Principiul funcționării, dispozitivului, caracteristicilor și eficienței lămpilor cu incandescență

Un clic al întrerupătorului - iar camera întunecată se schimbă imediat, detaliile celor mai mici elemente ale interiorului devenind vizibile. Deci, instantaneu, energia de la dispozitivul mic se răspândește, inundând lumina din jur. Ce te face să creezi o astfel de radiație puternică? Răspunsul este ascuns în numele dispozitivului de iluminare, care se numește o lampă cu incandescență.

Istoria creării primelor elemente de iluminat

Originile primului lămpi incandescente datează de la începutul secolului al XIX-lea. Sau mai degrabă, lampa a apărut puțin mai târziu, dar efectul luminiscenței de platină și tije de cărbune sub acțiunea energiei electrice a fost deja încercat să le respecte. Înainte de oamenii de știință au existat două întrebări dificile:

• găsirea de materiale cu rezistență ridicată care pot fi încălzite sub influența curentului asupra emisiei de lumină;
• prevenirea arderii rapide a materialului în aer.

Cele mai fructuoase din acest domeniu au fost cercetarea și invențiile omului de știință rus Alexander Nikolayevich Lodygin și americanului Thomas Edison.

Lodygin a propus utilizarea de tije de carbon ca un element incandescent, care se afla intr-un balon sigilat. Dezavantajul designului a fost dificultatea de evacuare a aerului, rămășițele cărora au contribuit la arderea rapidă a tijei. Dar totuși lămpile sale au ars câteva ore, iar dezvoltările și brevetele au devenit baza pentru crearea de dispozitive mai durabile.

Om de știință american Thomas Edison, citind lucrarea Lodygina făcut balon de vid eficient, care este plasat în cărbune de fire din fibre de bambus. De asemenea, Edison a livrat capacul lămpii la racordul filetat inerent lămpilor moderne și a inventat o varietate de elemente electrice, cum ar fi: siguranțe, comutator rotativ și multe altele. Eficiența lămpii incandescente a lui Edison a fost mică, deși ar putea funcționa până la 1000 de ore și ar fi fost aplicată în practică.

Ulterior, în loc de elemente de carbon, sa propus utilizarea metalelor refractare. Fibra de wolfram, folosită în lămpi moderne cu incandescență, a fost de asemenea patentată de Lodygin.

Designul și funcționarea lămpii

Designul lămpii cu incandescență nu sa schimbat fundamental de mai bine de o sută de ani. Acesta include:

• Un balon strâns care limitează spațiul de lucru și este umplut cu un gaz inert.
• Baza, care are o formă de spirală. Acesta servește pentru a ține lampa în cartuș și a le conecta electric la componentele live.
• Conductorii conducând curentul de la capac până la spirală și ținându-l.
• Fiul incandescentei, a cărui încălzire creează radiații de energie luminoasă.

Când un curent electric trece printr-o spirală, acesta se încălzește instantaneu până la cele mai ridicate temperaturi de până la 2700 de grade. Acest lucru se datorează faptului că spirala are o mare rezistență la curent și pentru a depăși această rezistență consumă o mulțime de energie, care este eliberat ca căldură. Căldura încălzește metalul (tungsten) și începe să emită fotoni de lumină. Datorită faptului că balonul nu conține oxigen, tungstenul nu se oxidează în timpul încălzirii și nu arde. Gazul inert păstrează particulele metalului fierbinte din evaporare.

Care este eficiența lămpilor cu incandescență

Coeficientul de eficiență arată ce procent din energia consumată este transformat în muncă utilă și care nu este. În cazul unei lămpi cu incandescență de eficiență este scăzută, deoarece numai 5-10% din energia merge în emisia de lumină, restul este eliberat sub formă de căldură.

Eficiența primelor lămpi incandescente, în care tija de cărbune a ieșit din miezul cărbunelui, era chiar mai mică comparativ cu dispozitivele moderne. Acest lucru se datorează pierderilor suplimentare pentru convecție. Filamentele spirale au un procent mai mic din aceste pierderi.

Eficiența unei lămpi cu incandescență depinde direct de temperatura de încălzire a spiralei. Lampa spirală standard de 60W se încălzește până la 2700 ordm-C, cu o eficiență de numai 5%. Puteți ridica valoarea de încălzire la 3400 ordm-C, crescând tensiunea, dar acest lucru va reduce durata de viață a dispozitivului cu mai mult de 90%, deși lampa se va aprinde mai luminos, iar eficiența va crește la 15%.

Este greșit să credem că creșterea puterii lămpii (100, 200, 300 W) duce la o creștere a eficienței doar pentru că luminozitatea dispozitivului a crescut. Lampa a început să strălucească mai mult datorită puterii mai mari a spiralei în sine și datorită luminii mai mari. Dar costurile cu energia au crescut de asemenea. Prin urmare, eficiența unei lămpi incandescente de 100 W va fi, de asemenea, între 5-7%.

