Есть еще много других видов электрических схем, но в домашней практике они не используются. Исключение — трасса прохождения кабелей по участку, подвод электричества к дому. Этот тип документа точно понадобится и будет полезным, но это больше план, чем схема.

Базовые изображения и функциональные признаки

Коммутационные устройства (выключатели, контакторы и т.д.) построены на контактах различной механики. Есть замыкающий, размыкающий, переключающий контакты. Замыкающий контакт в нормальном состоянии разомкнут, при переводе его в рабочее состояние цепь замыкается. Размыкающий контакт в нормальном состоянии замкнут, а при определенных условиях он срабатывает, размыкая цепь.

Переключающий контакт бывает двух и трех позиционным. В первом случае работает то одна цепь, то другая. Во втором есть нейтральное положение.

Кроме того, контакты могут выполнять разные функции: контактора, разъединителя, выключателя и т.п. Все они также имеют условное обозначение и наносятся на соответствующие контакты. Есть функции, которые выполняют только подвижные контакты. Они приведены на фото ниже.

Основные функции могут выполнять только неподвижные контакты.

Условные обозначения однолинейных схем

Как уже говорили, на однолинейных схемах указывается только силовая часть: УЗО, автоматы, дифавтоматы, розетки, рубильники, переключатели и т.д. и связи между ними. Обозначения этих условных элементов могут использоваться в схемах электрических щитов.

Основная особенность графических условных обозначений в электросхемах в том, что сходные по принципу действия устройства отличаются какой-то мелочью. Например, автомат (автоматический выключатель) и рубильник отличаются лишь двумя мелкими деталями — наличием/отсутствием прямоугольника на контакте и формой значка на неподвижном контакте, которые отображают функции данных контактов. Контактор от обозначения рубильника отличает только форма значка на неподвижном контакте. Совсем небольшая разница, а устройство и его функции другие. Ко всем этим мелочам надо присматриваться и запоминать.

Также небольшая разница между условными обозначениями УЗО и дифференциального автомата. Она тоже только в функциях подвижных и неподвижных контактов.

Примерно так же обстоит дело и с катушками реле и контакторов. Выглядят они как прямоугольник с небольшими графическими дополнениями.

В данном случае запомнить проще, так как есть довольно серьезные отличия во внешнем виде дополнительных значков. С фотореле так совсем просто — лучи солнца ассоциируются со стрелками. Импульсное реле — тоже довольно легко отличить по характерной форме знака.

Немного проще с лампами и соединениями. Они имеют разные «картинки». Разъемное соединение (типа розетка/вилка или гнездо/штепсель) выглядит как две скобочки, а разборное (типа клеммной колодки) — кружочки. Причем количество пар галочек или кружочков обозначает количество проводов.

Изображение шин и проводов

В любой схеме приличествуют связи и в большинстве своем они выполнены проводами. Некоторые связи представляют собой шины — более мощные проводниковые элементы, от которых могут отходить отводы. Провода обозначаются тонкой линией, а места ответвлений/соединений — точками. Если точек нет — это не соединение, а пересечение (без электрического соединения).

Есть отдельные изображения для шин, но они используются в том случае, если надо графически их отделить от линий связи, проводов и кабелей.

На монтажных схемах часто необходимо обозначить не только как проходит кабель или провод, но и его характеристики или способ укладки. Все это также отображается графически. Для чтения чертежей это тоже необходимая информация.

Как изображают выключатели, переключатели, розетки

На некоторые виды этого оборудования утвержденных стандартами изображений нет. Так, без обозначения остались диммеры (светорегуляторы) и кнопочные выключатели.

Зато все другие типы выключателей имеют свои условные обозначения в электрических схемах. Они бывают открытой и скрытой установки, соответственно, групп значков тоже две. Различие — положение черты на изображении клавиши. Чтобы на схеме понимать о каком именно типе выключателя идет речь, это надо помнить.

Есть отдельные обозначения для двухклавишных и трехклавшных выключателей. В документации они называются «сдвоенные» и «строенные» соответственно. Есть отличия и для корпусов с разной степенью защиты. В помещения с нормальными условиями эксплуатации ставят выключатели с IP20, может до IP23. Во влажных комнатах (ванная комната, бассейн) или на улице степень защиты должна быть не ниже IP44. Их изображения отличаются тем, что кружки закрашены. Так что их отличить просто.

Есть отдельные изображения для переключателей. Это выключатели, которые позволяют управлять включением/выключением света из двух точек (есть и из трех, но без стандартных изображений).

В обозначениях розеток и розеточных групп наблюдается та же тенденция: есть одинарные, сдвоенные розетки, есть группы из нескольких штук. Изделия для помещений с нормальными условиями эксплуатации (IP от 20 до 23) имеют неокрашенную середину, для влажных с корпусом повышенной защиты (IP44 и выше) середина тонируется темным цветом.

Условные обозначения в электрических схемах: розетки разного типа установки (открытого, скрытого)

Поняв логику обозначения и запомнив некоторые исходные данные (чем отличается условное изображение розетки открытой и скрытой установки, например), через некоторое время вы уверенно сможете ориентироваться в чертежах и схемах.

Светильники на схемах

В этом разделе описаны условные обозначения в электрических схемах различных ламп и светильников. Тут ситуация с обозначениями новой элементной базы лучше: есть даже знаки для светодиодных ламп и светильников, компактных люминесцентных ламп (экономок). Неплохо также что изображения ламп разного типа значительно отличаются — перепутать сложно. Например, светильники с лампами накаливания изображают в виде кружка, с длинными линейными люминесцентными — длинного узкого прямоугольника. Не очень велика разница в изображении линейной лампы люминесцентного типа и светодиодного — только черточки на концах — но и тут можно запомнить.

В стандарте есть даже условные обозначения в электрических схемах для потолочного и подвесного светильника (патрона). Они тоже имеют довольно необычную форму — круги малого диаметра с черточками. В общем, в этом разделе ориентироваться легче чем в других.

Элементы принципиальных электрических схем

Принципиальные схемы устройств содержат другую элементную базу. Линии связи, клеммы, разъемы, лампочки изображаются также, но, кроме того, присутствует большое количество радиоэлементов: резисторов, емкостей, предохранителей, диодов, тиристоров, светодиодов. Большая часть условных обозначений в электрических схемах этой элементной базы приведена на рисунках ниже.

Более редкие придется искать отдельно. Но в большинство схем содержит эти элементы.

Буквенные условные обозначения в электрических схемах

Кроме графических изображений элементы на схемах подписываются. Это также помогает читать схемы. Рядом с буквенным обозначением элемента часто стоит его порядковый номер. Это сделано для того чтобы потом легко было найти в спецификации тип и параметры.

В таблице выше приведены международные обозначения. Есть и отечественный стандарт — ГОСТ 7624-55. Выдержки оттуда с таблице ниже.

Если Вы когда-либо задумывались о дизайнерском ремонте, то наверняка Вас уведомляли о том, что будут создаваться инженерные планы помещений. В этой технической документации обозначения светодиодных светильников на чертежах по ГОСТу выполняется согласно существующим стандартам и нормам, однако человек, который не имеет технического образования, не сможет разобраться в подобной «карте».

На самом деле в этом процессе нет ничего сложного, но следует лишь найти перечень условных обозначений, которые используются на сегодняшний день. Конечно, документация и формат ГОСТ пересматривается время от времени, но он не изменяется кардинально, лишь дополняется.

Актуальность использования чертежей

При планировании ремонта создания чертежа с обозначениями светильников по ГОСТу многим заказчикам кажется пустой тратой денежных средств и времени, так как строительные работы можно выполнять и без данного документа. Конечно, в прошлом все именно так и было, однако с течением времени ситуация постепенно изменяется.

Одной из основных проблем становится повышающаяся сложность инфраструктуры. Сегодня строители и мастера вынуждены прятать огромное количество проводов, кабелей и проводки в стены и полы, чтобы запитать всю используемую электронику. На чертежах по ГОСТу обозначается каждый провод и прочие элементы, чтобы в случае необходимости проведения дополнительных работ не повредить что-либо важное. Необходимо знать обозначение светильников, чтобы уметь читать подобные планы.

Более того, использование знаков обозначения лампы или люстры позволяет значительно ускорить проведения работ, так как прорабу не нужно принимать какое-либо решение о размещении осветительных приборов – все было решено заранее профильным специалистом. В таком случае шанс ошибки значительно снижается, что предупреждает ненужные финансовые потери.

Стоит понимать, что на т ерритории каждой страны существует свой отдельный ГОСТ, даже у стран бывшего СССР и СНГ. По этой причине невозможно скачать из сети Интернет первый попавшийся перечень проектов с маркировками и использовать ее – строитель может попросту не понять ее. Тем не менее, зачастую используется единый перечень знаков и символов, но требования различаются правилами оформления и прочими подобными мелочами.

Как «прочитать» схему освещения по ГОСТу?

Итак, если Вы решили разобраться в представленной Вам технической документации, то следует удостовериться в том, что выполняется некоторое количество важных пунктов. В первую очередь стоит помнить, что все размер по ГОСТу указываются в миллиметрах, что сначала пугает многих людей, которые не сталкивались с подобной системой.

Более того, если Вы не имеете необходимого опыта, то следует знать примерную схему помещения. Если это Ваш дом, комната или жилище, то с этим у Вас проблем не должно возникнуть. В противном случае рекомендуется попытаться отыскать фотографии, чтобы иметь ассоциацию. Крайне непросто представить дизайн будущего помещения лишь по одному плану.

Как упоминалось ранее, условных обозначений для внутреннего освещения действительно немало – существуют специальные символы даже для отдельных типов осветительных приборов, что затрудняет чтение. На территории Российской Федерации часто используются условные обозначения светильников, которые представлены на следующей иллюстрации.

Если дизайнер или проектировщик желает использовать альтернативные обозначения, то они указаны в специальном справочном разделе, который обычно представлен на последних страницах плана или в приложении.

1. Найти условные обозначения;
2. Совместить план с расположением помещения в пространстве;
3. Постараться визуально представить комнату и размещение светильников.

В целом, планирование по ГОСТу было создано таким образом, чтобы каждый желающий смог разобраться в данном процессе. Будьте уверенны, что уже вскоре у Вас получится понять представленный чертеж, а в случае необходимости и вносить требуемые изменения.

Любые электрические цепи могут быть представлены в виде чертежей (принципиальных и монтажных схем), оформление которых должно соответствовать стандартам ЕСКД. Эти нормы распространяются как на схемы электропроводки или силовых цепей, так и электронные приборы. Соответственно, чтобы «читать» такие документы, необходимо понимать условные обозначения в электрических схемах.

Нормативные документы

Учитывая большое количество электроэлементов, для их буквенно-цифровых (далее БО) и условно графических обозначений (УГО) был разработан ряд нормативных документов исключающих разночтение. Ниже представлена таблица, в которой представлены основные стандарты.

Таблица 1. Нормативы графического обозначения отдельных элементов в монтажных и принципиальных электрических схемах.

Следует учитывать, что элементная база со временем меняется, соответственно вносятся изменения и в нормативные документы, правда это процесс более инертен. Приведем простой пример, УЗО и дифавтоматы широко эксплуатируются в России уже более десятка лет, но единого стандарта по нормам ГОСТ 2.755-87 для этих устройств до сих пор нет, в отличие от автоматических выключателей. Вполне возможно, в ближайшее время это вопрос будет урегулирован. Чтобы быть в курсе подобных нововведений, профессионалы отслеживают изменения в нормативных документах, любителям это делать не обязательно, достаточно знать расшифровку основных обозначений.

Виды электрических схем

В соответствии с нормами ЕСКД под схемами подразумеваются графические документы, на которых при помощи принятых обозначений отображаются основные элементы или узлы конструкции, а также объединяющие их связи. Согласно принятой классификации различают десять видов схем, из которых в электротехнике, чаще всего, используется три:

Если на схеме отображается только силовая часть установки, то она называется однолинейной, если приведены все элементы, то – полной.

