawały zbyt wielkie różnice między luminancją bliższego i dalszego środowiska. Na skutek niesprzyjającego rozkładu luminancji może wystąpić olśnienie tzn. taki stan procesu widzenia, w którym odczuwa się niewygodę widzenia, albo obniżenie zdolności rozpoznawania przedmiotów, albo oba te wrażenia razem. Ważnym wskaźnikiem dobrego widzenia jest kontrast, określony subiektywnie jako różnica w wyglądzie dwu części pola widzenia; obiektywnie zależy od luminancji powierzchni obserwowanego przedmiotu, oraz od luminancji powierzchni tła. Kontrastowość powstaje nie tylko wskutek różnicy luminancji, lecz również wskutek różnicy barw obiektu i tła. Oko najsilniej reaguje na barwę zielonożółtą (cytrynową), a najsłabiej na barwę fioletową lub czerwoną. Między tymi dwiema barwami występuje największy kontrast. Oddanie barwy zależy składu widmowego światła, które oświetla obserwowany obiekt: barwa światła odgrywa poważną rolę w technice świetlnej, gdyż w znacznej mierze wpływa na nastrój i samopoczucie człowieka. Prawidłowe oświetlenie wymaga odpowiedniego wyboru rodzaju, liczby, mocy i rozmieszczenia źródeł światła oraz zastosowania do nich odpowiednich opraw oświetleniowych. 9

10 Tabela 1. Porównanie podstawowych parametrów źródeł światła: Rodzaj lampy Skuteczność świetlna (lm/w) Trwałość (h) Żarówka Żarówka halogenowa Świetlówka Świetlówka kompaktowa Sodowa LED Ze względu na sposób rozmieszczania opraw oświetleniowych we wnętrzu wyróżnia się trzy podstawowe rodzaje oświetlenia: oświetlenie ogólne - równomierne oświetlenie pewnego obszaru bez uwzględnienia szczególnych wymagań dotyczących oświetlenia niektórych jego części, oświetlenie miejscowe - dodatkowe oświetlenie przedmiotu pracy wzrokowej, z uwzględnieniem szczególnych potrzeb oświetleniowych, w celu zwiększenia natężenia oświetlenia, uwidocznienia szczegółów itp., załączane niezależnie od oświetlenia ogólnego, oświetlenie złożone - oświetlenie składające się z oświetlenia ogólnego i oświetlenia miejscowego. 2. BADANIA LABORATORYJNE Badanie żarówki wolframowej, lampy LED i świetlówki kompaktowej Układ połączeń. A V L Atr Rys.7. Układ połączeń do badania żarówki, lampy LED i świetlówki kompaktowej. Oznaczenia: Atr autotransformator, V woltomierz, A amperomierz, L badane źródło światła Przebieg pomiaru. Regulując napięcie od 0 do 240 V wyznaczyć charakterystykę I = f(u). Ze względu na bezwładność termiczną żarówki, po każdej zmianie napięcia odczekać kilka sekund w celu ustalenia się wartości prądu. Pomierzyć natężenie oświetlenia dla każdej z lamp przy napięciu znamionowym 220V. Żarówka jest odbiornikiem o charakterze czynnym, więc wartość jej rezystancji oraz moc można obliczyć ze wzorów: U R = (7) I 10

11 P = UI (8) Wyniki pomiarów zanotować w tabeli 2. Tabela 2. Rodzaj U I R P E lampy V A Ω W lx żarówka lampa LED świetlówka kompaktowa lampa halogenowa do zgaśnięcia Na podstawie wyników pomiarów wykreślić charakterystyki: R = f(u) oraz P = f(u) 2.2. Badanie świetlówki (LF) i lampy sodowej (LS) Układy połączeń: a) W A 1 Dł 3 V 1 V 2 X Z 2 LF Atr 4 Rys 8a. Układy połączeń: świetlówki : Oznaczenia: Atr autotransformator, V 1 woltomierz, V 2 woltomierz, A amperomierz, Dł dławik, Z zapłonnik, LF świetlówka. 11

12 b) W A 1 Dł 3 V 1 Z V 2 X 2 LS Atr 4 Rys 8b. Układy połączeń lampy sodowej: Oznaczenia: Atr autotransformator, V 1 woltomierz, V 2 woltomierz, A amperomierz, Dł dławik, Z zapłonnik, LS lampa sodowa Przebieg pomiaru. Za pomocą autotransformatora ustalić napięcie U 1 = 220 V, które wskaże woltomierz V 1. Po zaświeceniu się lampy, regulując napięcie od wartości 240V w dół odczytać wskazania mierników. Po każdej zmianie napięcia odczekać kilkadziesiąt sekund w celu ustalenia się wskaźników mierników. Wyniki pomiarów zanotować w tabeli 4. Tabela 4. LF LS Lp U 1 U 2 I P V V A W Wartości podane w instrukcji dodatkowej oraz obliczone wyniki pomiarów zestawić w tabeli 5. Tabela 5. Porównanie parametrów znamionowych. U zn I zn P zn źr P dł S Ф η cosφ V A W W VA lm lm/w -- Żarówka Lampa LED - Świetlówka - kompaktowa LF 220 LS 220 gdzie: U zn napięcie znamionowe, I zn - prąd znamionowy, 12

13 P zn źr - moc znamionowa źródła, P dł moc pobierana przez dławik, S moc pozorna (S =U zn I zn ), Φ strumień świetlny podany w instrukcji dodatkowej, η skuteczność świetlna (η = Ф/P zn śr ), cosφ współczynnik mocy układu (cosφ = P/S) Pomiar natężenia oświetlenia. We wskazanym pomieszczeniu wyznaczyć średnią wartość natężenia oświetlenia E śr, panującego na płaszczyźnie roboczej oraz równomierność oświetlenia δ śr (6). Przy podziale na części o jednakowym polu powierzchni wartość średniego natężenia pola należy obliczyć ze wzoru n = E i i Esr = 1 (9) n gdzie: E i wyniki pomiarów, n liczba pomiarów Płaszczyznę pomiarową należy ustalić, przy pomiarze natężenia oświetlenia ogólnego wewnątrz, jako płaszczyznę poziomą położoną na wysokości 0,85 m nad podłogą. Wyniki pomiarów zanotować w tabeli 6. Tabela 6. Lp Oświetlenie ogólne E E śr. δ śr lx lx UWAGI I WNIOSKI 4. PYTANIA KONTROLNE 1. Zdefiniować podstawowe wielkości fotometryczne. 2. Kryteria oceny źródła światła. 3. Zalety żarówek halogenowych. 4. Budowa świetlówki 5. Rola dławika i zapłonnika w lampach wyładowczych. 6. Budowa lampy sodowej. 7. Porównać wady i zalety poszczególnych źródeł światła. 8. Zastosowanie opraw oświetleniowych 9. Kryteria prawidłowego oświetlenia. 10. Rodzaje oświetlenia. 11. Zalety półprzewodnikowych źródła światła. 13