Нажмите "Enter", чтобы перейти к контенту

Так буде світло: докладно про галогене, ксенон і світлодіодах

Автомобільні фари стрімко розвиваються і традиційні лампи розжарювання витісняють модні світлодіоди і сліпучий ксенон. Чим же вони відрізняються?

Як гострі і скіпи у вік автомобіля і електрифікації не менш дивні, ніж рахунки в сучасній бухгалтерії. Однак у перших автомобілях роки саме живий вогонь освітлював шлях в нічний час. Використовувалися гасові і навіть свічкові пальника. Карбідні (або ацетиленові) ліхтарі були краще, але лише з появою лампочки розжарювання автомобільний світ став дійсно зручним і практичним. Як і в побуті, в сучасному автомобілі можна зустріти чи не всі відомі типи електричних ламп. І в даний час саме в автомобільному світі відбуваються дуже серйозні зміни. Нові розробки, підштовхувані як інженерною думкою, так і модними тенденціями, змінюють існуючі погляди на світ в машині.

Лампи розжарювання

Найвідоміші і найпоширеніші – так звані лампи розжарювання. У них джерелом світла є якесь волокно (в основному вольфрамова нитка), яке під впливом проходить через нього електричного струму нагрівається і починає випромінювати світло. Форма колби може бути різною для отримання потрібної яскравості і розсіювання. Пара слів про вольфраме. Якщо залізо плавиться при 1535 ОС, то вольфрам – при 3410 ОС. Якщо врахувати, що температура нитки розжарювання близько 2500 ОС і вище, заслуга вольфраму просто неоціненна. Але і межа розвитку таких ламп явно очевидний і зрозумілий. Найбільший недолік ламп розжарювання – їх неефективність. Ці лампи дуже витратні. Вони виробляють менше світла, ніж споживають енергії. Понад 90 відсотків усієї енергії йде в тепло і менше 10% безпосередньо в світ. Їх ефективність зростає пропорційно витрачається потужності. Так, наприклад, одна лампочка на 100 Вт буде світити значно яскравіше, ніж дві по 50 Вт. З часом, оскільки вольфрам поступово випаровується, його сконденсовані пари покривають стінки колби зсередини, і світло лампи з часом тьмяніє.

Багато автомобілістів зустрічалися з такими випадками, коли, змінюючи стару лампу, відзначали її потемніле скло. Наповнення колби азотом і інертним газом (частіше аргоном) дещо знижує цю проблему.

Да будет свет: подробно о галогене, ксеноне и светодиодах

Галогенні лампи також є лампами розжарювання, але в них використовується ще один наповнювач – галогенид (йод або бром), який і пов’язує зниклий вольфрам, не даючи йому осісти на стінки колби. Але найцікавіше те, що далі це з’єднання при попаданні на гарячу спіраль розділяється. Таким чином вольфрам повертається на нитку розжарювання, а галогенид – в атмосферу колби. Тобто відбувається своєрідне відновлення нитки лампи, зване галогенним циклом. Цей процес вимагає температури порядку 200 ОС. Ось чому ці лампи настільки гарячі і не люблять вологість і відбитки пальців на склі. Зазвичай вони мають подвійний корпус, що дещо знижує зовнішню температуру лампи і одночасно підвищує ефективність галогенного циклу.

Да будет свет: подробно о галогене, ксеноне и светодиодах



Прості лампи мають колірну температуру (характеристика випромінюваного світлового спектру, яка вимірюється в кельвінах) порядку 2700К, а галогенні – 3000К. Галогенні лампи хоча й більш складні і дороги (раз приблизно в 5-10), але і більш ефективні. Почати з того, що вони на 25-30% більш яскраві, ніж звичайні лампи розжарювання. Навіть наприкінці свого «життя» галогенна лампа видає до 95% своєї початкової яскравості (прості лампи – близько 75%). Прості лампи «живуть» приблизно 1000 годин, тоді як галогенні приблизно в 2 рази довше. Правда, Книга рекордів Гіннесса розповідає про лампі розжарювання, яка горіла понад 70 років. Але варто відразу сказати, що за цей час жодного разу не вимикали, а це важливо. Саме процес включення (як і в багатьох електричних пристроях) – сама изнашивающая і важка для лампи процедура. Краще, якщо це відбувається поступово. Галогенні лампи живуть рівно стільки, скільки їм відміряно, без чудес.