Если на чертеже отображается проводка квартиры, то места расположения осветительных приборов, розеток и другого оборудования указываются на плане. Иногда можно услышать, как такой документ называют схемой электроснабжения, это неверно, поскольку последняя отображает способ подключения потребителей к подстанции или другому источнику питания.

Разобравшись с электрическими схемами, можем переходить к обозначениям указанных на них элементов.

Графические обозначения

Для каждого типа графического документа предусмотрены свои обозначения, регулируемые соответствующими нормативными документами. Приведем в качестве примера основные графические обозначения для разных видов электрических схем.

Примеры УГО в функциональных схемах

Ниже представлен рисунок с изображением основных узлов систем автоматизации.

Описание обозначений:

• А – Основные (1) и допускаемые (2) изображения приборов, которые устанавливаются за пределами электрощита или распределительной коробки.
• В – Тоже самое, что и пункт А, за исключением того, что элементы располагаются на пульте или электрощите.
• С – Отображение исполнительных механизмов (ИМ).
• D – Влияние ИМ на регулирующий орган (далее РО) при отключении питания:

1. Происходит открытие РО
2. Закрытие РО
3. Положение РО остается неизменным.

• Е – ИМ, на который дополнительно установлен ручной привод. Данный символ может использоваться для любых положений РО, указанных в пункте D.
• F- Принятые отображения линий связи:

1. Общее.
2. Отсутствует соединение при пересечении.
3. Наличие соединения при пересечении.

УГО в однолинейных и полных электросхемах

Для данных схем существует несколько групп условных обозначений, приведем наиболее распространенные из них. Для получения полной информации необходимо обратиться к нормативным документам, номера государственных стандартов будут приведены для каждой группы.

Источники питания.

Для их обозначения приняты символы, приведенные на рисунке ниже.

Описание обозначений:

• A – источник с постоянным напряжением, его полярность обозначается символами «+» и «-».
• В – значок электричества, отображающий переменное напряжение.
• С – символ переменного и постоянного напряжения, используется в тех случаях, когда устройство может быть запитано от любого из этих источников.
• D – Отображение аккумуляторного или гальванического источника питания.
• E- Символ батареи, состоящей из нескольких элементов питания.

Линии связи

Базовые элементы электрических соединителей представлены ниже.

Описание обозначений:

• А – Общее отображение, принятое для различных видов электрических связей.
• В – Токоведущая или заземляющая шина.
• С – Обозначение экранирования, может быть электростатическим (помечается символом «Е») или электромагнитным («М»).
• D – Символ заземления.
• E – Электрическая связь с корпусом прибора.
• F – На сложных схемах, из нескольких составных частей, таким образом обозначается обрыв связи, в таких случаях «Х» это информация о том, где будет продолжена линия (как правило, указывается номер элемента).
• G – Пересечение с отсутствием соединения.
• H – Соединение в месте пересечения.
• I – Ответвления.

Обозначения электромеханических приборов и контактных соединений

Примеры обозначения магнитных пускателей, реле, а также контактов коммуникационных устройств, можно посмотреть ниже.

Описание обозначений:

• А – символ катушки электромеханического прибора (реле, магнитный пускатель и т.д.).
• В – УГО воспринимающей части электротепловой защиты.
• С – отображение катушки устройства с механической блокировкой.
• D – контакты коммутационных приборов:

1. Замыкающие.
2. Размыкающие.
3. Переключающие.

• Е – Символ для обозначения ручных выключателей (кнопок).
• F – Групповой выключатель (рубильник).

УГО электромашин

Приведем несколько примеров, отображения электрических машин (далее ЭМ) в соответствии с действующим стандартом.

Описание обозначений:

• A – трехфазные ЭМ:

1. Асинхронные (ротор короткозамкнутый).
2. Тоже, что и пункт 1, только в двухскоростном исполнении.
3. Асинхронные ЭМ с фазным исполнением ротора.
4. Синхронные двигатели и генераторы.

• B – Коллекторные, с питанием от постоянного тока:

1. ЭМ с возбуждением на постоянном магните.
2. ЭМ с катушкой возбуждения.

УГО трансформаторов и дросселей

С примерами графических обозначений данных устройств можно ознакомиться на представленном ниже рисунке.

Описание обозначений:

• А – Данным графическим символом могут быть обозначены катушки индуктивности или обмотки трансформаторов.
• В – Дроссель, у которого имеется ферримагнитный сердечник (магнитопровод).
• С – Отображение двухкатушечного трансформатора.
• D – Устройство с тремя катушками.
• Е – Символ автотрансформатора.
• F – Графическое отображение ТТ (трансформатора тока).

Обозначение измерительных приборов и радиодеталей

Краткий обзор УГО данных электронных компонентов показан ниже. Тем, кто хочет более широко ознакомиться с этой информацией рекомендуем просмотреть ГОСТы 2.729 68 и 2.730 73.

Описание обозначений:

1. Счетчик электроэнергии.
2. Изображение амперметра.
3. Прибор для измерения напряжения сети.
4. Термодатчик.
5. Резистор с постоянным номиналом.
6. Переменный резистор.
7. Конденсатор (общее обозначение).
8. Электролитическая емкость.
9. Обозначение диода.
10. Светодиод.
11. Изображение диодной оптопары.
12. УГО транзистора (в данном случае npn).
13. Обозначение предохранителя.

УГО осветительных приборов

Рассмотрим, как на принципиальной схеме отображаются электрические лампы.

Описание обозначений:

• А – Общее изображение ламп накаливания (ЛН).
• В – ЛН в качестве сигнализатора.
• С – Типовое обозначение газоразрядных ламп.
• D – Газоразрядный источник света повышенного давления (на рисунке приведен пример исполнения с двумя электродами)

Обозначение элементов в монтажной схеме электропроводки

Завершая тему графических обозначений, приведем примеры отображения розеток и выключателей.

Как изображаются розетки других типов, несложной найти в нормативных документах, которые доступны в сети.

Обозначение светильников на чертежах. Условные обозначения светильников на плане освещения

Во время ремонта в помещении крайне важно все оформить, отталкиваясь от собственных предпочтений, подбирать удобную мебель, красивые отделочные материалы, но и немаловажно правильно спланировать освещение в той или иной комнате. Тут дело не только в дизайне осветительного оборудования, но и в его расположении.

Одна единственная люстра, расположенная в центре комнаты, уже давно не привлекает никого. На текущий день имеется множество вариантов размещения осветительного оборудования, либо это может быть многоуровневая конструкция, либо комбинация из нескольких приборов, объединенных в одну систему. В интернет сети имеется немало информации касательно расположения светильников в помещении, и перед выбором и установкой рекомендуется ознакомиться с подобной информацией.

Стоит понимать, что еще на начальном этапе ремонтных работ стоит думать о том, где лучше расположить розетки, выключатели. После составления плана стоит переходить непосредственно к прокладке электрической проводки. В целом процесс довольно трудоемкий, потому как следует продумать массу мелких деталей и не забывать о расположении мебели.

После установки ничего не должно мешать использованию, то есть выключатель или розетка не пригодится за шкафом, светильник рядом с телевизором или торшер на проходе. Так что все нужно детально продумать. В таком случае специалисты рекомендуют составить проект, и нанести обозначение светильников на плане освещения. Также потребуется и план расположения мебели, чтобы не возникло трудностей.

Обозначение светильников по ГОСТ

Каждый человек, который сталкивался с дизайнерским ремонтом или хотя бы задумывался о нем, слышал, что нужно создавать инженерный план помещения. Данная техническая документация требуется для того чтобы выполнить обозначение светильников на чертежах согласно государственным стандартам. Но доверять такую работу стоит исключительно профессионалам, так как человек без технического образования вряд ли сможет провести обозначение светильников на чертежах правильно, и в соответствии с требованиями.

Конечно, на первый вид процедура не отличается сложностью, ведь всего-то необходимо найти перечень условных обозначений, который на данный момент являются актуальными. Разумеется, с каждым годом вносятся коррективы в документацию, но кардинально ничего не меняется, вносятся дополнения, и это стоит учитывать.

Во время ремонта в помещении для того чтобы провести обозначение светильников на чертежах многие заказчики не прибегают к сторонней помощи, а предпочитают выполнять работу самостоятельно, так как считают процесс пустой тратой, как денежных средств, так и времени. Это в корне неверный подход, строительные работы стоит выполнять в строгом соответствии с технической документацией. Если ранее без такого чертежа работу проводили безо всяких проблем, то теперь все меняется.

Это связанно с тем, что изменяется инфраструктура, она становится более сложной. То есть специалисту нужно спрятать огромное количество электрической проводки и кабелей, как в стену, так и в пол. В противном же случае использовать всю имеющуюся в доме электронику не удастся. Так вот что касается непосредственно чертежей, то на них отмечается абсолютно каждый кабель и дополнительный элемент, это нужно, чтобы при дополнительных работах не повредить проводку.

Использование условных обозначений дает возможность проводить работы гораздо быстрее. Это связанно с тем, что прорабу нет никакой необходимости долго размышлять над расположением того или иного прибора, план находится прямо перед глазами, и всего-то нужно его придерживаться. В такой ситуации с большой долей вероятности работа пройдет без промедлений и ошибок, а это предотвратит дополнительные затраты.

Как «прочитать» схему освещения

Если клиент хочет самостоятельно разобраться в технической документации, то для начала стоит убедиться в том, что выполняется определенное количество основных, наиболее важных пунктов. В первую очередь стоит понимать, что все размеры в документации, согласно стандартам указываются в миллиметрах. Если же клиент ранее не сталкивался с такой ситуацией, то это его вполне может напугать.

Также при отсутствии опыта в данном вопросе, нужно хотя бы знать примерную схему помещения. Разумеется, в своей квартире или доме проблем в данном вопросе не возникнет. В другом же случае нужно более детально изучить вопрос. В любом случае представить дизайн будущего помещения, имея перед глазами один единственный план весьма сложно.

Как уже говорилось выше обозначение светильников на чертежах, это весьма ответственный процесс, который требует немало внимания. В первую очередь это связано с тем, что на сегодняшний день имеется довольно много условных обозначений для внутреннего освещения. Это могут быть даже специальные символы для определенной категории осветительного оборудования. А это довольно сильно затрудняет чтение схемы.

Обозначение аварийного светильника

В любой схеме аварийное осветительное оборудование обозначается красным цветом, а над ним указывается буква А. Само оборудование чаще всего маркируется А, окрашенной в красный цвет, но только если по конструкции оборудование не отличается от обычных светильников.

В некоторых случаях аварийное освещение совмещается со стандартным светильником, и выступает в качестве рабочего освещения, то и в таком случае требуется маркировка А, в красном цвете. В общем, аварийный светильник нужно отличать.

Составляем план освещения

При составлении плана в первую очередь потребуется чертеж квартиры или дома. Важно ознакомиться и с условными обозначениями.

Руководствуясь имеющимся планом с обозначением светильников на чертежах нужно создать подробную схему размещения осветительного оборудования с учетом каждого отдельного светильника, целой сети и в расчет стоит брать приборы контроля и управления освещением.

После того, как каждый осветительный прибор был вынесен на чертеж, нужно указать расстояние от него до ближайшей стены. После этого стоит приступать к нанесению выключателей на план.

И при этом стоит внести и обозначения, то есть, какой выключатель привязан к тому или иному светильнику. Тут уже для простоты стоит использовать цифры. Ну и в завершении стоит нанести розетки.

Похожие материалы на сайте:

Понравилась статья — поделись с друзьями!

Маркировка и обозначение автомобильных ламп

Чтобы правильно подобрать и купить автомобильную лампу, необходимо расфифровать ее обозначения и точно знать:

• цоколь лампы
• ее напряжение (измеряется в вольтах В, V)
• мощность автолампы (Вт, W)

Знания только типа лампы (международного обозначения) для правильного подбора светового прибора бывает не достаточно. Например, к типу h5 12V 60/55W относится сразу две лампы:

Например,  для ламп ближнего света в ВАЗ 2110 характерны такие параметры: цокль P14,5s, напряжение -12 В, мощность — 55Вт. Тип лампы Н1.
Мощность ламп может быть стандартная, заданная изготовителем авто, (в данном случае это 55W и повышенная — 100W). Лампы поышенной мощности светят ярче, но и сгорают быстрее, дают дополнительную нагрузку на электроузлы транспортного средства. Поэтому, часто рекомендуют покупать лампы стандартной мощности, но повышеной светоотдачи.