Tipuri de lămpi cu incandescență

Lămpile cu lămpi sunt de diferite forme și funcții. Ele sunt împărțite în dispozitive de iluminat:

• Aplicare generală. Acestea includ lămpi de uz casnic de diferite puteri, proiectate pentru o tensiune de 220 V.
• Execuția decorativă. Acestea au tipuri non-standard de baloane sub formă de lumânări, sfere și alte forme.
• Tip iluminat. Lămpi cu putere redusă cu acoperire colorată pentru crearea de iluminări colorate.
• Scopul local. Dispozitive de tensiune în condiții de siguranță de până la 40 V. Aplicate pe mese de producție, pentru stații de lucru de iluminat ale mașinilor-unelte.
• Cu o acoperire în oglindă. Becuri care creează lumină direcțională.
• Tipul de semnal. Ele sunt folosite pentru a lucra în panouri de instrumente de diverse dispozitive.
• Pentru transport. O gamă largă de lămpi cu rezistență crescută la uzură și fiabilitate. Caracterizat printr-un design convenabil, care presupune înlocuirea rapidă.
• Pentru spoturi. Becuri de putere mare, ajungând până la 10 000 W.
• Pentru dispozitive optice. Becuri pentru proiectoare de film și dispozitive similare.
• Commutator. Utilizate ca segmente ale indicatorului de afișare digitală a instrumentelor de măsurare.

Fețele pozitive și negative ale tuburilor cu filamentul

Dispozitivele de iluminare de tip filament au propriile caracteristici. Pentru a fi pozitiv este posibil să poarte:

• aprinderea instantanee a spiralei;
• siguranța mediului;
• dimensiuni mici;
• un preț acceptabil;
• abilitatea de a crea dispozitive de diferite puteri și tensiuni de operare atât AC cât și DC;
• universalitatea aplicării.

Pentru a nega:

• eficiența scăzută a lămpii cu incandescență;
• sensibilitate la supratensiuni, ceea ce reduce durata de viață;
• scurte ore de lucru, care nu depășesc 1000;
• incendierea lămpilor datorită încălzirii puternice a becului;
• fragilitatea structurii.

Alte tipuri de iluminat

Există lampi de iluminat, a cărui principiu de funcționare diferă radical de funcționarea lămpilor cu incandescență. Acestea includ lămpi cu descărcare în gaz și cu LED.

Arc sau lămpi de descărcare există un număr mare, dar toate se bazează pe strălucirea gazului atunci când apare un arc între electrozii. Strălucirea apare în spectrul ultraviolet, care apoi este transformat în ochiul vizibil în ochiul uman prin trecerea prin stratul de fosfor.

Procesul care se produce într-o lampă cu descărcare în gaz include două etape de lucru: crearea unei descărcări cu arc și menținerea ionizării și strălucirii gazului în balon. Prin urmare, toate tipurile de astfel de dispozitive de iluminat au un sistem de control curent. Dispozitivele luminescente au o eficiență mai mare comparativ cu eficiența lămpilor incandescente, dar sunt nesigure, deoarece conțin vapori de mercur.

Dispozitivele de iluminat cu LED sunt cele mai moderne sisteme. Eficiența lămpilor cu incandescență și a lămpilor cu LED-uri este incomparabilă. În cele din urmă ajunge la 90%. Principiul funcționării LED-ului se bazează pe strălucirea unui anumit tip de semiconductor sub influența tensiunii.

Ce nu-ți place lampa cu incandescență

Durata de viață a unei lămpi cu incandescență convențională va fi redusă dacă:

1. Tensiunea din rețea este constant supraestimată din tensiunea nominală la care este proiectat dispozitivul de iluminare. Acest lucru se datorează unei creșteri a temperaturii de lucru a corpului de incandescență și, în consecință, o evaporare crescută a aliajului metalic, ceea ce duce la eșecul acestuia. Deși eficiența lămpii cu incandescență va fi mai mare.
2. Loviți ușor lampa în timpul funcționării. Când metalul este condiție roșu fierbinte până aproape de punctul de topire, iar distanța dintre spirele spirala este redusă datorită expansiunii substanței, orice mișcare mecanică, bruscă poate determina ochi imperceptibil interturn scurt-circuit. Aceasta reduce rezistența totală a helixului la curent, contribuie la încălzirea sa mai mare și arderea rapidă.
3. Pe vasul încălzit va fi umezeală. La punctul de impact, există o diferență de temperatură, care provoacă distrugerea sticlei.
4. Atingeți degetele la becul lămpii cu halogen. Lampa cu halogen este un fel de lampă cu incandescență, dar are o luminozitate mult mai mare și căldură. Când atingeți balonul, există de pe deget o pată invizibilă de grăsime. Sub influența temperaturii, arderea grăsimilor, formând un depozit, care împiedică transferul de căldură. Ca urmare, la punctul de atingere, sticla începe să se topească și poate exploda sau se poate umfla, perturbând modul de gaz în interior, ceea ce face ca spirala să se ardă. Lămpi cu halogen eficiența incandescenței este mai mare decât cea obișnuită.

Cum să înlocuiți o lampă

Dacă lampa este arsă, dar becul nu este distrus, atunci poate fi înlocuit după ce sa răcit complet. În acest caz, trebuie să opriți alimentarea. Când înșurubați lampa, ochii nu trebuie să fie îndreptați spre ea, mai ales dacă nu este posibilă oprirea electricității.

Când becul a rupt, dar a păstrat forma, este de dorit să ia o pânză de bumbac pliat în mai multe straturi și, strângând lampa ei, încercați să îndepărtați sticla. Clestele următoare, cu mânere izolate, deșurubați cu ușurință baza și înșurubați o nouă lampă. Toate operațiunile trebuie efectuate cu sursa de alimentare deconectată.

concluzie

În ciuda faptului că eficiența lămpii cu incandescență este redusă și are tot mai mulți concurenți, este relevantă în multe domenii ale vieții. Există chiar cel mai vechi bec care lucrează continuu de peste o sută de ani. Nu este aceasta o confirmare și o perpetuare a geniului gândului unui om care se străduiește să schimbe lumea?