Wie heißen die Teile einer Glühbirne? Sehen Sie in anderen Wörterbüchern, was „elektrische Lampe“ ist

Es stellt sich heraus, dass ein durch elektrischen Strom erhitzter Körper nicht nur Wärme abgeben, sondern auch glühen kann. Die ersten Lichtquellen funktionierten genau nach diesem Prinzip. Schauen wir uns an, wie eine Glühlampe, das am häufigsten verwendete Beleuchtungsgerät der Welt, funktioniert. Und obwohl es im Laufe der Zeit vollständig durch Kompaktleuchtstofflampen (energiesparend) und ersetzt werden muss LED-Quellen Licht wird die Menschheit noch lange nicht auf diese Technologie verzichten können.

Glühlampendesign

Das Hauptelement der Glühbirne ist eine Spirale aus einem feuerfesten Material – Wolfram. Um seine Länge und damit den Widerstand zu erhöhen, wird es zu einer dünnen Spirale gedreht. Es ist mit bloßem Auge nicht sichtbar.

Die Spirale ist auf Stützelementen montiert, an deren äußersten Enden die Spirale befestigt ist Stromkreis. Sie bestehen aus Molybdän, dessen Schmelzpunkt höher ist als die Temperatur der beheizten Spule. Eine der Molybdänelektroden ist mit dem Gewindeteil des Sockels verbunden, die andere mit dem zentralen Anschluss.

Molybdänhalter halten die Wolframwendel

Aus einem Glaskolben wurde Luft abgepumpt. Manchmal wird anstelle von Luft ein Inertgas hineingepumpt, beispielsweise Argon oder eine Mischung davon mit Stickstoff. Dies ist notwendig, um die Wärmeleitfähigkeit des Innenvolumens zu verringern, wodurch das Glas weniger anfällig für Erwärmung ist. Darüber hinaus verhindert diese Maßnahme eine Oxidation des Filaments. Bei der Herstellung einer Lampe wird Luft durch einen Teil der Glühbirne abgepumpt, der dann vom Sockel verdeckt wird.

Das Funktionsprinzip einer Glühlampe basiert auf der Erwärmung ihres Glühfadens durch elektrischen Strom auf eine Temperatur, bei der sie beginnt, Licht in den umgebenden Raum zu emittieren.

Glühlampen können mit einer Leistung von 15 bis 750 W hergestellt werden. Abhängig von der verwendeten Leistung verschiedene Typen Gewindebasen: E10, E14, E27 oder E40. Für Dekorations-, Signal- und Hintergrundbeleuchtungslampen werden BA7S-, BA9S- und BA15S-Fassungen verwendet. Bei der Installation werden solche Produkte in die Kartusche gesteckt und um 90 Grad gedreht.

Neben der üblichen Birnenform werden auch dekorative Lampen hergestellt, bei denen die Glühbirne die Form einer Kerze, eines Tropfens, eines Zylinders oder einer Kugel hat.

Eine Lampe mit einer Glühbirne ohne Beschichtung leuchtet in einem gelblichen Licht, dessen Zusammensetzung am ehesten an Sonnenlicht erinnert. Aber wenn es angewendet wird Innenfläche Glas mit Spezialbeschichtung kann matt, rot, gelb, blau oder grün werden.

Interessant ist das Design einer reflektierenden Glühlampe. Auf einen Teil seiner Glühbirne ist eine reflektierende Schicht aufgetragen. Dadurch wird der Lichtstrom aufgrund der Reflexion in eine Richtung umverteilt.

Vorteile von Glühlampen

Am meisten ein wichtiger Vorteil Der Vorteil der Verwendung von Glühlampen liegt in der einfachen Herstellung und dementsprechend im Preis. Einfacher Beleuchtungskörper unmöglich zu erfinden.