Наши специалисты помогут сформировать заказ автоламп исходя из приоритетных для оптового покупателя параметров:
цена автоламп, срок службы, популярность моделей (наиболее «ходовые» и редко спрашиваемые виды ламп).

Наши специалисты помогут сформировать заказ автоламп исходя из приоритетных для оптового покупателя параметров:

Что означают цифры и буквы в обозначении  лампы. Структура маркировки автомобильной лампы:

Российская схема обозначения — АХХ-Х-Х(Х), где первые 1-3 знака буквы, например: АКГ12-60+55 или А24-1, где,

• А — автомобильная; 
• КГ — кварцевая галогенная;
• МН — миниатюрная;
• С — софитная; 

так, АКГ —  автомобильная кварцево галогенная лампа, а АМН — автомобильная миниатюрная лампа

Буквенные коды международных обозачений: 

• H — halogen, галогенная лампа;
• Т  —  миниатюрная цокольная лампа, цоколь выполнен совместно с колбой, диаметр 5/8 дюйма (T4W)
• R – лампа с металлическим цоколем 15 мм и колбой в 19 мм. (R 5W) 
• R2 — металлический цоколь, диамтер колбы 40 мм. (Фарные лампы накаливания)
• P —  металлический цоколь 15-мм, диаметром колбы до 26,5 мм. (P21W) 
• SV (С) – софитная лампа, цоколь — с двух сторон, Как правило, применяется для подсветки салона, подсветки номерного знака. (С5W SV8,5  — диаметр цоколя 8,5 мм)
• BА — лампа штифтового типа, в которой каждый штифт расположен симметрично относительно других.
• BAY – штифтовая лампа, в которой  один из штифтов смещен по высоте.
• BAZ – штифтовая лампа со смещенным штифтом по высоте и радиусу.
• W – стеклянный цоколь (W5W)
• Y — стоящая за первым символом, означает оранжевый цвет колбы (PY21W) 

далее указывается номинальное напряжение в вольтах (В, V) : 6; 12; 24;

• номинальная мощность, Вт,W : 1; 1,2; 2; 3; 4; 5; 10; 21; 40; 50; 55; 60; 70; 100; 110 (при наличии двух нитей накала мощность указывается для каждой нити накала через дробь)   
• последняя цифра — отличительная особенность от базовой модели (1-3)

9. Электронные лампы, ионные приборы, источники света — Условные графические обозначения на электрических схемах — Компоненты — Инструкции

 Электронными лампами называют большую группу приборов, действие которых основано на использовании электрических явлений в вакууме. Буквенный код электровакуумных приборов — VL. Рядом с позиционным обозначением прибора, как правило, указывают его тип.

 
 Обязательный элемент большинства электровакуумных приборов — баллон, чаще всего стеклянный. Однако он может быть и металлическим, керамическим, металлокерамическим и др. На принципиальных схемах баллон изображают в виде окружности или овала [6].

 
 В простейшей лампе — диоде — всего два электрода: катод и анод. Первый служит для эмиссии электронов, второй —для их сбора.

 Различают катоды прямого накала (электроны испускает сама раскаленная током нить накала) и косвенного (электроны эмитирует подогреваемый нитью накала и изолированный от нее специальный электрод). В УГО электронных ламп катод прямого накала и подогреватель катода косвенного накала изображают одинаково — маленькой дужкой с параллельными линиями-выводами от концов (рис. 9.1, VL1, VL2), катод косвенного накала — дужкой несколько большего радиуса с одним выводом, анод — короткой черточкой с линией-выводом от середины.

 
 В электронных лампах, предназначенных для усиления, генерирования и преобразования электрических колебаний, кроме катода и анода, имеются электроды, называемые сетками. Единственная в лампе или первая (ближайшая к катоду) сетка обычно называется управляющей.  Изменяя ее  потенциал по отношению к катоду, можно управлять потоком электронов, летящих к аноду. Вторая — экранирующая (она, в частности, выполняет функции электростатического экрана, уменьшающего проходную ёмкость), третья — антидинатронная или защитная (собирает «вторичные» электроны, выбитые из анода). На схемах сетки изображают штриховыми линиями, перпендикулярными оси, проходящей через символы катода и анода (см. рис. 9.1,VL2—VL4).

 Иногда внутреннюю часть баллона покрывают электропроводящим слоем, предохраняющим лампу от воздействия внешних электрических полей или экранирующим ее собственное поле. На схемах такой экран обычно изображают штриховой дугой с линией-выводом без точки (рис. 9.2, а) или с точкой (рис. 9.2, б). Наружный экран (обычно съемный) обозначают аналогично, но за пределами символа баллона (рис. 9.2, в, г). Если же экраном служит сам металлический баллон, его изображают так, как показано на рис. 9.2, д.

 
 Часто в одном баллоне размещают несколько электронных ламп (рис. 9.3, VL1). Входящие в такую комбинированную лампу приборы иногда используют в разных каскадах радиоэлектронного устройства, поэтому и на схемах их приходится изображать отдельно и далеко друг от друга. Чтобы не спутать УГО частей такой лампы с символами самостоятельных приборов, их баллоны вычерчивают не полностью, а принадлежность к электронному прибору показывают в позиционном обозначении (см. рис. 9.3, VL2.1, VL2.2). Общий подогреватель изображают в этом случае в одной из частей.

 
 Для удобства монтажа возле символов электродов на схемах обычно указывают цифры, обозначающие условные номера выводов на цоколе лампы.

 
 Условные графические обозначения электронно-лучевых трубок (ЭЛТ) существенно отличаются от рассмотренных. Общим для них является только символ подогревного катода. Все остальное, начиная с формы УГО баллона, отражает специфику этой группы приборов.

 Символ баллона ЭЛТ упрощенно воспроизводит ее форму (рис. 9.4). Графическое обозначение подогревного катода помещают в торце его узкой части, остальных электродов — в определенной последовательности по обе стороны от оси симметрии. Первым после катода изображают управляющий электрод — модулятор. Символ модулятора также напоминает его устройство в осевом сечении. Далее следуют УГО ускоряющего и фокусирующего электродов, называемых также анодами (соответственно 1-й и 2-й). Обозначают их одинаково — двумя штрихами, к одному из которых присоединена линия-вывод. Имеющийся в некоторых ЭЛТ 3-й анод изображают двумя расходящимися линиями.

 
 Для отклонения электронного луча в вертикальном и горизонтальном направлениях в осциллографических ЭЛТ обычно используют две пары пластин, расположенных перпендикулярно одна другой. УГО осциллографиче-ской трубки с электростатическим отклонением и фокусировкой луча показано на рис. 9.4 (VL1).

 
 Фокусировать электронный луч можно также с помощью постоянного магнита или электромагнита. На схемах это показывают символом первого (упрощенно воспроизводят форму подковообразного магнита) или второго (электромагнит в подобном случае изображают как катушку индуктивности, состоящую из трех полуокружностей), помещенным с наружной стороны контура баллона напротив места, отведенного для символа фокусирующего электрода (см. рис. 9.4, VL2).

 
 В телевизионных ЭЛТ (кинескопах) магниты и электромагниты используют и для отклонения луча. Кадровые и строчные катушки отклоняющих систем обозначают одинаково — в виде катушек из двух полуокружностей, расположенных напротив того места, где в ЭЛТ с электростатическим отклонением луча изображают отклоняющие пластины. В качестве примера на рис. 9.4 (VL3) показано УГО типичного черно-белого кинескопа с электростатической фокусировкой и электромагнитным отклонением луча. УГО цветного кинескопа, содержащего тройной комплект катодов косвенного накала, модуляторов и ускоряющих электродов, строят аналогично, увеличив символ баллона до нужного размера (см. рис. 9.4, VL4).

 
 В отличие от электровакуумных, баллоны ионных приборов заполнены каким-либо газом. Наличие его показывают жирной точкой, помещаемой обычно в правой части символа баллона.

 В ионных приборах часто применяют так называемые холодные катоды (эмиссия электронов из них происходит под действием ионов газа), изображаемые на схемах небольшим кружком с линией-выводом. Такие катоды в виде стилизованных арабских цифр или букв и знаков используются в газоразрядных индикаторах (буквенный код — HG). Условное графическое обозначение газоразрядного индикатора (рис. 9.5, HG1) состоят из символа баллона, анода и определенного числа холодных катодов, рядом с которыми указаны соответствующие цифры. В целях упрощения допускается изображать не все катоды, а только первые два и последний, заменяя отсутствующие штриховой линией.
Электроды неоновых ламп (их чаще всего используют в качестве световых индикаторов) при работе в цепях переменного тока попеременно выполняют функции холодного катода и анода (в зависимости от направления тока). Такие комбинированные электроды обозначают символом, совмещающим в себе характерные черты как того, так и другого (см. рис. 9.5, HL1).

 
 Из других источников света часто приходятся иметь дело с лампами накаливания и газоразрядными импульсными лампами (их применяют, например, в фотовспышках, устройствах иллюминации и т. п.). Лампы накаливания изображают на схемах в виде перечеркнутого крест-накрест кружка, символизирующего ее баллон, с двумя выводами (рис. 9.6) [7]. В зависимости от выполняемой функции такой источник света обозначают либо буквами EL (осветительная лампа), либо HL (индикаторная). 

 В связи с введением знаков спектрального состава излучения лампы накаливания стали изображать несколько иначе (рис. 9.6,EL1). Здесь прямой крестик в центре символа баллона говорит о том, что это — источник видимого излучения. Невидимое, например, инфракрасное излучение обозначают косым крестом и латинскими буквами IR {Infra-Red — инфракрасный). Именно такой источник изображен на рис. 9.6 под позиционным обозначением E1.

 
 Условные графические обозначения газоразрядных импульсных ламп строят из  символов  баллона,   анода,  холодного катода (или комбинированного электрода) и поджигающего электрода (линия с изломом на конце). Кроме того, в центре баллона помещают знак спектра излучения, а справа от него — одну-три точки, обозначающие в данном случае не только газовое наполнение, но и давление (одна точка — низкое, две — высокое, три — сверхвысокое). Характер излучения показывают знаком, упрощенно воспроизводящим осциллограмму импульса. Для примера на рис. 9.6 изображено УГО импульсной газоразрядной лампы низкого давления с простыми электродами и внешним поджигом (EL2), и подобного прибора высокого давления с комбинированными электродами и внутренним поджигом (EL3).

Типы цоколей ламп — как разобраться в маркировке

Цоколь — это элемент конструкции лампы, соединяющий ее с патроном. Возникает встречный вопрос: «А что такое патрон?». Патрон — это то устройство, с помощью которого лампочка подсоединяется к электросети. Для его изготовления используют термостойкую пластмассу или керамику.

Патроны в светильниках имеют различную конструкцию. Следовательно, и цоколи у ламп тоже должны быть разными. Чтобы не ошибиться в выборе лампы, нужно разбираться в маркировке цоколей.

Маркировка цоколей осветительных ламп

В маркировке цоколя используется обычно три знака. Они означают следующее:

1. Тип цоколя.
Обозначается одной из заглавных латинских букв.
Для обозначения используются следующие буквы:

2. Цифры (одна или две).
В зависимости от конструкции цоколя они могут показывать или его диаметр, или расстояние между соединительными штырьками в миллиметрах.

3. Количество контактных штырьков или пластин.
Для их обозначения используют буквы из латинского алфавита (их строчное написание).
Соотношение между буквами и количеством штырьков следующее:

• s — 1 штырёк
• d — 2 штырька
•  t — 3 штырька
• q — 4 штырька
• p — 5 штырьков

4. Иногда после строчных латинских букв идут цифры, указывающие длину лампы в миллиметрах.

