Ксенон или галоген?

Раз уж затронули тему ламп, давайте продолжим.

Посмотрим, как работают лампы разного типа, а также ответим уже на этот волновавший до недавнего времени автомобилистов вопрос. Сейчас, кстати, данный вопрос уже не особо актуален, т.к. появились светодиоды, которые уничтожили всех своих конкурентов.

Самыми простыми электрическими лампами являются лампы накаливания, который были у всех дома. Там в колбе с откачанным воздухом через вольфрамовую нить пропускается электрический ток, который по закону Джоуля-Ленца нагревает эту нить до высокой температуры. А при нагревании ионы кристаллической решетки совершают колебания интенсивнее и испускают электромагнитные волны. Чем больше температура, тем более энергично колеблются ионы и тем выше энергия и частота излучения. При низких температурах они излучают в инфракрасном диапазоне, а при более высоких – уже в видимом, т.е. светятся. Это и происходит с вольфрамовой нитью в лампе. Тем не менее, лампы накаливания перегорают. И происходит это потому что при высокой температуре вольфрам с нити может потихоньку испаряться (минуя плавление) и осаждаться на более холодных стенках колбы (так появляется почернение на стекле). Через некоторое время нить истончается, рвется, и цепь размыкается.

Галогенные лампы – более усовершенствованные лампы накаливания. В них вместо вакуума накачивают пары галогенов – брома или йода. Эти газы вступают в химическую реакцию с испаряющимися с нити атомами вольфрама, причем этот процесс обратимый и зависит от температуры. Подальше от нити, где похолоднее вольфрам соединяется с йодом и бромом, образуя йодид или бромид вольфрама, а поближе, где пожарче – соединение снова распадается на вольфрам и галоген. Вновь освободившийся вольфрам может снова вернуться на нить. Так галогенный газ не дает вольфраму испаряясь осесть на стенках колбы и возвращает его в работу. Это существенно продлевает срок службы лампы и позволяет немного повысить температуру накала для более яркого света.

Ксеноновые лампы работают по-другому. Это газоразрядные лампы, похожие на бактерицидные, о которых я уже писал. В таких лампах все также, как при сварке – зажигается электрическая дуга и образуется плазма. Электроны, вылетающие с катода, ускоряясь высоким напряжением, сталкиваются с атомами газа и либо возбуждают их, либо ионизируют. При возбуждении, мы уже не раз об этом говорили, электрон переходит на более высокий энергетический уровень, а затем, возвращаясь обратно, испускает фотон. Из-за этого лампа и светится. При ионизации электрон совсем выбивается из атома ксенона и летит дальше. Это нужно, чтобы электроны не заканчивались и ток в газе поддерживался.

Перегорают ксеноновые лампы тоже по-другому. Так как у них нет нити, которая рвется, изнашиваются электроды. Образующаяся дуга очень горячая и постоянно взаимодействует с электродами (которые, кстати, тоже из вольфрама) и потихоньку их съедает (это называется эрозией). Электроды уменьшаются в размерах и увеличивается расстояние между ними, что влияет на стабильность дуги. Дуга становится не той формы, на которую рассчитана лампа, и начинает гаснуть. При сильном износе электродов расстояние становится таким, что напряжения не хватает, чтобы зажечь дугу. В добавление к этому, атомы вольфрама, вышедшие из электродов, попадают в колбу и оседают на ее стенках, что ухудшает световой поток и колба перегревается.

Подведем итог и перечислим плюсы и минусы двух типов ламп для ответа на вопрос из заголовка.

Галогенные лампы хороши своей простотой и дешевизной, имеют приятный цвет и мгновенно включаются (физика довольно примитивная). Но они имеют низкую яркость, по сравнению с газоразрядными лампами и короткий срок службы.

Ксеноновые лампы светят в разы ярче и служат дольше – это их главное преимущество. Но они более сложно устроены, требуют дополнительной электроники для управления, дорогие, и загораются не сразу (требуется время на зажигание дуги).

Для разных целей разные лампы хороши, а на дороге нужно не забывать о тех, кто едет навстречу.