Странно, но такое простое устройство, каким является карманный электрический фонарик, было изобретено только в самом конце 19 века, хотя и само электричество и даже электрический свет к тому времени уже перестали быть новинкой.
Считается, что главным препятствием для создания переносного компактного электрического светильника было отсутствие сухих элементов питания, то есть попросту таких батареек, из которых ничего не выливается, как их не верти. Дело в том, что первые источники электрического тока представляли собой емкости, наполненные жидкостью-электролитом и потому были не слишком мобильны. Так что, рассуждая об изобретении карманного фонарика, нельзя не упомянуть о Карле Гасснере, который впервые сделал и запатентовал в 1886 году батарейку, из которой не вытекал электролит.
Устройство, от которого произошли все известные нам виды электрических фонариков было изобретено и запатентовано только 13 лет спустя, в 1899 году в США Давидом Майселлем, который в том же году продал свой патент фирме American Electrical Novelty and Manufacturing Company, основанной выходцем из Белоруссии Конрадом Хьюбертом (он же Акиба Горовиц). Фонарь Майселля уже имел все знакомые нам, например по фонарям Маглайт, черты. По сути это была просто трубка из плотного картона. С одной стороны в нее была вмонтирована лампочка с металлическим отражателем и линзой. С другой стороны трубка имела крышку, под которую загружались 3 цилиндрических батарейки. Помимо картонного корпуса, отличительной чертой первого фонаря можно считать оригинальную конструкцию выключателя: чтобы зажечь фонарь надо было прижать большим пальцем металлической кольцо, укрепленное на корпусе к другой металлической детали - обручу (см. фото).
Но эта явно не слишком эргономичная конструкция просуществовала недолго. Уже в 1902 году Конрад Хьюберт запатентовал более удобный и надежный выключатель и оснастил им фонарь Майселля (см. фото).
Из-за очень небольшого ресурса батарей того времени фонарь Майселля-Хьюберта не отличался
яркостью и использовался не как источник яркого луча подобно современным фонарям, но скорее как источник вспышки - для того, чтобы что-то осветить на мгновение. Этим объясняют название, которое получили карманные фонари в американском языке - flashlight, то есть "вспышка света", "мигающий свет" в отличие от torch, "факел" - названия, которое дали электрическим фонарям жители туманного Альбиона, куда эти устройства пришли, вероятно, в более усовершенствованном виде.
Хьюберт и Майсселль работали вместе и продолжали совершенствовать конструкцию фонаря. Но настоящая известность пришла к ним только после того, как их изобретение оценили по достоинству нью-йоркские полицейские, которым они раздавали свои фонари в рекламных целях.
В 1905 году Хьюберт переименовал компанию, назвав ее The American Ever Ready Company, и наладил серийный выпуск фонарей под торговой маркой Eveready. Уже через год Национальная угольная компания, снабжавшая фирму Хьюберта сырьем для
производства его фонарей, выкупила у него половину его бизнеса за $ 200 000. Эта сделка не отразилась на политике компании, поскольку Хьюберт сохранил за собой должность президента...
Использованы фото с сайта http://www.wordcraft.net/
Введение.
Всем нам неоднократно приходилось пользоваться карманными фонариками. Они необходимы в темное время суток (в этом году многие это ощутили, когда шли утром на работу или на занятия), при работе в неосвещаемом помещении. Сейчас на прилавках магазинов ещё можно встретить электрические фонари с лампами накаливания и большое разнообразие фонариков со светодиодами.
Цель данной работы: сравнить световую отдачу ламп накаливания и светодиодов. Изучить разнообразие электрических фонарей и их экономичность.
Задачи: сравнить световую отдачу светодиодов и ламп накаливания измеряя фототок.
Построить график тока разрядки гальванических элементов при работе ламп накаливания и светодиодов, сравнить излучение источников света от разряда батареи.
Определить преимущества и недостатки каждого типа источника света
Из истории создания электрического фонарика.
1896 год - первый электрический фонарь. Корпус этого фонаря был выполнен из дерева. Фонарь имел ручку для переноски, выключатель для включения и выключения, эту роль выполняла металлическая пластина, которая при повороте замыкала электрические
1899 год - первый ручной фонарь электрический цилиндрической формы,
В наши дни - это совсем другие электрические фонарики на батарейках квадратных , выполненные по передовым технологиям, с использованием современных материалов, источников тока и источников освещения.
