Курс состоит из серии рассказов, объединенных в четыре цикла: «Инфраструктура человечества», «Инженеры человечества», «Измерения человечества» и «Изобретения человечества». Общая идея курса – дать представление слушателю об истории современной инженерии. По завершении этого курса Вы узнаете многое о том, какие изобретения и открытия стали инженерной основой нашей цивилизации.
Современное освещение – галогенные лампы, энергосберегающие лампы, светодиоды
Loading...
From the course by National Research Nuclear University MEPhI
Изобретения, изменившие мир
4 ratings
From the lesson
Изобретения человечества
В этом модуле будут рассмотрены несколько важнейших изобретений человечества, перевернувших жизнь человеческой цивилизации – батарейка, аккумулятор, лампочка, шарниры. Для каждого из них будет пройден путь от его задумывания и первых технических решений, до современного состояния и перспектив.
Meet the Instructors
Муравьев Сергей ЕвгеньевичДоцент
Кафедра теоретической ядерной физики
Ольчак Андрей СтаниславовичДоцент
Кафедра общей физики
Здравствуйте, уважаемые коллеги.
Мы продолжаем наш курс, запись нашего курса,
посвященного второй истории человечества.
Истории изобретений и открытий,
которые поменяли жизнь человечества, изменили.
И в последний эпизод мы рассказывали
об истории изобретения источников света – лампочек.
Тех самых лампочек, которые освещают
Наши дома, наши улицы и т.д.
Сначала лампы дуговые, а потом лампы накаливания.
И добрались мы, наконец, вот до тех лампочек, которые вплоть до последних лет,
наверное, были главными источниками освещения и в домах и на улицах.
Это вольфрамовые лампочки накаливания, стеклянная колба.
Кстати, вот, может быть, мы не назвали эту фамилию.
Вольфрамовую лампу, лампу с вольфрамовой нитью
придумал наш соотечественник – инженер Ладыгин.
Да, совершенно справедливо.
И эти лампочки хорошо всем знакомые – стеклянная колба,
откачен воздух и там вольфрамовая ниточка.
Воздух там есть, давление почти равно атмосферному,
но немножко меньше, чем азот.
Значит, газ должен быть достаточно инертным с химической точки зрения.
Вот, и вдруг они стали исчезать.
Вот в последние годы, так сказать,
даже и купить-то лампочку накаливания стало уже не так легко.
Вместо этого предлагают какие-то другие, обзывают их
энергосберегающими, галогеновыми, еще какими-то, светодиодными.
Я человек старый и консервативный.
У меня есть еще пока запас вольфрамовых лампочек.
Сколько? На сколько вы его закупили?
Сергей Евгеньевич, зачем это все?
Чем плохи вольфрамовые лампочки накаливания
и чем хороши все те новые, которые нам навязывают?
Знаете, вот Андрей Станиславович абсолютно правильно сказал,
что гораздо труднее стало купить лампы.
А вот, Андрей Станиславович, если вы пойдете в магазин и
попробуете купить 100 Вт лампу накаливания, вы просто в принципе ее не найдете.
Почему?
Они запрещены.
Смотрите, у ламп накаливания есть один очень серьезный недостаток.
Они вообще хороши, свет хороший, приятный глазу.
Но один существенный недостаток – дело в том,
что при нагревании твердого тела оно действительно раскаляется
и начинает излучать энергию,
но доля света в этой излучаемой энергии очень и очень небольшая.
Т.е., фактически, мы затрачиваем много энергии на то,
чтобы нагревать окружающий воздух, а вот на свет-то – очень мало.
Малая доля, поэтому считается, что, и это факт, медицинский, что называется,
факт, что они очень энерго-неэффективны эти лампы.
Это правда.
Вот. И борьба с этой энерго-неэффективностью ламп накаливания
фактически весь 20-ый век привела к тому,
что мы получили некие новые серии, новые принципы освещения.
И начнем мы давайте-ка сейчас с галогеновых или правильно галогенных
Галогенных или галогеновых?
Вы знаете, Андрей Станиславович, вопрос правильный.
Я лазил в интернет.
Значит, ответ такой:
с точки зрения русского языка правильно говорить «галогенные»,
но боюсь, что слово «галоген» оно настолько нерусское,
что если вы скажете «галогеновые», то это тоже будет хорошо.
Значит, в чем же идея? Смотрите, совершенно поразительные вещи.
Инженер по фамилии Скрибнер, вот не знал эту фамилию,
он ввел зачем-то в азот, который был внутри колбы небольшое количество хлора.
Чего он хотел этим добиться, никто не знает. Хлор – это галоген.
А в результате он заметил, что вот эта колба стала гораздо меньше чернеть изнутри,
а ведь этот эффект он действительно у всех ламп возникал.