Lampen werden in einer breiten Palette von Wattagen und Gesamtabmessungen hergestellt. Andere moderne Quellen Leuchten enthalten Geräte, die die Versorgungsspannung auf den für ihren Betrieb notwendigen Wert umwandeln. Obwohl sie es schaffen, sie in den Standard zu pressen Maße Glühbirnen, aber gleichzeitig wird das Design komplizierter, die Anzahl der Teile im Gerät nimmt zu. Und dies verbessert nicht immer die Kosten- und Zuverlässigkeitsindikatoren. Der Glühlampenschaltkreis erfordert keine zusätzlichen Elemente.

Licht Diodenlampen ersetzte herkömmliche tragbare Geräte: tragbare Lichtquellen, die mit Batterien und Akkus betrieben wurden. Bei gleicher Lichtleistung verbrauchen sie weniger Strom und die Gesamtabmessungen der LED sind sogar kleiner als die bisher in Taschenlampen verwendeten Glühbirnen. Und erfolgreicher wirken sie als Teil von Christbaumgirlanden.

Erwähnenswert ist ein weiterer Vorteil von Glühlampen: Ihr Lumineszenzspektrum kommt dem der Sonne am nächsten als dem aller anderen künstlichen Lichtquellen. Und das ist ein großes Plus für das Sehvermögen, denn es ist speziell an die Sonne angepasst und nicht an monochrome LEDs.

Aufgrund der thermischen Trägheit des erhitzten Filaments pulsiert das von ihm ausgehende Licht praktisch nicht. Das Gleiche gilt nicht für die Strahlung anderer Geräte, insbesondere von Lumineszenzgeräten, die als Vorschaltgerät eine normale Induktivität anstelle einer Halbleiterschaltung verwenden. Und Elektronik, vor allem billige, unterdrückt die Welligkeit des Netzwerks nicht immer richtig. Dies wirkt sich auch auf das Sehvermögen aus.

Doch nicht nur die Gesundheit kann durch den pulsierenden Betrieb der eingesetzten Halbleiterbauelemente geschädigt werden moderne Lampen Gläser. Ihr massiver Einsatz führt zu einer starken Änderung der Form des aus dem Netz verbrauchten Stroms, was sich letztendlich auf die Form der Spannung auswirkt. Es ändert sich gegenüber dem Original (Sinus) so stark, dass es die Betriebsqualität anderer Elektrogeräte im Netzwerk beeinträchtigt.

Nachteile von Glühlampen

Ein wesentlicher Nachteil von Glühlampen, der ihre Lebensdauer verkürzt, ist ihre Abhängigkeit vom Wert der Versorgungsspannung. Mit zunehmender Spannung verschleißt das Filament schneller. Lampen werden für unterschiedliche Werte dieses Parameters (bis 240 V) hergestellt, leuchten jedoch beim Nennwert schlechter.

Ein Spannungsabfall führt zu einer starken Änderung der Intensität des Glühens. Und Vibrationen wirken sich noch schlimmer auf das Beleuchtungsgerät aus: Bei plötzlichen Schwankungen kann die Lampe durchbrennen.

Das Schlimmste ist jedoch, dass das Filament für einen langen Betrieb im erhitzten Zustand ausgelegt ist. Beim Erhitzen Widerstand erhöht sich. Daher ist im Moment des Einschaltens, wenn der Faden kalt ist, sein Widerstand viel geringer als der, bei dem das Glühen auftritt. Dies führt im Moment der Zündung zwangsläufig zu einem Stromstoß, der zur Verdampfung von Wolfram führt. Je mehr Schalter vorhanden sind, desto kürzer ist die Lebensdauer der Lampe.

Abhilfe schaffen Geräte zum Sanftanlauf oder mit denen Sie die Helligkeit des Glühens in einem weiten Bereich regulieren können.

Der größte Nachteil von Glühlampen ist ihr niedriger Koeffizient nützliche Aktion. Der überwiegende Teil des Stroms (bis zu 96 %) wird für die nutzlose Erwärmung der Umgebungsluft und Strahlung im Infrarotspektrum aufgewendet. Daran kann man nichts ändern – das ist das Funktionsprinzip einer Glühlampe.