За прошедшие сто лет форма фонариков почти не изменилась. По форме можно выделить две основные группы: цилиндрические и квадратные.
По источнику света фонарики делятся на классы: на лампах накаливания и светодиодами.
Устройство лампы накаливания.
очень низкий КПД у ламп накаливания, расходуют электроэнергии на свет всего 5% мощности, 95% на тепло. Лампы накаливания затрачивают электричество больше на нагрев нити, чем на свет
Устройство светодиода.
Светодио́д или светоизлучающий диод (СД , СИД , LED англ Light-emitting diode ) - п олупроводниковый прибор с электронно-дырочным переходом или контактом металл-полупроводник, создающий видимое излучение при пропускании через него электрического тока. Излучаемый свет лежит в узком диапазоне спектра, его спектральные характеристики зависят в том числе от химического состава использованных в нём полупрово дников . Устройство светодиодов различных типов упрощенно представлено на Рисунке Свет, излучаемый полупроводниковым кристаллом, попадает в миниатюрную оптическую систему, образованную сферическим рефлектором и самим прозрачным корпусом диода, имеющим форму линзы
В отличие от ламп накаливания светодиоды излучают свет в относительно узкой полосе спектра, ширина которой составляет 20-50 нм
Светодиоды встраивают куда угодно, во многие сферы жизнедеятельности человека и не только, эти новые источники света не обошли стороной и фонари.
Но на столько ли они эффективны, как кажется?
Проведение эксперимента.
Для измерения силы тока и напряжения использовал цифровой мультиметр, вольтметр и милиамперметр.
Одной из характеристик источников света, позволяющей сравнивать их экономичность, является коэффициент световой отдачи. Он определяется отношение полного светового потока Ф, посылаемого лампой (в люменах), к мощности Р, затрачиваемой на питание лампы (в ваттах):
Очевидно, что чем источник экономичен, тем выше его коэффициент световой отдачи.
Селеновый фотоэлемент освещал лампой накаливания от карманного фонаря и светодиодами с различных расстояний, чтобы они создавали одинаковую освещенность Е фотоэлемента. Освещенность фотоэлемента определял по показаниям микроамперметра, подключенного к его клеммам. При освещении фотоэлемента лампой накаливания с расстояния 20см фототок составил 18 мкА. Чтобы получить такой фототок (т.е. такую же освещенность) светодиоды пришлось удалить на расстояние 51 см.
то для того, чтобы найти отношение коффициентов световой отдачи, достаточно измерить освещенность фотоэлемента с помощью микроамперметра и расстояние R линейкой. Потребляемую мощность P измерил амперметром(A) и вольтметром(B).
Коэффициент световой отдачи для светодиода получился в 12,3 раза больше, чем для лампы накаливания.
Опыт 2. Зависимость разрядки батарей от времени работы осветительного прибора.
Собрал установку из двух гальванических батареек, лампочки, вольтметра, амперметра и соединительных проводов в одной цепи, и вторую цепь состоящую из фотоэлемента и микроамперметра. Включил лампу и стал снимать показания приборов через 20 минут. Данные записал в таблицу. Из таблицы и графика видно, что при работе лампы накаливания разрядка элементов идет значительно быстрее чем при работе светодиодов и освещенность фотоэлемента тоже падает, а освещенность фотоэлемента от светодиодов остается практически неизменной, т.к. при работе светодиоды потребляют меньше тока, чем при запуске.
Дальнейшее совершенствование электрических фонарей
а) по размерам (таб.3)
б) по химическому составу
Большая часть электрических фонарей, подразделяются на две основные категории:
Фонари, которые являются очень яркими, фонари на мощных галогенных лампах, а лучше выбирать фонари на сверхярких светодиодах.Они пользуются популярностью у полиции, военных и МЧС, разных охранных структур и жилищных хозяйств. Такие, очень мощные электрические фонари стоят значительно дороже.
К этой группе относятся и тактические фонари. В продаже можно увидеть лазерные патроны для холодной пристрелки.
1.электрические фонарики на батарейках выполненные по передовым технологиям, с использованием современных материалов, источников тока и источников освещения.
2. Есть фонари вообще без батареек и аккумуляторов, такие электрические фонари используют индукционную энергию или солнечную, и это динамо фонари. В основе их работы лежит явление электромагнитной индукции.