Например, маркировка R7s118 означает, что это цоколь, имеющий один утопленный контакт диаметром 7 миллиметров в лампе длиной 118 миллиметров.

5. Кроме этой маркировки для обозначения специальных типов цоколей существуют дополнительные знаки.

Так цоколи ксеноновых ламп обозначаются заглавной латинской буквой «H». За ней идут цифры, обозначающие модификацию лампы.

Цоколь, имеющий кабельное соединение, маркируется буквой «K».

У ламп с цоколем типа «W» соединение с патроном происходит непосредственно через расположенные на основании вводы. Цифрами обозначается:

• толщина стеклянной части с токовым вводом
• после знака умножения следует значение ширины цоколя

Все цифровые обозначения указываются в миллиметрах.

Выбирая лампу для конкретного светильника, нужно обращать внимание не только на цоколь, но и на её размеры, схему включения, напряжение сети. Надеюсь, эта небольшая инструкция поможет правильно сориентироваться с цоколем. Удачных покупок!

***

Недавно задумался о том, как делать лестницу на второй этаж и не обдумать ли вариант про комплектные лестницы для дома. Правда, есть хорошие балки уже — стоит ли теперь тратить дополнительные деньги, которые можно было бы пустить на кучу хороших лампочек?:)

Цоколи бывают разные: классификация цоколей автомобильных ламп

Поскольку оптика играет важную роль в обеспечении безопасности водителя за рулем, в последнее время на рынке стало появляться множество различных вариантов лампочек. В зависимости от производителя и назначения, они могут светиться разным цветом, а также могут быть разными по типам. В этой статье мы расскажем, какие бывают безцокольные и цокольные лампочки для авто и чем они отличаются между собой.

Понятие и функция цоколя

Цоколь является неотъемлемым элементом любой автолампы, предназначенный для надежной фиксации устройства в патроне. Этот компонент позволяет обеспечить передачу напряжения для осуществления питания устройства по контактам. В зависимости от вида, цоколи автомобильных ламп могут иметь газ, который позволяет предотвратить возможную утечку напряжения. Что касается основных контактов, то это так называемые лепестки, площадки, а также специальные проволочные штыри. Кроме того, данный компонент позволяет обеспечить более надежную герметизацию колбы от контакта с различными внешними раздражителями.

Два светодиода для машины

Отдельно нужно сказать о светодиодах. В случае со светодиодами ситуация немного другая — герметичность конструкции не требуется. Так что в светодиодах цоколевка не выполняет эту роль. На сегодняшний день светодиоды являются одним из наиболее популярных вариантов источников освещения.

Классификация, типы и обозначение

Какие бывают типы цоколей автомобильных ламп и чем они отличаются между собой? Ответы на эти вопросы вы найдете ниже.

Разновидности европейских и отечественных ламп

На территории России до сих пор выпускаются лампочки с цоколями, которым был присвоен ГОСТ еще во времена СССР:

• А — стандартная автолампа;
• АМН — дословная расшифровка — автомобильная миниатюрная лампочка;
• АС — софитный тип устройств;
• АКГ — кварцевая галогенная лампочка.

Разновидности и обозначение элементов

Обычно после этих аббревиатур на цоколевке отмечаются цифры, свидетельствующие о мощности устройства, а также номер разработки. Следует отметить, что такую маркировку вы сможете увидеть только на отечественной продукции. Основной минус таких продуктов — это отсутствие в шифре определенного типа устройства.

Что касается европейских товаров, в данном случае маркировка лампочек осуществляется по стандарту ЕСЕ:

• Т — миниатюрная лампа;
• R — устройство, диаметр цоколевки которого составляет 1.5 см, а размер колбы в данном случае равен 1.9 см;
• Р — деталь, в которой диаметр цоколя равен 1.5 см, а колбы — 2, 65 см;
• W — в данном случае цоколь элемента будет стеклянным;
• Н — галогенка;
• У — если эта буква имеется в маркировке, то это свидетельствует о том, что цвет колбы оранжевый.

Виды лампочек в зависимости от типа цоколя

Необходимо отметить, что виды цоколей могут различаться между собой по маркировке присоединительного компонента. Разновидности соединителей в зависимости от типа позволяют избежать возможного монтажа элемента в другие патроны.

Основные разновидности устройств такие:

• ВА — деталь, оборудованная цоколевкой штифтового типа;
• W — стеклянный компонент, в данном случае проволочные контакты выводятся наружу, этот тип обычно применяется для установки в поворотные огни;
• Р — такая маркировка свидетельствует о наличии фланцевой цоколевки — внутри конструкции расположена линза, предназначенная для направления света в определенную область;
• Е — данный символ предупреждает о том, что устройство имеет резьбовую поверхность, которая сначала использовалась в лампочках накаливания, на данный момент этот тип наиболее популярен среди автомобилистов;
• ВАY — эта комбинация также говорит о цоколевке штифтового типа;
• BAZ — устройство относится к подвиду штифтовых элементов, однако в конструкции должно быть незначительно смещение штифтов;
• G — компонент со штыковой цоколевкой.

Пример обозначения маркировки

Это были рассмотрены наиболее популярные виды, теперь вкратце расскажем о других разновидностях:

1. F — конструкция устройства предусматривает наличие одного штыря.
2. R — в данном случае контакт утоплен. Такой подвид рассчитан на более повышенную мощность, а также он может использоваться в среде с более высокой температурой. Как правило, это обозначение кварцевых и галогенных устройств, поскольку сами по себе они характеризуются небольшой массой и размерами.
3. Т — телефонный тип, однако применяется он для обеспечения освещения в контрольном щитке транспортного средства.
4. b — элемент оборудован рифленый штырем.
5. с — в данном случае штырь будет иметь особую форму.
6. а — цилиндрический тип штыря;
7. S — софитное устройство, в котором цоколевка расположена на одной из сторон трубчатой лампочки. В быту такие детали используются в подсветках, светильниках, но и в автомобильных приборах софитные лампочки — не редкость.
8. К — конструкция устройства подразумевает наличие кабельных соединений (автор видео — канал ПРОСТЫЕ ШТУКИ).

Также следует отметить, что между собой цоколевки могут отличаться не только по виду, но и по различному количеству контактов.

В данном случае маркировка будет следующей:

• s — это значит, что в конструкции используется один контакт;
• d — два контакта;
• t — устройство с тремя контактами;
• q — четыре;
• р — лампочка, в конструкции которой предусмотрено пять контактов.

Чтобы лучше разбираться в обозначении световых компонентов, предлагаем вам также ознакомиться с фотографиями устройств. Не каждый автолюбитель должен знать обо всех видах, тем более, что как видно в статье, разновидностей осветительных устройств достаточно много.

Заключение

Покупая лампочку для своего транспортного средства, мы рекомендуем смотреть не только на виды цоколей и их обозначения, но и обращать внимание на комплектующие компоненты. Все потому, что производителей автоламп сегодня достаточно много. И как показывает практика, многие из них могут производить одну и ту же модель автомобильных лампочек в различных модификациях. Чтобы не столкнуться с проблемой при монтаже элемента, лучше демонтировать старую автолампочку из машины и идти в магазин уже с ней, чтобы правильно подобрать замену.

Видео «Подробная инструкция по замене»

Как произвести самостоятельную замену в домашних условиях — узнайте из видео ниже (автор — канал Andrey Dodonov).

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:

9.6: Электроэнергия и мощность

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

К концу этого раздела вы сможете:

• Выразите электрическую мощность через напряжение и ток
• Опишите мощность, рассеиваемую резистором в электрической цепи
• Расчет энергоэффективности и рентабельности приборов и оборудования

В электрической цепи электрическая энергия непрерывно преобразуется в другие формы энергии.Например, когда в проводнике течет ток, электрическая энергия преобразуется в тепловую энергию внутри проводника. Электрическое поле, создаваемое источником напряжения, ускоряет свободные электроны, увеличивая их кинетическую энергию на короткое время. Эта увеличенная кинетическая энергия преобразуется в тепловую энергию в результате столкновений с ионами решетчатой ​​структуры проводника. Ранее мы определяли мощность как скорость выполнения работы силой, измеряемой в ваттах. Мощность также можно определить как скорость передачи энергии.В этом разделе мы обсуждаем скорость передачи энергии или мощности в электрической цепи.

Мощность в электрических цепях

Мощность ассоциируется у многих с электричеством. На ум могут прийти линии электропередач. Мы также думаем о лампочках с точки зрения их номинальной мощности в ваттах. Каково выражение для электроэнергии ?

Давайте сравним лампу мощностью 25 Вт с лампой мощностью 60 Вт (рисунок \ (\ PageIndex {1a} \)). Лампа на 60 Вт светится ярче, чем лампа на 25 Вт.Хотя это не показано, лампа мощностью 60 Вт также теплее, чем лампа мощностью 25 Вт. Тепло и свет производятся путем преобразования электрической энергии. Кинетическая энергия, теряемая электронами при столкновениях, преобразуется во внутреннюю энергию проводника и излучения. Как напряжение, ток и сопротивление связаны с электроэнергией?

Для расчета электрической мощности рассмотрите разницу напряжений, существующую на материале (рисунок \ (\ PageIndex {2} \)). Электрический потенциал \ (V_1 \) выше, чем электрический потенциал в \ (V_2 \), а разность напряжений отрицательна \ (V = V_2 — V_1 \).Как обсуждалось в разделе «Электрический потенциал», между двумя потенциалами существует электрическое поле, которое указывает от более высокого потенциала к более низкому. Напомним, что электрический потенциал определяется как потенциальная энергия заряда, \ (V = \ Delta U / q \), и заряд \ (\ Delta Q \) теряет потенциальную энергию, перемещаясь через разность потенциалов.

Если заряд положительный, на него действует сила электрического поля \ (\ vec {F} = m \ vec {a} = \ Delta Q \ vec {E} \). Эта сила необходима, чтобы заряд двигался. Эта сила не ускоряет заряд на всем расстоянии \ (\ Delta L \) из-за взаимодействия заряда с атомами и свободными электронами в материале. Скорость и, следовательно, кинетическая энергия заряда не увеличиваются в течение всего пути через \ (\ Delta L \), а заряд, проходящий через область \ (A_2 \), имеет ту же скорость дрейфа \ (v_d \), что и заряд, который проходит через область \ (A_1 \).Однако с зарядом работает электрическое поле, которое изменяет потенциальную энергию. Поскольку изменение разности электрических потенциалов отрицательное, электрическое поле оказывается равным

\ [E = — \ dfrac {(V_2 — V_1)} {\ Delta L} = \ dfrac {V} {\ Delta L}. \]

Работа, совершаемая над зарядом, равна произведению электрической силы на длину приложения силы,

\ [W = F \ Delta L = (\ Delta Q E) \ Delta L = \ left (\ Delta Q \ dfrac {V} {\ Delta L} \ right) \ Delta L = \ Delta Q V = \ Delta U.\]

Заряд движется с дрейфовой скоростью \ (v_d \), поэтому работа, выполняемая над зарядом, приводит к потере потенциальной энергии, но средняя кинетическая энергия остается постоянной. Потерянная электрическая потенциальная энергия проявляется в материале как тепловая энергия. В микроскопическом масштабе передача энергии происходит из-за столкновений между зарядом и молекулами материала, что приводит к повышению температуры в материале. Потеря потенциальной энергии приводит к повышению температуры материала, которая рассеивается в виде излучения.2 / R \), эффект от приложения более высокого напряжения, возможно, больше, чем ожидалось. Таким образом, когда напряжение увеличивается вдвое до лампочки мощностью 25 Вт, ее мощность увеличивается почти в четыре раза и составляет примерно 100 Вт, что приводит к ее перегоранию. Если бы сопротивление лампы оставалось постоянным, ее мощность была бы ровно 100 Вт, но при более высокой температуре ее сопротивление также будет выше.

Пример \ (\ PageIndex {1} \): Расчет мощности в электрических устройствах

Двигатель лебедки постоянного тока рассчитан на 20,00 А при напряжении 115 В. Когда двигатель работает на максимальной мощности, он может поднимать объект весом 4900.00 N на расстояние 10,00 м, за 30,00 с, с постоянной скоростью.