Und noch etwas: Das Glas der Flasche kann leicht zerbrechen. Aber im Gegensatz zu Kompaktleuchtstofflampen, die im Inneren eine geringe Menge Quecksilberdampf enthalten, stellt eine kaputte Glühlampe, abgesehen von einem möglichen Schnitt, keinerlei Gefahr für den Besitzer dar.

Halogenlampen

Die Ursache für das Durchbrennen einer Glühlampe ist das allmähliche Verdampfen des Wolframs, aus dem der Glühfaden besteht. Es wird dünner und schmilzt beim nächsten Stromstoß beim Einschalten an der dünnsten Stelle.

Mit Brom- oder Joddampf gefüllte Halogenlampen sollen diesen Nachteil beseitigen. Beim Verbrennen verbindet sich verdampftes Wolfram mit Halogen. Die resultierende Substanz kann sich nicht an den Wänden des Kolbens oder anderen relativ kalten Innenflächen ablagern.

In der Nähe des Glühfadens wird Wolfram unter Temperatureinfluss aus der Verbindung entfernt und an seinen Platz zurückgebracht.

Der Einsatz von Halogenen löst ein weiteres Problem: Die Temperatur der Spirale kann erhöht werden, wodurch die Lichtleistung erhöht und die Größe des Leuchtmittels verringert wird. Daher sind die Abmessungen von Halogenlampen bei gleicher Leistung kleiner.

Per Definition ist eine Glühlampe elektrische Quelle Licht, bei dem sich der Glühkörper, bei dem es sich in der Regel um einen feuerfesten Leiter handelt, in einem evakuierten oder mit einem Inertgas gefüllten Kolben befindet und mit Hilfe eines durch ihn fließenden elektrischen Stroms auf eine hohe Temperatur erhitzt wird. Dadurch wird sichtbares Licht emittiert. Für den Glühfaden wird eine Legierung auf Wolframbasis verwendet.

Glühlampe allgemeiner Zweck(230 V, 60 W, 720 lm, E27-Sockel, Gesamthöhe ca. 110 mm

Funktionsprinzip einer Glühlampe

Nun, hier ist alles ganz einfach. Elektrischer Strom fließt durch den Glühfadenkörper und erwärmt ihn. Das Filament sendet elektromagnetische Wärmestrahlung aus, die dem Planckschen Gesetz entspricht. Seine Funktion weist ein temperaturabhängiges Maximum auf. Steigt die Temperatur, verschiebt sich das Maximum zu kürzeren Wellenlängen. Um sichtbare Strahlung zu erzeugen, muss die Temperatur mehrere tausend Grad betragen. Beispielsweise entspricht das Licht bei einer Temperatur von 5770 K (der Temperatur auf der Sonnenoberfläche) dem Spektrum der Sonne. Wenn die Temperatur sinkt, ist weniger sichtbares Licht vorhanden und die Strahlung ist rot.

Allerdings wird nur ein Teil der Energie in Strahlung umgewandelt, der Rest wird für Wärmeleitung und Konvektion aufgewendet. Ein kleiner Teil der Strahlung liegt im sichtbaren Bereich, der Rest liegt im sichtbaren Bereich Infrarotstrahlung. Um die Effizienz einer Glühbirne zu steigern und dadurch „weißes“ Licht zu erhalten, muss die Temperatur des Glühfadens erhöht werden, ihre Grenze wird jedoch durch die Eigenschaften des Materials begrenzt. Beispielsweise wird es einer Temperatur von 5771 K nicht standhalten, da keine davon dem Menschen bekannt Materialien beginnen bei dieser Temperatur zu schmelzen, zu kollabieren oder einfach nicht zu leiten elektrischer Strom. Heutzutage sind Glühlampen mit einem Glühfaden ausgestattet, der dem maximalen Schmelzpunkt standhält. Dabei handelt es sich hauptsächlich um Wolfram, das 3410 °C aushält, seltener auch um Osmium mit einer Grenze von 3045 °C.