3. Сегодня уже никого не удивишь электрическим фонарём, который можно неоднократно перезаряжать, где нет внутри батареек, там стоят надёжные, неоднократно перезаряжаемые аккумуляторы - это аккумуляторные фонари.
4. С появлением в производстве миниатюрных источников тока - батареек и очень надёжных источников света - светодиодов, появилась возможность производить фонари миниатюрных размеров – фонарики-брелки.
|
Лампа накаливания |
светодиод |
Фонарь светодиодный |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Приложение.
Миниатюрные лампы накаливания.
Проведение эксперимента
Разряд батареи от лампы накаливания и светодиодов
а)от лампы накаливания
|
напряжение, В |
сила тока. А |
время, мин |
мощность, Вт |
|
3,5 |
0,16 |
0 |
0,56 |
|
3,2 |
0,15 |
20 |
0,48 |
|
2,8 |
0,13 |
40 |
0,36 |
|
2,6 |
0,12 |
60 |
0,31 |
|
2,3 |
0,11 |
80 |
0,25 |
|
2,2 |
0,1 |
100 |
0,22 |
Падение мощности батарейки
б)от светодиодов
|
напряжение, В |
сила тока. А |
время, мин |
мощность, Вт |
|
3,5 |
0,1 |
0 |
0,35 |
|
3,4 |
0,1 |
20 |
0,34 |
|
3,35 |
0,1 |
40 |
0,34 |
|
3,33 |
0,098 |
60 |
0,33 |
|
3,2 |
0,096 |
80 |
0,31 |
|
3  ,15
|
0,093 |
100 |
0,29 |
Виды гальванических элементов
|
Размер в мм |
Название |
Стандарт |
||
|
IEC (щелочные/ солевые) |
ANSI* |
JIS* (щелочные/ солевые) |
||
|
диаметр 14,5 высота 50,5 |
Mignon (Пальчиковая) |
LR6/R6 |
AA |
AM3/UM3N |
|
диаметр 10,5 высота 44,5 |
Micro |
LR03/R03 |
AAA |
AM4/UM4N |
|
диаметр 26,2 высота 50 |
Baby |
LR14/R14 |
C |
AM2/UM2N |
|
диаметр 34,2 высота 61,5 |
Mono |
LR20/R20 |
D |
AM1/UM1N |
|
26 x 22 x 67 |
9V Bloc |
6LR61/6F22 |
1604D |
6AM6/006PN |
Думайте сами, решайте сами…..
|
Лампа накаливания |
светодиод |
Фонарь светодиодный |
|
высокое потребление электроэнергии лампой накаливания |
минимальное потребление электроэнергии светодиодом, низкое рабочее напряжение |
Низкое напряжение питания фонарей от 1,5 В при минимальном потреблении электроэнергии, Батарейки или аккумулятора теперь хватает не на часы, а на сутки. |
|
мерцание и вспышки светового потока при изменениях напряжения питания лампы накаливания, а при падении напряжения, свет тускнеет |
не зависимо от падения напряжения, светодиодное освещение постоянное, для этого используется импульсный режим питания светодиодов |
Постоянная яркость светового потока светодиодного фонаря не зависимо от падения напряжения источника тока. |
|
лампа накаливания боится ударных и механических нагрузок, вибрации, тряски |
светодиод устойчив к вибрациям и ударным нагрузкам, механически прочен и исключительно надежен |
Высокая надёжность источника света к ударным и механическим нагрузкам. |
|
колбы ламп накаливания сильно нагреваются, очень высокая рабочая температура |
светодиод - это минимальный нагрев, всего 20% электричества тратится на тепло |
Минимальный нагрев отражателя фонаря. |
|
лампа накаливания боится частого включения и выключения, основная причина, резкие перепады напряжения |
частое включение и выключение никак не влияет на срок эксплуатации светодиода |
Светодиод - надёжный источник света для фонаря. |
Светодиодов в хорошем фонаре несколько, если даже вдруг перегорит один из светодиодов, Вы не останетесь без света!
Как появились первые фонари :
Первые осветительные устройства появились многие тысячелетия назад. Когда заходило солнце, и наступала тьма, человек оставался беззащитным от скрывающихся в сумраке хищников. Приручив огонь, первобытный человек стал им пользоваться в темное время суток. Огонь давал свет, тепло, защищал от диких животных. Необходимость безопасного передвижения в ночное время привела к тому, что появились факелы, ставшие своеобразным переносным источником света.