1. Какая мощность потребляет двигатель?
2. С какой силой поднимается объект? Не обращайте внимания на сопротивление воздуха. (c) Предполагая, что разница в мощности, потребляемой двигателем, и мощности, используемой для подъема объекта, рассеивается в виде тепла за счет сопротивления двигателя, оценить сопротивление двигателя?

Стратегия

1. Мощность, потребляемая двигателем, может быть найдена с помощью \ (P = IV \).2 R \).

Решение

1. Мощность, потребляемая двигателем, равна \ (P = IV \), а ток равен 20,00 A, а напряжение составляет 115,00 В: \ [P = IV = (20,00 \, A) 115,00 \, V = 2300.00 \, Вт \]
2. Мощность, используемая для подъема объекта, равна \ (P = Fv \), где сила равна весу объекта (1960 Н), а величина скорости равна \ [v = \ dfrac {10.00 \, m } {30,00 \, s} = 0,33 \ dfrac {m} {s} \] \ [P = Fv = (4900 \, N) 0.2R) \).

   Упражнение \ (\ PageIndex {1} \)

   Электродвигатели обладают достаточно высоким КПД. Двигатель мощностью 100 л.с. может иметь КПД 90%, а двигатель мощностью 1 л.с. может иметь КПД 80%. Почему важно использовать высокопроизводительные двигатели?

   Ответ

   Несмотря на то, что электродвигатели имеют высокий КПД, 10–20% потребляемой мощности тратится впустую, а не используется для выполнения полезной работы. Большая часть 10–20% потерянной мощности передается в тепло, рассеиваемое медными проводами, используемыми для изготовления катушек двигателя.Это тепло увеличивает тепло окружающей среды и увеличивает потребность электростанций, обеспечивающих электроэнергию. Спрос на электростанцию ​​может привести к увеличению выбросов парниковых газов, особенно если электростанция использует уголь или газ в качестве топлива.

   Предохранитель

   А (рисунок \ (\ PageIndex {3} \)) — это устройство, которое защищает цепь от слишком высоких токов. Предохранитель — это, по сути, короткий отрезок провода между двумя контактами. Как мы видели, когда ток проходит по проводнику, кинетическая энергия носителей заряда преобразуется в тепловую энергию в проводнике.Кусок проволоки в предохранителе находится под напряжением и имеет низкую температуру плавления. Проволока предназначена для нагрева и разрыва при номинальном токе. Предохранитель поврежден и подлежит замене, но он защищает остальную цепь. Предохранители срабатывают быстро, но есть небольшая задержка по времени, пока провод нагревается и обрывается.

   Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): Предохранитель состоит из отрезка провода между двумя контактами. Когда через провод проходит ток, превышающий номинальный, провод плавится, разрывая соединение.На фото — «перегоревший» предохранитель в месте обрыва провода, защищающего цепь (кредит: модификация работы «Шардайы» / Flickr).

   Автоматические выключатели также рассчитаны на максимальный ток и разомкнуты для защиты цепи, но могут быть сброшены. Автоматические выключатели реагируют намного быстрее. Работа автоматических выключателей выходит за рамки этой главы и будет обсуждаться в следующих главах. Еще один метод защиты оборудования и людей — прерыватель цепи замыкания на землю (GFCI), который широко используется в ванных комнатах и ​​кухнях.Торговые точки GFCI очень быстро реагируют на изменения тока. Эти выходы открываются при изменении магнитного поля, создаваемого токоведущими проводниками, что также выходит за рамки данной главы и рассматривается в следующей главе.

   Стоимость электроэнергии

   Чем больше электроприборов вы используете и чем дольше они остаются включенными, тем выше ваш счет за электроэнергию. Этот знакомый факт основан на соотношении энергии и мощности. Вы платите за использованную энергию.Поскольку \ (P = \ dfrac {dE} {dt} \), мы видим, что

   \ [E = \ int P dt \]

   — это энергия, используемая устройством, использующим мощность P в течение интервала времени t . Если мощность доставляется с постоянной скоростью, то энергия может быть найдена как \ (E = Pt \). Например, чем больше горело лампочек, тем больше использовалось P ; чем дольше они работают, тем больше т .

   Единицей измерения энергии в счетах за электричество является киловатт-час \ ((кВт \ cdot h) \), что соответствует соотношению \ (E = Pt \).6 \, J \).

   Потребляемая электрическая энергия ( E ) может быть уменьшена либо за счет сокращения времени использования, либо за счет снижения энергопотребления этого прибора или приспособления. Это не только снижает стоимость, но и снижает воздействие на окружающую среду. Улучшение освещения — один из самых быстрых способов снизить потребление электроэнергии в доме или на работе. Около 20% энергии, потребляемой в доме, идет на освещение, а для коммерческих предприятий это число приближается к 40%.Флуоресцентные лампы примерно в четыре раза эффективнее ламп накаливания — это верно как для длинных ламп, так и для компактных люминесцентных ламп (КЛЛ), например, рисунок \ (\ PageIndex {1b} \). Таким образом, лампу накаливания мощностью 60 Вт можно заменить КЛЛ мощностью 15 Вт, которая имеет такую ​​же яркость и цвет. КЛЛ имеют изогнутую трубку внутри шара или спиралевидную трубку, все они подключены к стандартному привинчиваемому основанию, которое подходит для стандартных розеток лампы накаливания. (В последние годы были решены исходные проблемы с цветом, мерцанием, формой и высокими начальными вложениями в КЛЛ.)

   Теплопередача от этих КЛЛ меньше, и они служат до 10 раз дольше, чем лампы накаливания. В следующем примере рассматривается важность инвестиций в такие лампы. Новые белые светодиодные лампы (которые представляют собой группы небольших светодиодных лампочек) еще более эффективны (в два раза больше, чем у КЛЛ) и служат в пять раз дольше, чем КЛЛ.

   Пример \ (\ PageIndex {2 \): Расчет рентабельности светодиодной лампы

   Типичная замена лампы накаливания мощностью 100 Вт — это светодиодная лампа мощностью 20 Вт.Светодиодная лампа мощностью 20 Вт может обеспечивать такое же количество света, как и лампа накаливания мощностью 100 Вт. Какова экономия затрат при использовании светодиодной лампы вместо лампы накаливания в течение одного года, если предположить, что 0,10 доллара за киловатт-час — это средний тариф на электроэнергию, взимаемый энергетической компанией? Предположим, что лампочка включена на три часа в день.

   Стратегия

   1. Рассчитайте энергию, используемую в течение года для каждой лампочки, используя \ (E = Pt \).
   2. Умножьте энергию на стоимость.

   Решение

   1. Рассчитайте мощность для каждой лампы. \ [E_ {Incandescent} = Pt = 100 \, W \ left (\ dfrac {1 \, kW} {1000 \, W} \ right) \ left (\ dfrac {3 \, h} {day} \ right) (365 \, дни) = 109,5 \, кВт \ cdot ч \] \ [E_ {LED} = Pt = 20 \, W \ left (\ dfrac {1 \, kW} {1000 \, W} \ right) \ left (\ dfrac {3 \, h} {day} \ right) (365 \, days) = 21.9 \, кВт \ cdot h \]
   2. Рассчитайте стоимость для каждого. \ [cost_ {Incandescent} = 109,5 \, кВт \ cdot h \ left (\ dfrac {\ $ 0.10} {kW \ cdot h} \ right) = \ $ 10.95 \] \ [cost_ {LED} = 21.90 \, кВт \ cdot h \ left (\ dfrac {\ $ 0.10} {kW \ cdot h} \ right) = \ $ 2.19 \]

   Значение

   Светодиодная лампа потребляет на 80% меньше энергии, чем лампа накаливания, экономя 8,76 доллара по сравнению с лампой накаливания в течение одного года. Светодиодная лампа может стоить 20 долларов, а лампа накаливания мощностью 100 Вт может стоить 0,75 доллара, что следует учесть при расчетах. Типичный срок службы лампы накаливания составляет 1200 часов, а светодиодной лампы — 50 000 часов. Лампы накаливания хватило бы на 1.08 лет при 3 часах в день, а светодиодная лампа прослужит 45,66 года. Первоначальная стоимость светодиодной лампы высока, но стоимость для домовладельца составит 0,69 доллара за лампы накаливания по сравнению с 0,44 доллара за светодиодные лампы в год. (Обратите внимание, что светодиодные лампы дешевеют.) Экономия затрат в год составляет примерно 8,50 долларов США, и это только для одной лампы.

   Упражнение \ (\ PageIndex {2} \)

   Является ли эффективность различных лампочек единственным соображением при сравнении различных лампочек?

   Ответ

   Нет, эффективность — очень важный фактор для лампочек, но есть много других соображений.Как упоминалось выше, важными факторами являются стоимость лампочек и срок их службы. Например, лампы CFL содержат ртуть, нейротоксин, и их необходимо утилизировать как опасные отходы. При замене ламп накаливания, которые управляются диммером на светодиоды, может потребоваться замена диммера. Диммерные переключатели для светодиодных фонарей сопоставимы по цене с переключателями ламп накаливания, но это начальная стоимость, которую следует учитывать. Также следует учитывать спектр света, но существует широкий диапазон цветовых температур, поэтому вы сможете найти тот, который соответствует вашим потребностям.Ни одно из этих упомянутых соображений не предназначено для того, чтобы препятствовать использованию светодиодных или CFL лампочек, но они являются соображениями.

   Замена ламп накаливания на КЛЛ или светодиодные лампы — простой способ снизить потребление энергии в домах и на коммерческих объектах. Лампы CFL работают с совершенно другим механизмом, чем лампы накаливания. Механизм сложен и выходит за рамки этой главы, но здесь приводится очень общее описание механизма.Лампы CFL содержат пары аргона и ртути, заключенные в трубку спиральной формы. В лампах CFL используется «балласт», который увеличивает напряжение, используемое лампой CFL. Балласт производит электрический ток, который проходит через газовую смесь и возбуждает молекулы газа. Возбужденные молекулы газа излучают ультрафиолетовый (УФ) свет, который, в свою очередь, стимулирует флуоресцентное покрытие внутри трубки. Это покрытие флуоресцирует в видимом спектре, излучая видимый свет. Традиционные люминесцентные лампы и лампы CFL имели короткую временную задержку до нескольких секунд, пока смесь «нагревалась» и молекулы переходили в возбужденное состояние.Следует отметить, что эти лампы содержат ртуть, которая ядовита, но если лампа сломана, ртуть никогда не выделяется. Даже если колба сломана, ртуть имеет тенденцию оставаться во флуоресцентном покрытии. Количество также довольно невелико, и преимущество экономии энергии может перевесить недостаток использования ртути.

   Лампы CFL заменяются на светодиодные, где LED означает «светоизлучающий диод». Диод был кратко обсужден как неомический прибор, сделанный из полупроводникового материала, который позволяет току течь в одном направлении.Светодиоды — это особый тип диодов, изготовленных из полупроводниковых материалов, наполненных примесями в комбинациях и концентрациях, которые позволяют преобразовывать дополнительную энергию движения электронов во время электрического возбуждения в видимый свет. Полупроводниковые устройства будут объяснены более подробно в Физике конденсированного состояния.

   Коммерческие светодиоды быстро становятся стандартом для коммерческого и жилого освещения, заменяя лампы накаливания и КЛЛ. Они предназначены для работы в видимой области спектра и изготовлены из галлия, легированного атомами мышьяка и фосфора.Цвет, излучаемый светодиодом, зависит от материалов, используемых в полупроводнике, и от силы тока. В первые годы развития светодиодов маленькие светодиоды на печатных платах были красного, зеленого и желтого цветов, но теперь светодиодные лампочки можно запрограммировать на получение миллионов цветов света, а также множества различных оттенков белого света.