Die Qualität des Lichts wird anhand der Farbtemperatur beurteilt. Eine gewöhnliche Glühbirne hat eine Temperatur von 2200 - 3000 K und strahlt Gelb, was alles andere als tagsüber ist.

Doch an der Luft hält Wolfram solchen Temperaturen nicht stand. Es verwandelt sich sofort in Oxid und muss daher erzeugt werden spezielle Bedingungen. Bei der Herstellung einer Lampe wird Luft aus der Glühbirne gepumpt, aber mit dieser Technologie werden heutzutage nur Lampen mit geringer Leistung (bis zu 25 W) hergestellt. Die Glühbirnen effizienterer Lampen enthalten ein Edelgas (normalerweise Stickstoff, Argon oder Krypton). Aufgrund des hohen Drucks verdampft Wolfram nicht so schnell. Dadurch erhöht sich auch die Lebensdauer und Sie können die Filamenttemperatur erhöhen, was die Effizienz erhöht und Sie dem weißen Spektrum der Strahlung näher kommen lässt. Gasgefüllte Lampen verdunkeln sich durch die Ablagerung von Glühfadenmaterial nicht so schnell wie Vakuumlampen.

Woraus besteht eine Glühlampe? Wir werden es jetzt herausfinden. Im Allgemeinen hängt ihre Gestaltung vom Verwendungszweck ab, die Hauptelemente sind jedoch die Glühlampe, der Glühkörper und die Stromzuführungen. Lampen werden für bestimmte Zwecke hergestellt, daher können einige ungewöhnliche Glühfadenhalter, einen fehlenden Sockel, einen Sockel einer anderen Größe oder eine zusätzliche Glühbirne haben. IN einfache Lampen Sie können eine Sicherung finden – das ist eine Verbindung, die aus einer Ferronickel-Legierung besteht und in den Spalt einer der Stromleitungen eingeschweißt ist. Dieser Link befindet sich normalerweise im Bein. Sein Zweck besteht darin, zu verhindern, dass die Glühbirne zusammenbricht, wenn der Glühfaden bricht. Beim Reißen des Fadens entsteht ein Lichtbogen, der den verbleibenden Faden schmelzen kann. Geschmolzenes Metall kann das Glas beschädigen und einen Brand verursachen. Und dank der Sicherung kann dies vermieden werden, da sie beim Auftreten eines Lichtbogens, dessen Strom um ein Vielfaches höher ist, zerstört wird Nennstrom Lampen. Die Ferronickel-Verbindung befindet sich in einem Hohlraum, in dem der Druck dem atmosphärischen Druck entspricht, sodass der Lichtbogen problemlos ausgeht. Ihre geringe Effizienz führte zu ihrer Aufgabe.

Design einer Glühlampe: 1 - Glühbirne; 2 - Kolbenhohlraum (vakuumiert oder mit Gas gefüllt); 3 - Filamentkörper; 4, 5 - Elektroden (Stromeingänge); 6 - Hakenhalter des Filamentkörpers; 7 - Lampenbein; 8 - externe Verbindung der Stromleitung, Sicherung; 9 - Grundkörper; 10 - Basisisolator (Glas); 11 - Kontakt der Unterseite der Basis.

Flasche

Dank der Glühbirne ist der Glühkörper vor atmosphärischen Gasen geschützt. Um die Größe der Glühbirne zu bestimmen, muss man wissen, mit welcher Geschwindigkeit sich das Material des Glühkörpers ablagert.

Gasumgebung

Zunächst wurden die Lampen evakuiert. Heutzutage enthalten Lampen Edelgas (ausgenommen Lampen mit geringer Leistung). Je größer die Molmasse eines Gases ist, desto weniger Wärme geht aufgrund der Wärmeleitfähigkeit verloren. Zu den beliebtesten Gasmischungen gehören Stickstoff N2 und Argon Ar (aufgrund der geringen Kosten). Es können auch reines getrocknetes Argon, Xenon Xe oder Krypton Kr verwendet werden.