Открытия в сфере электричества привели к возможности использовать его для создания электрических осветительных приборов. Попытки использовать электричество для освещения были еще в первой половине девятнадцатого века. Так, в 1838 году бельгийский ученый Жобар создал осветительный прибор с угольной нитью накаливания, а через два года была сконструирована лампа накаливания с платиновой нитью.
Открытие явления электролюминесценции полупроводников в ХХ веке привело к созданию светодиодов - полупроводниковых кристаллов, излучавших свет под действием подающегося на них напряжения. Появление светодиодов произвело настоящую революцию в осветительной сфере, и привело к созданию осветительных приборов с высокой яркостью и низкой энергоемкостью.
Различные типы фонарей - преимущества и недостатки :
В настоящее время наиболее распространены следующие виды фонарей:
- - галогенные фонари;
- - светодиодные фонари;
- - ксеноновые фонари (газоразрядные).
Галогенные светильники (фонари) имеют низкую стоимость, что относится к несомненным достоинствам. К сожалению, их недостатки перекрывают низкую цену.
К ним относятся:
- короткий срок эксплуатации;
- низкий КПД (много энергии тратится на излучаемое тепло);
- неустойчивость к вибрационным нагрузкам;
- сложно сфокусировать свет.
Мощная иллюминация мегаполисов, уличное освещение небольших поселений сделали жизнь современных людей активной, вне зависимости от времени суток. При этом никто не задумывается над вопросом – а кто изобрел электрическое уличное освещение, и как создавались фонари.
Первые уличные фонари и их создатели
Искусственное освещение улиц вошло в обиход с 15 века. Самый первый фонарь давал малую площадь освещения, так как в нем использовались парафиновые свечи или конопляное масло. Благодаря керосину, уровень яркости на улицах удалось повысить. Но революционный прорыв произошел, когда изобрели первую электрическую лампу, в конструкции которой использовались сначала угольные, а затем вольфрамовые и молибденовые нити.
Ян ван дер Хейден
Голландский художник и изобретатель Хейден в 17 веке предложил расположить масляные фонари вдоль улиц Амстердама. Благодаря системе, изобретенной Хейденом, в 1668 году сократилось число падений людей в каналы, которые не были огорожены, снизилось число преступлений на улицах, облегчилась работа пожарных при тушении очагов возгорания.
Уильям Мердок
В 19 веке Уильям Мердок выдвинул интересную мысль о способе освещения улиц газом, но над ним посмеялись. Вопреки насмешкам, Мердок наглядно доказал, что это возможно. Так на улицах Лондона в 1807 году загорелись первые газовые приборы освещения. Немногим позже конструкция изобретателя распространилась на другие столицы Европы.
Павел Яблочков
В 1876 году русский инженер Павел Николаевич Яблочков изобрел электрическую свечу и установил ее в сферу из стекла. Конструкция была простая, но эффективная. Поверх свечей проходила угольная нить. При соприкосновении с током нить прогорала, а между свечами загоралась дуга. Это явление, называемое дуговым электричеством, положило начало первым электрическим приборам. Русские «свечи», как их называли, были установлены на Литейном мосту в 1879 году. Также 12 светильников Яблочкова зажглись на разводном мосту через Неву. Изобретение электрического уличного освещения стало началом новой эпохи в использовании электротока.
Интересный факт: в 1883 году во время коронации императора Александра III благодаря лампам накаливания освещалась круговая зона около Храма Христа Спасителя и Кремля.
Плодами изобретения воспользовались в европейских столицах.
Парижские и берлинские улицы, магазины, прибрежные зоны – все было освещено уличными светильниками, созданными по этой технологии Яблочкова. Жители назвали уличную иллюминацию символично: «русский свет», а Павел Яблочков, русский инженер, который изобрел электрическое уличное освещение, стал известен в то время во всех просвещенных кругах Европы.
Однако, после того, как многие мировые столицы осветились ярким, но непродолжительным светом дугового электричества «свечей» Яблочкова, эти приборы просуществовали всего несколько лет. Их заменили более совершенные лампы накаливания. Изобретение русского инженера было практически забыто, а сам Павел Николаевич умер в бедности в провинциальном Саратове.