У вольфрамовых ламп он тоже заметен.
И возникает он благодаря испарению вольфрама.
Вольфрам – тугоплавкий металл. Температура плавления 3,5 тысячи градусов.
Но, тем не менее, испарение происходит и это та причина,
благодаря которой лампы перегорают.
Вольфрам из этой спирали испаряется, оседает на стенках колбы,
ну и соответственно они становятся все тоньше, тоньше и тоньше,
и в какой-то момент она где-то на узком месте у нас разрывается.
Так вот, Скрибнер заметил,
что в галогеновой атмосфере вот этот эффект почернения колбы изнутри,
т.е. испарение вольфрама, уменьшается.
И он, этот эффект, начал изучаться.
Многие физики, инженеры, вот я назову фамилии: это ван Лимпт, Нойнхоффер, Шульц,
исследовали этот эффект и обнаружили совершенно поразительную вещь:
галоген, сейчас в галогенных лампах используется бром или йод,
образуется соединение с вольфрамом.
Вольфрам, атом вольфрама, вылетает из нити, оседает на поверхности колбы.
При температуре поверхности больше чем 250 °С образуется соединение
вольфрама с бромом, йодом или хлором, как было у Скримнера.
Причем это соединение – галогенид вольфрама – является газом.
Соответственно этот атом как бы уходит, возвращается в атмосферу лампы,
летает и, если он попадает на спираль, он возвращается на место.
Он может вернуться на вольфрамовую ниточку.
Возвращается. И это эффект заживления спирали.
Т.е. фактически галогенные лампы оказались гораздо, гораздо,
в десятки раз долговечнее обычных ламп накаливания.
Прошу прощения, Сергей Евгеньевич, вот те галогеновые лампы,
которые я покупал в магазине, сгорают быстрее.
Андрей Станиславович, я хотел бы рассказать одну совершенно удивительную,
даже, я бы сказал, несколько печальную историю.
В 1995 году я купил настольную лампу, и в ней стоит галогенная лампа,
которая, боюсь, переживет меня.
Она стоит с 1995 года, и поверьте, она горит у меня по многу-многу часов каждый день.
И она работает. Все та же, которую я купил.
Почему мои перегорают?
Вам не повезло, Андрей Станиславович. Виноват, но так получилось.
Тем не менее, галогенные лампы действительно гораздо долговечнее,
но, смотрите, у нас есть некая…
Они маленькие, чтобы температура колбы достигала тех самых 250 °С,
при которых происходит образование галогенида вольфрама.
Стекло у галогенных ламп, специальное, кварцовое, тугоплавкое,
оно не должно плавиться, апри таких температурах это возможно.
Еще один эффект с галогенными лампами произошел благодаря тому,
что нить галогенной лампы раскалена до более высоких температур,
соответственно выход световой части энергии увеличен
по сравнению с обычными лампами накаливания.
Т.е. галогенные лампы, они гораздо эффективней по своему,
по своей светоотдаче, чем обычные лампы накаливания.
И они работают и служат нам, человечеству, благодаря вот этому
удивительному эффекту заживления нити вольфрама,
благодаря образованию галогенида.
Другие конструкции: энергосберегающие лампы.
Вы знаете, вот здесь мы должны отдать должное человеку,
фамилию которого мы в этом курсе не раз использовали,
но совершенно в другом контексте, это академик Сергей Иванович Вавилов.
Я упоминал его, как историка науки, да.
Но он же занимался как раз технологией энергосберегающих ламп.
И она такова: колба, в которой идет газовый разряд,
там обязательно должны быть представлены пары ртути,
образуется ультрафиолет, и ультрафиолет попадает на…
ультрафиолетовые излучения внутри, попадая на стеночку,
которая покрыта неким специальным веществом – люминофором,
и под действием ультрафиолета оно, это вещество, светится и дает нам…
Но уже в видимом диапазоне.
Уже в видимом диапазоне. Это технология энергосберегающих ламп.
Здесь все хорошо – они очень эффективные с точки зрения светоотдачи,
они совсем не греются, ведь мы знаем, что энергосберегающие лампы…
мы их можем брать рукой, и они…
И от того, что они не греются, хочется их взять рукой.
А я читал, что этого делать ни в коем случае нельзя.
Вы знаете, ну, нет. Нельзя прикасаться к галогенным лампам.
Вот, если вы прикоснетесь к галогенным…
Кстати, Андрей Станиславович, я понял, почему они у вас перегорают,
вы их хватаете руками. Их нельзя ни в коем случае.
Дело в том, что их можно, когда вы их вставляете в патрон,
их нужно брать специальной салфеточкой.