Molmassen von Gasen:

• N2 – 28,0134 g/mol;
• Ar: 39,948 g/mol;
• Kr – 83,798 g/mol;
• Xe – 131,293 g/mol;

Eine besondere Gruppe von Lampen sollte umfassen Halogen, da in ihren Kolben Halogene oder deren Verbindungen eingebracht werden. Das Material des Filamentkörpers verdampft und verbindet sich mit Halogenen. Durch die thermische Zersetzung solcher Verbindungen kann das Material an die Oberfläche des Fadens zurückkehren. Dadurch hat die Lampe eine höhere Glühfadentemperatur, einen höheren Wirkungsgrad, eine längere Lebensdauer und eine kleinere Kolbengröße. Der Hauptnachteil ist der geringe elektrische Widerstand im kalten Zustand.

Filamentkörper

Der Filamentkörper kann haben verschiedene Formen, die vom Verwendungszweck der Glühbirne abhängen. Am beliebtesten ist ein Körper aus Draht mit rundem Querschnitt, es sind aber auch Streifenfilamentkörper (aus Metallstreifen) zu finden. Deshalb ist es nicht ganz richtig, „Filament“ zu sagen.

Die ersten Glühbirnen verwendeten Kohle (Sublimationstemperatur 3559 °C). Heutzutage wird eine Spirale aus Wolfram oder einer Osmium-Wolfram-Legierung verwendet. Die Form der Spirale ermöglicht es, die Größe des Filamentkörpers zu reduzieren. Die Helix kann wiederholt oder sogar tertiär helikalisiert werden (Bihelix oder Trihelix). Dadurch können Sie die Effizienz der Lampen steigern und den Wärmeverlust aufgrund der Konvention reduzieren.

Elektrische Parameter

Da haben Lampen Verschiedene zwecke, dann ist ihre Betriebsspannung unterschiedlich. Die aktuelle Stärke kann gesetzlich ermittelt werden Ohm (I=U/R) und Leistung gemäß der Formel P=UI, oder P=U²/R. Um den gewünschten Widerstand zu erreichen, verwenden Sie ein langes und dünner Draht, dessen Dicke 40 - 50 Mikrometer beträgt.

Wenn die Glühbirne ausgeschaltet ist, hat der Glühfaden Raumtemperatur, sodass beim Einschalten ein sehr großer Strom fließt (etwa das 10- bis 14-fache des Betriebsstroms). Erst wenn sich das Filament erwärmt, nimmt der Strom ab und der Widerstand steigt. Früher war es zum Beispiel umgekehrt. Lampen mit Kohlenstofffäden verringerten beim Erhitzen ihren Widerstand und steigerten langsam ihr Leuchten.

Um die Lampe selbstständig zum Flackern zu bringen, ist in Reihe zum Glühfaden ein Bimetallschalter eingebaut.

Base

Der Gewindesockel, den wir alle kennen, wurde von Joseph Wilson Swan vorgeschlagen. Die Größen der Sockel sind standardisiert. Typischerweise sind Edison-Sockel E14 (Minion), E27 und E40 (die Zahl bedeutet). Außendurchmesser in mm). Es gibt auch Sockel ohne Gewinde (in diesem Fall wird die Lampe durch Reibung oder eine Verbindung ohne Gewinde, zum Beispiel eine Bajonettverbindung, in der Fassung gehalten) – der britische Standard und generell sockellose Lampen, zum Beispiel in einem Auto .

In den USA und Kanada werden unterschiedliche Steckdosen verwendet, da die Netzspannung 110 V betragen kann. Daher wurde die Größe der Steckdose geändert (E12 (Kandelaber), E17 (mittel), E26 (Standard oder mittel), E39 (Mogul). ), um es nicht versehentlich in europäische Lampen einzuschrauben. Sie verwenden auch Basen ohne Gewinde.