Да будет свет: подробно о галогене, ксеноне и светодиодах



Дуже важливо для терміну служби ламп розжарювання сталість напруги. Перевищення напруги на 4% може знизити термін її служби на 40%. Ця залежність працює і назад. На 4% більш низьке напруження здатне істотно збільшити життя лампи. Правда, і яскравість її при цьому буде нижче. У ламп розжарювання є і ще один недолік, куди більш значний у світлі їх автомобільного застосування. Мова йде про тонкою спіралі, що складається з досить крихкого вольфраму. Трясіння і вібрації в автомобілі аж ніяк не сприяють комфортній роботі лампи. Хоча особливі конструктивні рішення дозволили в значній мірі виключити ризик подібних поломок. Незважаючи на появу нових, більш якісних і надійних джерел світла, лампи розжарювання, будучи більш дешевими, не здають своїх позицій так просто. З’являються і нові їх типи. Основна робота інженерів спрямована на зниження швидкості випаровування вольфраму з нитки розжарювання. У дешевих лампах колбу наповнюють сумішшю азоту і аргону. У більш дорогих замість аргону використовують криптон, має більш низьку теплопровідність. Також може використовуватися ксенон, у якого цей показник ще нижчий. Використання цих газів дозволяє підвищити яскравість лампи на 10% (криптон) або майже в 2 рази (ксенон).

Да будет свет: подробно о галогене, ксеноне и светодиодах



Ксенон

Ксенон заслуговує окремої згадки. Вже дуже багато навколо нього існує чуток, пліток і обдурювання. Почнемо з того, що існують ксенонові і ксенон-наповнені лампи. Останні – це класичний представник ламп розжарювання. Ці лампи відрізняються від галогенних тільки наповнювачем колби. Ксенон (xenon, Xe) – безбарвний благородний газ, не має запаху. Маючи атом більшого розміру (більше, ніж у криптону і, тим більше, аргону), ксенон краще уповільнює випаровування вольфраму. Тим самим можна підвищити температуру нитки розжарювання, що зробить лампу більш яскравою. Правда, лише до певної міри. Все інше працює так само, як і у звичайної галогенною лампи.

Да будет свет: подробно о галогене, ксеноне и светодиодах



Ксенон-наповнені лампи випускаються багатьма виробниками. Наприклад, відомі типорозміри H7, H9 і H13. До речі, після непоганих результатів з H7 ряд виробників і більш старі традиційні види галогенних ламп почали виготовляти з наповненням ксеноном. Газорозрядна лампа ксенонова це щось інше. Тут немає нитки розжарювання. Два електроди, між якими відбувається дуговий розряд, який горить у ксенонової атмосфері. Це класична газорозрядна метал-галогенна HID-лампа. Це і є справжній ксенон. HID-лампи (High Intensity Discharge – розряд високої інтенсивності). Ці лампи відносяться до класу електророзрядних, або, як іноді їх ще називають, газорозрядних ламп. До речі, до цього класу належать лампи денного світла і всілякі неонові підсвічування. У капсулі в середовищі пари з інертних газів, ртуті та галогенідів (в даному випадку ксенону) між двох електродів пропускається електрична дуга і утворюється світлове випромінювання.

HID-лампа обов’язково комплектується баластом – пускорегулирующим пристроєм. Баласт – це найдорожча і відповідальна частина ксенонового комплекту. Він повинен генерувати напругу до 25000 для розпалювання дуги розряду і потім підтримувати її горіння вже приблизно за 85 Ст.

Да будет свет: подробно о галогене, ксеноне и светодиодах



Для автомобіля ксенонові лампи вигідні в силу ряду факторів. В порівнянні з галогенними лампами, які все ще займають левову частку в автомобільному світі, ксенонові HID-лампи значно яскравіше і споживають при цьому куди менше енергії. Ксенон «далекобійний» і висвітлює більший простір. Світло ксенонових фар більш точно сфокусований і, незважаючи на всі упередження, не сліпить так, як світло галогенних ламп. Відрізнити справжній ксенон від підробленого можна. Спробуйте знайти звичайний галоген (саме ці лампи найчастіше маскуються під ксенон) і справжній ксенон. Різниця буде цілком очевидною. Підробку видає наявність спіралі розжарювання. Тут потрібно висловити небезынтересное думку іменитих виробників оптики для серійних виробників. Вони вважають, і в дечому не без причини, що установка в штатні фари, розраховані на стандартні галогенні лампи ксенону незаконна і небезпечна.