   Сравнение ламп накаливания, КЛЛ и светодиодных ламп

   Экономия энергии может быть значительной при замене лампы накаливания или лампы CFL на светодиодную.Лампочки оцениваются по количеству энергии, потребляемой лампочкой, а количество светового потока измеряется в люменах. Люмен (лм) — это производная от системы СИ единица светового потока и мера общего количества видимого света, излучаемого источником. Лампу накаливания мощностью 60 Вт можно заменить лампой CFL мощностью 13–15 Вт или светодиодной лампой мощностью 6–8 Вт, все три из которых имеют световой поток примерно 800 лм. Таблица светоотдачи для некоторых часто используемых лампочек представлена ​​в Таблице \ (\ PageIndex {1} \).

   Срок службы лампочек трех типов значительно различается. Срок службы светодиодной лампы составляет 50 000 часов, у CFL — 8 000 часов, а лампы накаливания — всего 1200 часов. Светодиодная лампа является самой прочной, легко выдерживает грубое обращение, такое как сотрясение и удары. Лампа накаливания плохо переносит такое же обращение, поскольку нить накаливания и стекло могут легко сломаться. Лампа CFL также менее долговечна, чем светодиодная лампа, из-за своей стеклянной конструкции.Количество выделяемого тепла составляет 3,4 БТЕ / ч для светодиодной лампы мощностью 8 Вт, 85 БТЕ / ч для лампы накаливания мощностью 60 Вт и 30 БТЕ / ч для лампы КЛЛ. Как упоминалось ранее, основным недостатком лампы CFL является то, что она содержит ртуть, нейротоксин, и ее необходимо утилизировать как опасные отходы. Из этих данных легко понять, почему светодиодные лампы быстро становятся стандартом в освещении.

   Таблица \ (\ PageIndex {1} \): Световой поток светодиодных ламп, ламп накаливания и КЛЛ

   Световой поток (люмен)	Светодиодные лампы (Вт)	Лампы накаливания (Вт)	Лампочки CFL (Вт)
   450	4-5	40	9−13
   800	6-8	60	13-15
   1100	9−13	75	18-25
   1600	16-20	100	23-30
   2600	25−28	150	30-55

   Сводка отношений

   В этой главе мы обсудили взаимосвязь между напряжением, током, сопротивлением и мощностью.2R \). Хотя все возможные комбинации могут показаться ошеломляющими, не забывайте, что все они являются комбинациями всего двух уравнений: закона Ома \ ((V = IR) \) и степени \ ((P = IV) \).

   Авторы и авторство

   • Сэмюэл Дж. Линг (Государственный университет Трумэна), Джефф Санни (Университет Лойола Мэримаунт) и Билл Мобс со многими авторами. Эта работа лицензирована OpenStax University Physics в соответствии с лицензией Creative Commons Attribution License (4.0).

   Раздел D: Энергоэффективность и второй закон термодинамики — Энергетическое образование: концепции и практика

   Первый закон термодинамики гласит, что энергия не может быть ни создана, ни уничтожена, ее можно только преобразовать из одной формы в другую.Это может означать, что мы всегда можем преобразовывать энергию в любую нужную нам форму, даже не беспокоясь об использовании наших энергетических ресурсов.

   Однако не вся энергия преобразуется в желаемую форму энергии (например, в свет). Хотя количество энергии одинаково до и после преобразования, качество отличается. Внутри лампы накаливания закреплена тонкая проволочная нить.Когда лампочка включена, электрический ток проходит через нить накала, нагревая ее настолько, что она излучает свет. Тепловую энергию, производимую лампочкой, часто называют потраченным впустую теплом, потому что эту форму энергии трудно использовать для выполнения работы.

   Энергия, которая тратится впустую, когда светит лампочка, иллюстрирует второй закон термодинамики, который гласит, что с каждым преобразованием энергии из одной формы в другую часть энергии становится недоступной для дальнейшего использования.Применительно к лампочке второй закон термодинамики гласит, что 100 единиц электрической энергии не могут быть преобразованы в 100 единиц световой энергии. Вместо 100 единиц, которые используются для генерации света, 95 необходимы для нагрева нити. ПРИМЕЧАНИЕ: При разработке и использовании эффективных устройств преобразования необходимо учитывать и другие факторы, например затраты и государственные субсидии.

   
   

   Энергоэффективность

   С точки зрения энергии, эффективность означает, какая часть заданного количества энергии может быть преобразована из одной формы в другую полезную форму.То есть, сколько энергии используется для того, что предназначено (например, для получения света), по сравнению с тем, сколько теряется или «тратится впустую» в виде тепла. Формула энергоэффективности — это количество полезной энергии, полученной в результате преобразования, деленное на энергию, которая ушла на преобразование (эффективность = полезная выходная энергия / входная энергия). Например, большинство ламп накаливания имеют КПД только 5 процентов (КПД 0,05 = f единиц света / 100 единиц электроэнергии).

   Из-за неизбежного соблюдения второго закона термодинамики ни одно устройство преобразования энергии не является эффективным на 100 процентов.Даже природные системы должны соответствовать этому закону (см. «Энергия через нашу жизнь» — Раздел D. Поток энергии в экосистемах )
   

   Большинство современных устройств преобразования, таких как лампочки и двигатели, неэффективны. Количество полезной энергии, получаемой в результате процесса преобразования (выработка электроэнергии, освещение, обогрев, движение и т. Д.), Значительно меньше первоначального количества энергии. Фактически, из всей энергии, которая используется в таких технологиях, как электростанции, печи и двигатели, в среднем только около 16 процентов преобразуется в практические формы энергии или используется для создания продуктов.Куда делись остальные 84 процента? Большая часть этой энергии теряется в виде тепла в окружающую атмосферу.
   

   Вам может быть интересно, почему не произошло улучшений, если есть так много возможностей для повышения эффективности?

   Одна из причин заключалась в том, что, когда впервые были изобретены лампочки и другие устройства преобразования, источники энергии казались обильными, и не было особой озабоченности по поводу отходящего тепла, которое они производили, поскольку их основное предназначение (свет , движение и электричество).Однако, поскольку становится очевидным, что источники энергии — в первую очередь ископаемое топливо — которые мы используем, действительно ограничены, одна из целей технологии заключалась в том, чтобы сделать устройства и системы преобразования более эффективными.
   

   Лампочка — это один из примеров преобразователя, для которого были разработаны более эффективные альтернативы. Одна альтернатива, компактная люминесцентная лампа (КЛЛ), была коммерчески представлена ​​в 1980-х годах. Вместо использования электрического тока для нагрева тонких нитей в КЛЛ используются трубки, покрытые флуоресцентными материалами (называемыми люминофорами), которые излучают свет при электрическом возбуждении.Несмотря на то, что они излучают одинаковое количество света, 20-ваттная лампа CFL кажется более прохладной, чем 75-ваттная лампа накаливания. КЛЛ преобразует больше электроэнергии в свет и меньше — в отходящее тепло. Типичные лампы накаливания имеют КПД от 55 до 70 процентов, что делает их в три-четыре раза более эффективными, чем обычные лампы накаливания с КПД менее 20 процентов. Другая альтернатива, светоизлучающий диод (LED), стала более распространенной и доступной в последние годы. Светодиоды объединяют токи с положительным и отрицательным зарядом, создавая энергию, выделяемую в виде света.Светодиоды имеют КПД от 75 до 95 процентов, что делает их в четыре-пять раз более эффективными, чем лампы накаливания. Светодиодные лампы также могут прослужить от 20 000 до 50 000 часов, что в пять раз дольше, чем у любой сопоставимой лампочки.

   Одна компактная люминесцентная лампа (КЛЛ) мощностью 20 Вт по сравнению с лампой накаливания мощностью 75 Вт экономит около 550 кВтч электроэнергии в течение всего срока службы. Если электричество производится на угольной электростанции, эта экономия составляет около 500 фунтов угля.Если каждое домашнее хозяйство в Висконсине заменит одну 75-ваттную лампу накаливания на 20-ваттную компактную люминесцентную лампу, будет сэкономлено достаточно электроэнергии, чтобы угольная электростанция мощностью 500 мегаватт была выведена из эксплуатации. Представьте, что сэкономит, заменив их все на светодиоды!

   Установка эффективных лампочек — это всего лишь одно действие, которое люди могут предпринять для повышения эффективности системы. Другие эффективные электрические приборы, такие как водонагреватели, кондиционеры и холодильники, доступны и становятся все более доступными.Вы можете легко распознать энергоэффективные приборы по этикетке EnergyStar ^® . Выключение света и других устройств, когда они не используются, также снижает нагрузку на систему. Таким образом, люди — будь то инженеры, улучшающие устройство преобразования энергии, или дети, выключающие свет в доме, — могут внести значительный вклад в энергосбережение. (Взято из KEEP . Руководство по энергетическому образованию «Уменьшение прибыли».)

   Тепло передается в окружающую среду во время всех преобразований энергии.

   Примеры включают:

   При каждом преобразовании энергии передаваемое тепло приводит к небольшому увеличению тепловой энергии в окружающей среде. Другими словами, эта тепловая энергия «теряется» в окружающей среде (в конечном итоге теряется в космосе!) И непригодна для использования.
   

   Второй закон термодинамики

   Во время передачи энергии может показаться, что энергия уходит или уменьшается. Например, прыгающий мяч перестает подпрыгивать, батарея умирает или в машине заканчивается топливо.Энергия все еще существует, но она настолько разрослась, что практически недоступна. При сжигании куска дерева высвобождается световая и тепловая энергия (обычно называемая теплом). Свет и тепло рассеиваются и становятся менее полезными. Другой способ описать этот процесс — сказать, что энергия концентрируется в древесине (химическая энергия) и становится менее концентрированной в формах тепловой и световой энергии.

   Вернемся к обезумевшему коту в комнате с загадкой. Хотя вы можете найти все части головоломки после действий кошки, вы не сможете собрать ее полностью.Некоторые части были согнуты, другие порваны, а некоторые — кота, ну, дайте волю своему воображению. Другими словами, хотя количество головоломки осталось прежним, ее качество было скомпрометировано. Эта история о кошке — грубая аналогия второму закону термодинамики.

   Следующий набор утверждений представляет собой различные способы выражения второго начала термодинамики:

   Намного легче проиллюстрировать примеры второго начала термодинамики. Простое включение лампочки показывает, что помимо света выделяется тепло.Также попробуйте уловить свет или тепло, чтобы проделать дополнительную работу. Тяжело, не правда ли?

   Рассмотрим цитату Пола и Энн Эрлих:

   «Энергия наиболее пригодна для использования там, где она наиболее сконцентрирована — например, в сильно структурированных химических связях (бензин, сахар) или при высокой температуре (пар, падающий солнечный свет [sic] ). Поскольку второй закон термодинамики гласит, что Общая тенденция во всех процессах — это уход от концентрации, от высокой температуры, это говорит о том, что в целом все больше и больше энергии становится все менее и менее пригодным для использования.»

   Ученые и изобретатели на протяжении многих лет осознавали эту тенденцию к «потере энергии» и стремились ее преодолеть. Они всегда терпели поражение. Распространенное изобретение, которое пытаются противостоять законам термодинамики, называется вечным двигателем. Идея, лежащая в основе этой машины, заключается в том, что движение машины обеспечивает энергию для продолжения движения машины. (А?) Другими словами, как только машина начинает работать, никакой дополнительной энергии не требуется (машина вырабатывает собственную энергию).Думаешь, это сработает? Следующий раздел, Энергетических правил! Раздел E. Действия и эксперименты будет посвящен обсуждению вечных двигателей.
   

   Последние мысли об энергетических правилах

   
   

   Энергию часто называют валютой жизни. Он проходит через процессы Земли, создавая ветер, обеспечивая свет и позволяя растениям создавать пищу из воды и воздуха (углекислый газ). Люди подключились к этому потоку, чтобы производить электричество, заправлять наши автомобили и обогревать наши дома.Солнце обеспечивает Землю большей частью своей энергии. Студентам важно распознавать и ценить этот источник энергии и исследовать преобразования, которые приносят солнечный свет в их дом в форме света, тепла, пищи и топлива. Нам повезло, что у нас много «концентрированных» источников энергии. Помимо солнца, химическая энергия содержится в ископаемых видах топлива, таких как уголь и нефть, а также в ядерных ресурсах.