Effizienz einer Glühlampe

Fast die gesamte der Lampe zugeführte Energie wird für Strahlung aufgewendet und nur ein Teil für Wärmeleitfähigkeit und Konvektion. Unsere Augen sehen nur in einem schmalen Wellenlängenbereich (Bereich der sichtbaren Strahlung), die Hauptstrahlungsleistung liegt jedoch im Infrarotbereich, den wir nicht sehen und als Wärme wahrnehmen können. Deshalb Lampeneffizienz Glühen bei einer Temperatur von 3400 K beträgt 15 %. Bei einer Temperatur von 2700 K (das ist eine normale 60-W-Glühbirne) beträgt der Wirkungsgrad nur 5 %.

Je höher die Temperatur, desto größer der Wirkungsgrad, allerdings verringert sich die Haltbarkeit deutlich. Wenn die Temperatur 2700 K erreicht, hält die Lampe 1000 Stunden, wird die Glühfadentemperatur jedoch auf 3400 K erhöht, hält die Lampe nur wenige Stunden. Wenn Sie die Spannung um 20 % erhöhen, erhöht sich die Helligkeit um das Zweifache, die Lebensdauer sinkt jedoch um 95 %.

Niederspannung verringert natürlich auch die Effizienz, aber die Glühbirne hält länger. Wenn Sie die Spannung senken (Reihenschaltung), sinkt die Effizienz um das 4-5-fache, aber die Lampe hält fast tausendmal länger. Diese Option ist sehr effektiv, wenn keine besonderen Anforderungen an die Beleuchtung gestellt werden, z. B. Treppenpodeste. Wenn die Lampe in Reihe mit der Diode geschaltet ist und Wechselstrom zugeführt wird, fließt der Strom in der Lampe nur für die halbe Periode. Dadurch wird die Leistung um das Zweifache reduziert und die Spannung verringert sich daher um das etwa 1,41-fache.

Wenn wir dies aus wirtschaftlicher Sicht betrachten, ist eine Erhöhung der Lebensdauer durch Senkung der Spannung völlig unrentabel, da während ihrer Lebensdauer die Kosten für den von der Lampe verbrauchten Strom höher sind als die Kosten für die Lampe selbst. Daher wurde die optimale Spannung gewählt, die größer als die Nennspannung ist und die Beleuchtungskosten minimal senkt.

Lebensdauer

Die Lebensdauer einer Glühlampe kann durch Verdunstung des Glühfadenmaterials während des Betriebs oder durch auftretende Inhomogenitäten im Glühfaden begrenzt sein. Da das Filamentmaterial nicht immer gleichmäßig verdampft, entstehen dünne Stellen, an denen der elektrische Widerstand größer wird, was zu einer stärkeren Erwärmung führt und das Material an solchen Stellen stärker zu verdampfen beginnt, da die Leistung in einem Reihenstromkreis proportional zu I ist r2. Deshalb brennt die Lampe aus, wenn der Glühfaden so erschöpft ist, dass das Material schmilzt oder vollständig verdampft.

Beim plötzlichen Anlegen von Spannung entsteht der größte Verschleiß am Glühfaden. Um die Lebensdauer der Lampe zu erhöhen, können Sie daher verschiedene Sanftanlaufgeräte verwenden.

Wolframwiderstand bei Zimmertemperatur doppelt so viel wie Aluminium. Beim Einschalten der Lampe übersteigt der Strom den Nennstrom um das 10- bis 15-fache, sodass die Glühbirnen im Moment des Einschaltens durchbrennen. Um das Netzwerk vor Stromstößen zu schützen, verfügen einige Lampen (z. B. Haushaltslampen) über eine eingebaute Sicherung. Man kann es erkennen, wenn man die Lampe genau untersucht. Dabei handelt es sich um einen Leiter, der dünner als die anderen ist und mit dem Lampensockel verbunden ist. Im Moment des Einschaltens normal Haushaltsglühbirne Bei 60 W verbraucht er über 700 W, bei 100 W über 1 kW. Wenn sich das Filament erwärmt, erhöht sich der Widerstand und die Leistung sinkt auf den Nennwert.