Да будет свет: подробно о галогене, ксеноне и светодиодах



Найсильніший аргумент проти встановлення нештатного ксенону – це те, що, замінивши лише саму лампу, відбивачі, розсіювачі і пристрої, що регулюють рівень фари омивачі фар, залишаться колишніми. Це може призвести до неправильного розподілу світлового потоку, утворення відблисків і т. п. Так, наприклад, лабораторні випробування у компанії Hella показали, що ксенон в галогенною фарі не вписується у встановлені параметри. Стандартні полиски характеристики були перевищені в 100 разів. Такі фари не мали лінії відсічення і не могли бути правильно скориговані. Повноцінні сертифіковані набори цих проблем позбавлені. Але, на жаль, їх не так багато, і робляться вони поки що не на всі машини. З цієї причини бажаючі, незважаючи ні на що, встановити у себе на автомобіль ксенонове світло повинні дуже уважно підійти до налаштування і підгонці своїх нових фар. Це необхідно і для самого власника, і ще більше для оточуючих. Дратувати інших учасників руху сліпучим світлом – не що інше, як хамство.

Да будет свет: подробно о галогене, ксеноне и светодиодах



Синій ксенон

Синій ксенон – результат добровільного омани. Справа в тому, що з часом колба цієї ксенонової лампи зсередини покривається тонким шаром свого роду окалини. Він-то і надає світінням синюватий відтінок. Це не справжній світло ксенону, це просто старий ксенон. Але зруйнувати оману не так просто. У магазинах, на ринках продається досить багато ламп всіляких форм і розмірів, мають синю або пурпурно-синю колбу. Практично повсюдно їх видають за ксенон, іноді кажучи магічну фразу, типу «під ксенон» або «дешевий ксенон». В дійсності такі лампочки нічого, крім малої ефективності, що межує з реальною небезпекою для учасників руху, не мають. Це звичайні галогенні лампи, пофарбовані в синій колір. Звичайна лампа розжарювання (в тому числі і галогенна) виробляє світло, що включає в себе багато червоного, помаранчевого, жовтого і зеленого відтінків, але вкрай мало синього і фіолетового. Лампи з синім склом або мають синій світлофільтр пропускають тільки синій колір, а оскільки його не так багато в загальному спектрі, то й користі від такої лампи трохи. Синій і фіолетовий кольори мають найбільш коротку довжину хвилі і розсіюються дуже легко. Ось чому небо синє, а не іншого кольору. В очі вони потрапляють також легко, і їм дуже важко сфокусуватися на них і обробити. Тому сині лампочки викликають більше відблисків, особливо у дощову, снігову погоду, туман і т. д. Для людини найбільш близький для сприйняття колір – жовтий. На відміну від синього світла, жовтий більш сильно стимулює людський очей, змушує зіниці звужуватися. Наприклад, лампочка на 10 Вт жовтого світла для людини здасться яскравіше 10 Вт синього. Класичний колір газорозрядних ксенонових HID-лампи – синювато-білий, але, незважаючи на позірну видимість, синього в ньому не так багато. Основний відтінок чисто білий, близький до сонячного. У такому світлі все видно ясніше і чіткіше, ніж в іншому. За нормами безпеки Європи, США, Канади та Японії світло повинен бути білим. Видимі відтінки також можна, але, як кажуть, без перегинів. Не існує дозволених «синіх ламп». По суті ці втручання так само незаконні, як і тоновані задні ліхтарі (до речі, не менш небезпечна штука).

Світлодіоди

Цей тип електророзрядних люмінесцентних ламп необхідно виділити в окремий клас. Хоча б через споживчого інтересу і тенденцій автомобільних виробників. Перші світлодіоди, або LED (Light Emitting Diodes – світловипромінюючий діод), з’явилися ще в 60-70-ті роки минулого століття.