   В то время как количество энергии в нашем мире остается постоянным, по мере того, как мы ее используем (передаем ее из одной формы в другую), она становится все менее полезной.Энергия также дает нам возможность работать. Благодаря образованию и осознанию того, что такое энергия и как мы ее используем, мы можем научиться (т. Е. Работать) более разумно использовать наши сконцентрированные ресурсы и гарантировать, что они будут доступны для будущих поколений.

   Свойства света

   Наши глаза воспринимают эти длины волн как разные цвета. Если только одна длина волны или ограниченный диапазон длин волн присутствуют и входят в наших глазах они интерпретируются как определенный цвет.Если один длина волны присутствует, мы говорим, что у нас есть монохроматический свет . Если присутствуют все длины волн видимого света, наши глаза интерпретируют это как белый свет. Если длины волн в видимом диапазоне отсутствуют, мы интерпретируем это как темное. Взаимодействие света с веществом Скорость света и показатель преломления Энергия света связана с его частотой и скорость следующая: E = hν = hC / λ где E = энергия h = постоянная Планка, 6.62517 x 10 -27 эрг . сек ν = частота C = скорость света = 2,99793 x 10 10 см / сек λ = длина волны Скорость света C в вакууме составляет 2,99793 x 10 10 см / сек. Свет не может двигаться быстрее, чем это, но если он проходит через вещество, его скорость уменьшится. Обратите внимание, что из уравнение, приведенное выше — С = νλ Частота колебаний, ν, остается постоянным, когда свет проходит через вещество.Таким образом, если скорость C уменьшается при прохождении через вещество, длина волны λ также должна уменьшаться. Здесь мы определяем показатель преломления , n, материал или вещество как отношение скорости света в вакууме, C со скоростью света в материале, через который он проходит, C m . n = C / C м Обратите внимание, что значение показателя преломления всегда будет больше 1.0, так как C m никогда не может быть больше C. Как правило, C м зависит от плотности материала, при этом C м уменьшается с увеличением плотность. Таким образом, материалы с более высокой плотностью будут иметь более высокий коэффициент преломления индексы. Показатель преломления любого материала зависит от длины волны света. потому что разным длинам волн в разной степени мешают атомы, составляющие материал.В целом показатель преломления варьируется линейно с длиной волны. Материалы можно разделить на 2 класса в зависимости от того, как скорость света определенной длины волны изменяется в зависимости от материал. Материалы, показатель преломления которых не зависит от направления, световые путешествия называются изотропными материалами. В этих материалах скорость света не зависит от направление, в котором движется свет.Изотропные материалы имеют единый постоянный показатель преломления для каждой длины волны. Минералы которые кристаллизуются в изометрической системе в силу своей симметрии, изотропны. Точно так же стекло, газы, большинство жидкостей и аморфные твердые тела изотропны. Материалы, показатель преломления которых зависит от направления, в котором световые путешествия называются анизотропными материалы.Эти типы материалов будут иметь ряд показатели преломления между двумя крайними значениями для каждого длина волны. Анизотропные материалы можно разделить на два подкласса, хотя рассуждения, лежащие в основе этих подразделений, будут станет ясно в более поздней лекции. Минералы, кристаллизующиеся в тетрагональной и гексагональной формах кристаллические системы (а также некоторые пластмассы) — одноосные и характеризуются двумя крайними показателями преломления для каждого длина волны. Минералы, кристаллизующиеся в триклинной, моноклинной и орторомбические кристаллические системы двухосные и характеризуется 3 показателями преломления, один из которых промежуточное звено между двумя другими. Воздух, поскольку это газ, изотропен. Показатель преломления воздуха обычно принимается равным 1.0, хотя его истинное значение — 1.0003.

   Задание № 8 Решения: FA16 ASTR 103: Введение в астрономию 201640

   Щиток приборов

   АСТР 103

   Мероприятие № 8 Решения

   Перейти к содержанию Щиток приборов

   • Авторизоваться

   • Приборная панель

   • Календарь

   • Входящие

   • История

   • Помощь

   Закрывать
   • Мой Dashboard
   • ASTR 103
   • Страницы
   • Действие № 8 Решения
   Осень 2016 г.
   • Главная
   • Программа
   • Страницы
   • Тесты
   • Модули
   • Сотрудничество

   Введение: спектроскопия видимого света

   Спектроскопия — это исследование взаимодействия электромагнитного излучения и вещества.Что такое электромагнитное радиация? Это любая форма лучистой энергии, которая распространяется как волны и включает в себя то, что мы обычно называют «видимым светом». Электромагнитный излучение характеризуется волновыми свойствами частота (ν), длина волны (λ) и скорость (c). Все электромагнитное излучение распространяется в вакууме на постоянная скорость: c = 3,00 x 108 м / с, скорость свет.

   Для световых волн частота и длина волны равны обратно пропорционально, и их произведение равно скорости:

   ν λ = с

   Частота обычно измеряется в Герц-циклах на секунда (записывается 1 / сек или сек-1). Длину волны можно измерить в любом единица измерения длины, но обычно нанометры (1 нм = 1×10-9 м) и метры.

   Энергия (E) электромагнитного излучения напрямую определяется пропорционально его частоте:

   E = h ν

   Где h — постоянная Планка, равная 6.626 х 10 ^-34 Дж-сек / фотон. Таким образом, при любом из трех параметров частота, длина волны или энергия, два других могут быть вычислены.

   Вы могли заметить, что в уравнении 1 говорится о электромагнитное излучение как волна, и это уравнение 2 относилось к отдельным частицам-фотонам. Ученые установили, что лучше всего думать об электромагнитном излучении как об волновом и подобный частице (они называют это дуальностью волна / частица).Это почему вы иногда слышите, как уравнение 1 применяется к фотону, а уравнение два применяются к волне. Оба верны!

   Весь диапазон длин волн электромагнитного излучение, известное как электромагнитный спектр, показано на рисунке 1, ниже.

   Рисунок 1: Электромагнитный спектр

   Как видно из рисунка 1, электромагнитный спектр состоит из множества различных видов излучения, начиная с низкого частота, низкоэнергетические радиоволны от длинных волн до высоких частот, гамма-лучи высокой энергии с короткими длинами волн.Этот эксперимент нацелен именно видимую область этого спектра, потому что мы можем видеть электромагнитное излучение с длинами волн в этой области с собственными глазами!

   Спектры наблюдаются, когда вещество излучает или поглощает свет. Когда объект действует как источник излучения, говорят: до испускают излучение. Когда излучение от другого источник взаимодействует с материей, материя, как говорят, поглощает радиация.

   Примеры излучающих свет объектов: Солнце, раскаленный железный стержень и раскаленная вольфрамовая нить электрического лампочка. Излучение большей части излучения материей происходит, когда ее атомы или молекулы возбуждаются поглощением энергии от другой источник. Приведен источник всех трех примеров выбросов. выше — чрезвычайно высокая температура светоизлучающего объекта.Эмиссионный спектрометр используется для анализа света. испускается возбужденным источником. Как указано выше, когда радиация от внешнего источника взаимодействует с веществом, происходит поглощение. Определенные характерные частоты излучения поглощаются каждый вид материи, и эти частоты, таким образом, отсутствуют в спектр излучения, отраженного от этого объекта. Красное яблоко поглощает белый свет и отражает длины волн видимого света которые находятся в красной области.Абсорбционный спектрометр используется для анализа света, отраженного или прошедшего через материю.
   

   Зачем нужны спектрометры? О чем они нам говорят исследуемые химические вещества или системы? Спектроскопия — увлекательный способ исследовать структуру и состав различных молекул. Используя спектроскопию, химики могут идентифицировать различные присутствующие виды в образце или «наметить» структуру молекулы.

   Одна из самых ранних улик, во многом изменившая Мы думаем, что элементарные вещества были перенесены из спектроскопии. В 1885 г. Ангстрем возбудил атомарный водород и зарегистрировал серию видимые линии, которые были испущены. Найденный спектр сильно отличается чем спектр «радуги», который можно увидеть, глядя на белый свет через какой-то прицел. Вместо этого спектр атомных водород содержит несколько узких полос или линий определенного цвета.

   Водород — не единственный элемент, атомы которого обладают спектр излучения — атомы всех элементов делают! У каждого свои собственный уникальный спектр излучения, состоящий всего из нескольких узких линий. Это очень полезно для химика; это элементарный способ идентифицирующих элементов! Это один из лучших способов определить элементы в выборках различаются как морская вода, так и далекие звезды.И это именно то, что вы будете использовать сегодня для определения длины волны. спектра излучения водорода, названного серией Бальмера. Ты также будет использовать эмиссионную спектроскопию для идентификации неизвестного катиона в соли.

   Может показаться, что спектроскопия — это только качественная способ идентификации различных материалов, но он очень удобен для количественные измерения тоже.Современная теория атомной орбиты началась с возбуждением атомов элемента Ангстремом, и созрел сегодня, чтобы включить следующие важные моменты о водороде атом:

   1. Электроны атома имеют только определенные разрешенные энергии, и каждая из этих энергий связана с определенным атомным орбитальный. Именно по этому описанию мы можем также сказать, что квантована энергия электронов.
   2. Электрон в атоме водорода содержится в определенном орбитальный.
   3. Эта орбиталь и, следовательно, электрон на ней связаны с особая энергия, E.
   4. Только определенные орбитали и, следовательно, только определенные энергии разрешается. Каждой из этих разрешенных орбиталей присваивается целое число, n, известное как главное квантовое число.
   5. При поглощении света электрон «выпрыгивает» из один разрешенный энергетический уровень (орбитальный) к другому. Соответствующая энергия к этому «скачку» описывается как ΔE, или разница в энергиях от более низкого состояния к более высокому состоянию. Поглощенный свет имеет длину волны, соответствующую ΔE.
   6. Для водорода эту энергию электронного перехода можно математически выразить описывается уравнением Ридберга:

   E = R _H (1 / n ² _{начальный} — 1 / n ² _{заключительный} )

   Где R _H = 2.18 x 10 ^-18L Дж / фотон, а n _{начальный} и n _final являются основными
   квантовые числа начального и конечного уровней энергии соответственно.

   Если происходит испускание фотона, n _{начальный} > n _{конечный} , и E будет отрицательным. Если
   фотон поглощается, n _{начальный} конечный , и E будет положительным.

   Давайте рассмотрим пример для пояснения. Электрон может находиться в самом низком состоянии водорода (n = 1, основное состояние). Потом, он поглощает очень определенное количество энергии и увеличивается до орбиталь с более высокой энергией (скажем, n = 3). Уравнение Ридберга описывает ΔE положительно, потому что ninitial = 1 и nfinal = 3. Тогда атом излучает эту энергию, поскольку электрон «падает» из от n = 3 до n = 1.Уравнение Ридберга дает отрицательное значение ΔE для этого перехода, так как теперь n _{начальный} = 3 и n _{конечный} = 1.

   Эта модель объясняет, почему частоты света поглощены точно равны частотам света, излучаемого образец водорода. Электроны просто переходят с одного энергетического уровня на другой, либо «вверх», либо «вниз». Обратите внимание, что это также объясняет, почему излучение происходит только после поглощения энергии из другого источника; электроны должны быть возбуждены выше n = 1 для эмиссии происходить.Использование уравнения Ридберга допустимо для всех атомов. или ионы с одним электроном. Общее уравнение включает член, Z для атомного номера. Для водорода Z = 1. Для всех остальных атомов или ионов, Z — положительное целое число. Общее уравнение Ридберга это:

   ΔE = RHZ ² (1 / n ² _{начальный} — 1 / n ² _финал )

   Сегодня вы будете использовать уравнение Ридберга при определении спектральные линии спектра излучения водорода.Вы также посмотрите на спектральные линии и спектры излучения других элементов также.