Потому что, если на поверхности галогенной лампы остаются жирные пятна,
а наши пальцы всегда есть… как бы, да…
то в этом месте гораздо хуже теплоотдача, и лампа галогенная перегорает.
А вот энергосберегающие трогайте сколько хотите.
Для нее очень важно выдерживать определенный температурный режим
на, собственно, поверхности колбы.
Да, абсолютно точно.
И изменять этот температурный режим, в частности нанеся туда жировой слой,
ни в коем случае нельзя.
Господа, давайте не будем ругаться на новую цивилизацию.
Давайте примем ее как она есть.
Но не будем хватать руками, так сказать, полезные приборы.
Осторожно будем с ними обращаться.
Вот. Ну, давайте вернемся к энергосберегающим лампам.
Значит, все хорошо с ними, одна проблема – ртуть.
Т.е. фактически могут в принципе потенциально возникнуть экологические проблемы,
если эта лампа разбивается потому, что пары ртути выходят, а это яд.
Ну и последняя технология, о которой мы должны сказать,
технология лампочек, это светодиоды, да.
Когда на полупроводниковых контактах – p-n-переход –
происходит фактически регенерация,
ну, электроны попадают в дырки, или рекомбинация.
Там совершенно другой механизм получения
электромагнитного излучения видимого диапазона.
Там не нужны высокие температуры.
Там все происходит при нормальных, так сказать,
привычных нам комнатных температурах.
Другой механизм получения и практически вся энергия светодиодных ламп
Идет в свет.
идет в видимый диапазон. Да, совершенно верно.
Т.е. там минимален расход на пустое…
На обогрев.
Да, на пустое обогревание.
И кроме того светодиодные лампы еще по целому ряду параметров хороши:
там нет стекла, что тоже на самом деле хорошо.
Да, их труднее разбить и сломать.
Их труднее сломать, их труднее разбить,
а время жизни светодиодных ламп, я боюсь это сказать,
составляет 100-150 лет, вот столько времени она должна работать.
Теоритически должна работать. Но надо сперва подождать и убедиться.
Вы знаете, но единственное, что нужно было сделать человечеству –
конечно, придумать технологию – технологию удешевления.
Первые светодиоды стоили очень дорого,
это первые светодиодные лампочки стоили под 1000 долларов.
Сейчас, конечно…
Ну, там еще была еще одна очень важная вещь –
светодиодные лампы работают в определенных довольно узких диапазонах частот.
Поэтому светодиодные лампы, как правило, окрашены.
И первые светодиоды были, вы, наверное, помните, Сергей Евгеньевич…
Синие.
Красные, красные, красные.
А, первые красные, потом синие.
Потом были желтые, зеленые, и последними появились синие.
И только когда последними появились синие,
стало возможно комбинировать все нужные длины волн так,
чтоб в сумме они образовали знакомый нам белый свет.
Белый свет – это сумма все возможных длин волн или, по крайней мере,
представлены все диапазоны волн, желательно синий, зеленый, красный.
Ну, и вот здесь последнее, что мы должны сказать
в связи со светодиодными технологиями – о людях, которые это сделали.
И мы должны упомянуть: фамилию нашего с вами соотечественника –
академика Алфёрова Жореса Ивановича, который придумал гетероструктуры;
японцев, ну я побоюсь тут воспроизвести фамилии, Акасаки, Амано, Накамура.
Они получили в 2014 году Нобелевскую премию
за изобретение удешевления технологии.
Как раз синих светодиодных ламп.
Синих светодиодных ламп.
Светодиодные технологии – это русский инженер Лосев в Нижнем Новгороде,
который придумал первые вот такие…
Сделал первые эти работы. Ну, вот мы поговорили с вами о лампах.
А о других изобретениях давайте продолжим в следующий раз.
Я хотел еще сказать:
чья же у нас все-таки лампа, Андрей Станиславович?
Ильича? Да нет, она не Ильича.
Вы знаете, вот это такое же изобретение, как радио,
где идеи всех использовались всеми.
Вот все эти люди, мы должны всех их перечислить,
Петрова, Деви, Яблочкова, я читаю, чтобы никого не пропустить,
Эдисона, Лодыгина, фон Вельсбаха, ван Лимпта, Шульца, Нойнхоффера, Лосева,
Вавилова, Алферова, Накамура и многих других,
не названных нами изобретателей.
Мы используем то, что дали они человечеству.
Спасибо им всех за это большое! Ну на этом мы за…
Если бы не их лампочка, то вы бы и не прочли ничего,
а вот с лампочкой можете.
Всего доброго, до свидания.
До свидания.
Explore our Catalog
Join for free and get personalized recommendations, updates and offers.
Coursera provides universal access to the world’s best education,
partnering with top universities and organizations to offer courses online.
© 2019 Coursera Inc. All rights reserved.