Да будет свет: подробно о галогене, ксеноне и светодиодах

Принцип дії цього джерела світла заснований на здатності напівпровідникових кристалів до люмінесценції при проходженні через них електричного струму. Усередині пластикового кокона знаходиться діод, що представляє із себе дві напівпровідникові пластини, одна з позитивним, а інша з негативним зарядом. Між пластинами знаходиться нейтральна зона. Приєднавши до диоду джерело електричного струму (відповідно плюс до плюса, мінус до мінуса; якщо підключитися навпаки, то в кращому випадку нічого не станеться, а в гіршому-він вийде з ладу), аналогічно простим діоди через світлодіод струм проходить лише в одну сторону. Накопичуючись на кожній пластині, позитивні і негативні частинки («дірки і електрони) спрямовуються один до одного через «зону спокою» і, з’єднуючись, починають виділяти енергію у вигляді особливих частинок – фотонів. Це і є світло. Одна з напівпровідникових пластин має форму відбивача, направляючи потік фотонів в потрібний напрямок. Чим вище струм, тим яскравіше світло, але лише до певних меж. Далі світлодіод просто згорить, як і звичайна лампочка.
Колір світіння світлодіода залежить від властивостей речовини, з якої складаються пластини напівпровідників.

Да будет свет: подробно о галогене, ксеноне и светодиодах



Комбінуючи різні матеріали і легуючі речовини, вдається отримувати різні кольори. Перші LED випромінювали лише майже монохромний червоний, зелений або жовтий світло, що сприяло поступовій монополізації ними ринку індикаторів. В середині 1990-х років з’явилися білі і сині світлодіоди, і лише тоді вперше зайшла мова про світлодіодних лампах як вірогідною альтернативу існуючим джерелам світла. Переваги цих «світлячків» в тому, що вони практично не виділяють сторонніх випромінювань несветового характеру і тепла (хоча тепловідвід самому напівпровідниковому елементу все ж потрібно). Завдяки цьому їх світловіддача дуже висока. Для отримання аналогічного по яскравості світла світлодіод витрачає на 80 з гаком відсотків менше потужності, ніж лампа розжарювання. Теоретично, оскільки в світлодіоді електричний струм перетвориться в світлове випромінювання безпосередньо, світлодіод може мати майже 100%-ний ККД, а світловіддачу (відношення яскравості до витраченої потужності) – до 300 люмен/Вт.

Важливо, що світлодіоди здатні досягати великої температури світла, порівнянної з характеристиками газорозрядних ксенонових HID-лампи, що робить їх потенційними джерелами світла і для головної оптики автомобілів. Світлодіоди не мають спіралей, електродів і т. п. зношених елементів. Вони волого — і пилонепроникні, не піддаються вібрації. Все це робить їх вельми довговічними (до 100 тис. годин). Хоча треба сказати, що у потужних світлодіодів «життя» більш коротка, ніж у простих індикаторних. Але і 20-50 тис. годин це не в приклад вище інших ламп. На відміну від електророзрядних джерел світла, світлодіоди не вимагають для своєї роботи ніяких додаткових пускових пристроїв, що, безсумнівно, здорово полегшує роботу з ними. Хоча правди заради варто відзначити, що для стійкої роботи світлодіодів струм необхідно стабілізувати. Для цього застосовують конвертори або драйвери в англійському варіанті. Але ці пристрої куди простіше баластів електророзрядних ламп. Мініатюрний їх розмір дозволяє втілювати практично будь-які дизайнерські ідеї. А той факт, що світлодіоди – це низьковольтний електроприлад (до 4 В, до 1 А), робить роботу з ними безпечною.

Підсумки

Навіщо потрібен хороший світло водіям? Більше 60% всіх аварій трапляється через погану видимість. Для водіння в таких умовах потужний світло вкрай важливий. Але не тільки. За оцінками фахівців і проведених досліджень, використання водіями освітлення в денний час доби знижує на 25% смертельні випадки на дорогах, особливо за участю пішоходів. По всьому виходить, що якісний світло необхідне завжди. Ось чому фари автомобілів з кожним роком стають все яскравішими. Ось чому з’являються додаткові системи адаптивного світла, поворотних фар і т. д. А що стосується самої людини, то їжте моркву. Вітамін А, яким вона багата, допомагає ефективніше працювати паличок сітківки, що робить зір більш гострим, особливо в темний час доби. Капуста і зелені листові овочі також вельми корисні. Здоров’я треба берегти. Як мовиться, на лампи сподівайся, а сам не зівай.
 

Сергій Соловйов

Будьте первым, кто оставит комментарий!

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

*

code