   Поскольку этот эксперимент фокусируется на видимой области электромагнитного спектра, некоторые из ваших наблюдений будут будь твоими глазами. Однако, если мы хотим изучить частоты света, излучаемого или поглощаемого источником, необходимо каким-то образом было обнаружено, что эти частоты разбросаны по спектру.Например, когда белый свет проходит через призму, спектр цветов полученные результаты. Это явление возникает из-за того, что разные длины волн преломляются в призме в разной степени. Соответственно, результирующий луч света разделяется в зависимости от длины волны или цвета. Подобным образом производятся радуги, при этом капли дождя действуют как крошечные призмы!

   Прибор, рассеивающий излучение, имеет различные называется спектроскопом, спектрографом или спектрометром.

   Упрощенную схему спектроскопа вы будете использование сегодня и то, как это работает, показано ниже на рисунке 2. Разрез регулирует количество света, попадающего в спектроскоп, и таким образом, ширина результирующих спектральных линий. Свет проникает в щель проходит через спектроскоп к дифракционной решетке расположен в окуляре. Свет, проходящий через эту решетку, отделяется на его компоненты.Шкала, которая видна в окуляр, освещается светом, попадающим в спектроскоп с секунды направление. Таким образом, вы увидите, как спектр наложен на шкала, которая размечена в ангстремах.

   Рисунок 2: Схема спектроскопа

   Удивительно сложная физика лампочки

   Одно из самых глупых утверждений, которое всегда встречается в спорах о естественных и гуманитарных науках — о двух культурах К.Знаменитая лекция П. Сноу — что клинический подход, присущий науке, каким-то образом лишает мир красоты и чудес. Это чепуха, потому что верно прямо противоположное: изучение науки о том, как работает Вселенная, на самом деле помогает углубить чувство удивления, которое вы можете найти в, казалось бы, обычных объектах.

   Возьмем, к примеру, простую традиционную лампочку накаливания. Это такая базовая технология, что мы принимаем ее почти как должное, но если вы углубитесь в квантовую физику, стоящую за ней, вы обнаружите, что происходит нечто удивительное.

   Принцип действия лампочки очень прост: вы пропускаете электрический ток через тонкую нить накаливания, в результате чего она нагревается. Горячие предметы излучают свет, поэтому лампочка светится. Чем выше температура, тем интенсивнее свечение и тем более «белый» выходит излучаемый свет, поэтому, если вы достаточно нагреете нить накала, вы получите яркий источник света с длинами волн во всей видимой области спектра.

   (Причина возникновения лампочки — высокая температура — нагрев нити до необходимых температур на воздухе вызовет химические реакции, которые быстро разрушат нить.Этого можно избежать, поместив нить накала в стеклянную колбу, при этом воздух будет либо откачан, либо, в лампах с более высокой мощностью, будет заменен инертным газом, таким как аргон. Вот почему при помещении лампочки в микроволновую печь иногда возникают холодные мерцающие цвета — газ внутри создает плазму.)

   Макс Планк в 1901 году (фото из Викимедиа) рядом с n лампой накаливания и ее спектром. Автор изображения … [+] Чад Орзель.

   Свет, излучаемый горячим объектом, называется «излучением черного тела», и он обладает некоторыми интересными простыми свойствами.Цвет света не сильно зависит от свойств нагреваемого материала, только его температура, а спектр света — интенсивность света, излучаемого на разных длинах волн — принимает форму широкого пика, длина волны которого изменяется. расположение довольно простым способом. Вы можете увидеть пример этой формы в этом известном мультфильме xkcd.

   Однако этот спектр оказывается на удивление трудным для объяснения. Как я уже упоминал, когда писал о поистине радикальном вкладе Эйнштейна в физику, наиболее очевидный подход к этой проблеме дает катастрофические результаты.Макс Планк смог объяснить спектр в 1900 году, но ему пришлось прибегнуть к отчаянному математическому уловку, присвоив светоизлучающему материалу характерную энергию, зависящую от частоты света. Эту идею Эйнштейн подхватил в 1905 году, представив то, что мы сейчас называем фотонами, для объяснения фотоэлектрического эффекта. И эти модели неизбежно привели к развитию квантовой механики во всей ее красе.

   Итак, тот факт, что лампа накаливания светится, напрямую зависит от природы частиц света и волновой природы материи.Этого самого по себе достаточно, чтобы добавить изумления к работе старой лампочки.

   Есть немного иронии в том, что квантовая физика начинается с излучения черного тела, потому что сам термин «квант» происходит от представления о том, что энергия приходит в дискретных количествах, и нет ничего явно дискретного в свете от горячего объект. Гораздо более очевидным квантовым типом системы является излучение света отдельными атомами — с 1850-х годов было известно, что атомы определенных элементов поглощают и излучают свет с очень четко определенными длинами волн.Это использовалось для определения элементного состава различных типов звезд и даже для открытия новых элементов — элемент гелий, любимый малышами, любящими воздушные шары, назван в честь бога солнца Гелиоса, потому что он был впервые обнаружен благодаря необъяснимой линия поглощения в спектре Солнца.

   Примеры спектров различных типов звезд, показывающие темные линии поглощения, которые астрономы используют … [+] для определения их состава. Изображение из NOAO, через http: // apod.nasa.gov/apod/ap010530.html

   Дискретные линии поглощения и излучения атомов были полезны, но оставались загадкой до 1913 года, когда Нильс Бор предложил первую квантовую модель атома водорода. В модели Бора электрон в водороде может существовать только на определенных орбитах с четко определенной энергией, а атомы поглощают излучаемый свет только при перемещении между этими орбитами. Длины волн излучаемого света определяются разницей энергии между орбитами в соответствии с квантовыми правилами, введенными Планком и Эйнштейном.Это прекрасно работает для водорода и обеспечивает концептуальное объяснение спектров других элементов (хотя определение конкретных орбит для других атомов требует добавления некоторых дополнительных постулатов к модели Бора, которые в конечном итоге становятся чем-то вроде барокко).

   Однако между этими двумя идеями есть некоторый конфликт. Если атомы поглощают и излучают свет только с дискретными длинами волн, причем определенные длины волн уникальны для каждого элемента, как вы можете получить спектр черного тела от горячего объекта, который не зависит от состава материала, а только от его? температура? Почему лампочка с вольфрамовой нитью не излучает свет другого цвета, чем, скажем, углеродное волокно, которое Эдисон первоначально использовал в своих первых коммерческих лампах?

   На каком-то уровне вы можете задействовать сложную физику материалов, чтобы помахать рукой мимо этого.Электроны в твердых объектах занимают широкие энергетические полосы, а не четко определенные состояния (когда у меня будет больше времени, я напишу объяснение этого, продолжая обсуждение ограниченных объектов …), что делает его своего рода правдоподобным. что излучение может принимать более широкий спектр. Однако сложнее объяснить такой объект, как Солнце, который, как известно, представляет собой массу раскаленного газа (нагретого квантовой физикой), а не твердый объект с энергетическими полосами. И все же спектр Солнца очень похож на спектр черного тела для объекта с температурой около 6000 кельвинов, а не на дискретный набор ярких линий, который вы видите в образце газообразного водорода.

   Итак, как же перейти от дискретного спектра линий, характерных для конкретного элемента, к широкому спектру черного тела? Что ж, путь невероятный …

   Атомы поглощают и излучают свет на дискретных длинах волн, когда они перемещаются между уровнями энергии, но этот процесс не является полностью монохроматическим — то есть атом, который поглощает и излучает на определенной длине волны, скажем, 100 нанометров (длина волны хорошо в ультрафиолетовую область спектра) также может взаимодействовать со светом с длиной волны 500 нм (зеленоватый свет, около середины видимого спектра).Вероятность того, что атом, который хочет поглощать и излучать на длине волны 100 нм, поглощать или излучать свет на длине волны 500 нм, чрезвычайно мала, поэтому вы никогда не задумываетесь об этом, думая об отдельном атоме или диффузном газе атомов.

   Если вы говорите о чем-то размером с Солнце или даже размером с нить накала лампочки, вы говорите о количестве атомов, которое почти невообразимо огромно. Нить накала лампочки с массой в несколько граммов содержит примерно 10 000 000 000 000 000 000 000 атомов вольфрама, а количество атомов водорода на Солнце добавило бы к этому количеству еще тридцать с лишним нулей.

   Вероятность того, что любой из этих атомов испускает фотон размером 500 нм вместо фотона 100 нм, невероятно мала, но вероятность того, что какой-нибудь атом из этой огромной массы сделает это, довольно высока. И как только это произойдет, у этого длинноволнового фотона будет гораздо больше шансов выбраться наружу, не поглощаясь, чем у 100-нм фотона, который, вероятно, не пройдет очень далеко, пока его не поглотит другой атом. И этот новый атом имеет крошечный, но ненулевой шанс испустить фотон с длиной волны 500 нм и так далее.

   По мере того, как свет медленно выходит из гигантского скопления атомов, фотоны с длиной волны 100 нм, которые атомы любят поглощать и излучать, в конечном итоге преобразуются в более длинноволновые видимые фотоны.Широкий спектр, который мы видим, исходящий от нити накала лампочки или от Солнца, является результатом огромного количества событий, которые по отдельности невероятно маловероятны, но в совокупности неизбежны. И когда вы прорабатываете детали процесса, принимая во внимание энергию теплового движения атомов, вы получаете спектр черного тела.

   Итак, как и будильник на моей прикроватной тумбочке, работа чего-то столь же обычного, как лампа накаливания, оказывается связана с удивительно глубокой и удивительной физикой.Это не только исторически важно как пример явления, положившего начало квантовой физике, но и само поведение, которое привело к квантовому трюку Планка, является результатом причудливой и удивительной квантовой физики.

   Вот вам и идея о том, что изучение физики устраняет чувство удивления миром …

   ---

   (Если вы хотите, чтобы это получилось с помощью целой кучи математики, эта статья 2005 года из American Journal of Physics очень хороша и служит основой для большей части этой статьи.На это мне указали после того, как несколько лет назад вслух поразмышляли над этим процессом в ScienceBlogs.)

   Символы электрического освещения

   Символы электрического освещения / Лампочки / лампы

   Символ	Описание		Символ	Описание
   	Лампочка / лампа Общее обозначение + информация			Лампа накаливания Лампа + Информация
   	Лампа накаливания Лампа			Лампа накаливания Лампа
   	Лампа с двойной нитью накала			Лампа накаливания
   	Лампа с трансформатором			Светильник молнии
   	Лампа колебательная			Неоновая лампа + Инфо
   	Световой индикатор			Фотовспышка + информация
   	Люминесцентная лампа + Инфо			Ксеноновая лампа-вспышка + информация
   	Светильник / Светильник + Информация			Зарядная лампа
   	Светильник трехэлементный			Газоразрядная лампа + информация
   	Светильник трехэлементный			Газоразрядная лампа
   	Светодиод Светодиод + Информация			Двухцветный светодиодный диод Цвет зависит от полярности + Информация
   	Мощность освещения			Точечный светильник
   	Настенное освещение			Аварийное освещение + Инфо
   	Люминесцентный выход			Встроенный люминесцентный выход
   	Флуоресцентная выходная линия			Встроенный люминесцентный линейный выход
   	Устройство вспомогательной газоразрядной лампы			Отдельные дополнительные фонари
   	Блок автономного аварийного освещения			Лампа
   	Лампы малой интенсивности			Скрытое освещение
   	Мощность лампы			Выход ртутной лампы
   	Выход для настенного светильника			Выход встроенной ртутной лампы
   	Световой проектор			Автономная световая точка
   	Проецируемый свет			Световой проектор
   	Контрольная лампа			Светильник накладной или подвесной
   	Светильник на опоре			Светильник настенный
   	Светильник, прожектор			Стробоскоп * = цвет A — Ambar R — Красный G — Зеленый + информация
   	Светильник, стенка			Светильник, выход один, как указано стрелкой в ​​направлении выхода
   	Светильник, выход с двумя указанными стрелками в направлении выхода			Светильник, пульт дистанционного управления с батарейным питанием
   	Светильник с аварийным питанием от аккумуляторной батареи			Светильник с батарейным питанием для аварийного выхода
   	Световая балка			Мульти-световая балка
   Картинная галерея электрических осветительных приборов Загрузить символы

   .