Новый этап в развитии уличного освещения
Весомый вклад в разработку электрического уличного освещения внес русский ученый Александр Николаевич Лодыгин и американец Томас Алва Эдисон.
Лодыгин создал конструкцию лампочки, за основу работы которой взял молибденовые и вольфрамовые нити, закрученные спиралью. Это был прорыв в области электрических открытий. Один из важнейших критериев осветительного прибора – продолжительность эксплуатации. Именно Лодыгин поднял ресурс своих ламп с 30 минут до нескольких сотен часов работы. Он же впервые стал использовать лампы с вакуумом, откачивая из них воздух. Это давало возможность намного продлить срок службы осветительного прибора.
Впервые лампы накаливания Лодыгина появились в уличном освещении Одесской улицы в Санкт-Петербурге в 1873 году.
Получив патент и премию за свое изобретение, Александр Николаевич не смог распространить его в массы. Талантливый инженер не имел предпринимательской хватки и не смог довести производство до нужных масштабов.
Упорством в достижении своей цели отличался другой инженер – американец Томас Эдисон. Именно он, взяв за основу изобретение Лодыгина, усовершенствовал его конструкцию и смог внедрить в широкое производство. Нельзя сказать, что Эдисон получил свою славу незаслуженно. Ведь он упорно проводил тысячи экспериментов и разработал очень важный этап в электрическом освещении – от источника тока до потребителя, что позволило запустить электрическое освещение в масштабах целых городов.
Так, благодаря знаниям русского инженера Лодыгина и проворности американского ученого Эдисона, электрическое уличное освещение вытеснило газовые фонари.
Как выглядели первые фонари: видео
29.05.2011
Многим покажется странным, что вроде бы такое нехитрое устройство, как привычный всем - изобретение совсем недавнее. Он был придуман в конце девятнадцатого столетия, несмотря на то, что в то время дома уже практически повсеместно освещались электрическими лампочками.
Скорее всего, создание компактного переносного фонаря затормозило то обстоятельство, что в те времена еще не было сухих элементов питания. Существующие на тот момент батарейки представляли собой наполненные жидким электролитом емкости, которые было затруднительно носить с собой. Поэтому, когда речь заходит об этом изобретении, стоит вначале упомянуть Карла Гасснера - именно он в 1886 году впервые изобрел и запатентовал элемент питания, из которого, как ни верти, электролит не вытекал.
Сам же , ставший прообразом современных электрических фонариков, был создан в 1899 году американским изобретателем Давидом Майселлем. Свой патент он в том же году продал компании American Electrical Novelty and Manufacturing Company, которая была основана Конрадом Хьюбертом, эмигрантом из Белоруссии. Внешне изобретение Майселля очень напоминало современный фонарик брелок, только в увеличенном виде - он представлял собой плотную картонную трубку, в которую была вмонтирована лампочка с линзой и металлическим отражателем. Внутри трубки располагались три цилиндрических источника питания. Первый фонарик имел весьма необычный по своей конструкции выключатель - для того, чтобы его зажечь, нужно было нажать на металлическое кольцо, прикрепленное к металлическому обручу, охватывающему корпус. Эту довольно неудобную конструкцию вскоре сменил более эргономичный и надежный выключатель, придуманный Конрадом Хьюбертом.
Поскольку батарейки не отличались большим ресурсом, первые фонарики светили довольно тускло и в отличие от современных изделий использовались не как источник яркого света, а в качестве вспышки, способной на мгновение осветить что-то необходимое. Поэтому и название переносной фонарик у американцев получил соответствующее, flashlight - мигающий свет или вспышка света. А вот англичане дали карманному электрическому фонарю уже другое название - torch, то есть факел. Связано это, вероятнее всего, с тем, что эти устройства прибыли на Туманный Альбион в усовершенствованном виде. Конечно, это еще не был такой яркий, знакомый нам сейчас светодиодный фонарик, но все же он претерпел значительные изменения в лучшую сторону.
Все это время Майсселль и Хьюберт совместно работали над совершенствованием конструкции электрического фонарика, однако прославились они лишь тогда, когда их детище по достоинству было оценено полицейскими Нью-Йорка - изобретатели раздавали им фонари в целях рекламы.
Серийное производство фонарей, которые выпускались под брендом Eveready, было налажено в 1905 году компанией The American Ever Ready Company, в которую Хьюберт переименовал свою фирму. Теперь же они широко распространенны и можно повсеместно.