Für einen reibungslosen Start können Sie einen Thermistor mit negativem Temperaturkoeffizienten des Widerstands verwenden. Im Moment des Einschaltens ist der Widerstand kalt und hochohmig, sodass die Lampe erst nach dem Aufwärmen die gesamte Spannung erhält. Eine reibungslose Inklusion ist jedoch ein anderes Thema.

Dank der folgenden Tabelle können Sie das Verhältnis von Leistung und Leistung ungefähr ermitteln Lichtstrom für eine herkömmliche Birnenglühbirne (Fassung E27, 220 V).

Arten von Glühlampen

Vakuum(die einfachste Art von Glühbirne);
Argon(Stickstoff-Argon);
Krypton(10 % heller als Argon);
Xenon(doppelt heller als Argon);
Halogen(Als Füllstoff werden I oder Br verwendet; solche Lampen sind 2,5-mal heller als Argonlampen, haben eine längere Lebensdauer und mögen keine Unterleistung, da der Halogenkreislauf nicht mehr funktioniert);
Halogen mit zwei Glühbirnen(Eine bessere Erwärmung des Innenkolbens erhöht die Effizienz des Halogenkreislaufs);
Xenon-Halogen(Xe + I oder Br wird als Füllstoff verwendet, der wirksamste Füllstoff, die Helligkeit ist dreimal besser als bei Argon);
Xenon-Halogen mit IR-Reflektor(da der Hauptteil der Strahlung im IR-Bereich liegt, kann die Reflexion der IR-Strahlung nach innen die Effizienz deutlich steigern; solche Lampen finden sich in Jagdtaschenlampen);
Filament mit einer Beschichtung, die IR-Strahlung in den sichtbaren Bereich umwandelt. Derzeit wird eine Lampe mit einem Hochtemperatur-Leuchtstoff entwickelt, der beim Erhitzen ein sichtbares Spektrum abgibt;

Vor- und Nachteile von Glühlampen

Vorteile:

• hoher Farbwiedergabeindex, Ra 100;
• stabile Massenproduktion;
• niedrige Kosten;
• kompakte Abmessungen;
• es gibt keinen Ballast;
• keine Angst vor ionisierender Strahlung;
• rein aktiver elektrischer Widerstand (Leistungsfaktor Eins);
• Zündung und Wiederzündung erfolgen sofort;
• resistent gegen Stromausfälle und Überspannungen;
• enthält keine giftigen Elemente, daher sind keine Sammel- und Entsorgungsstellen erforderlich;
• kann mit jeder Art von Strom betrieben werden;
• unempfindlich gegenüber Spannungspolarität;
• Sie können eine Lampe für jede Spannung herstellen (von Bruchteilen eines Volts bis hin zu Hunderten von Volt);
• beim Betrieb mit Wechselstrom tritt kein Flackern auf (wichtig in Unternehmen);
• beim Betrieb mit Wechselstrom gibt es kein Brummen;
• kontinuierliches Emissionsspektrum;
• ein Spektrum, das im Alltag vertraut und angenehm ist;
• Widerstand gegen elektromagnetische Impulse;
• kann mit Helligkeitsreglern arbeiten;
• niedrige und hohe Temperaturen sind nicht beängstigend Umfeld, Beständigkeit gegen Kondensation;

Mängel:

• geringe Lichtausbeute;
• kurze Lebensdauer;
• Zerbrechlichkeit, es ist ratsam, Stöße oder Vibrationen zu vermeiden;
• sehr großer Stromsprung beim Einschalten (ca. das Zehnfache);
• im Falle eines Thermoschocks oder eines Fadenbruchs unter Spannung kann der Zylinder explodieren;
• Abhängigkeit der Lichtausbeute und Lebensdauer von der Spannung;
• kann einen Brand verursachen. Bereits nach 30 Minuten weist die Außenfläche der Lampe eine hohe Temperatur auf, die von der Leistung abhängt: 25 W – 100 °C, 40 W – 145 °C, 75 W – 250 °C, 100 W – 290 °C, 200 W – 330 °C. Wenn die Lampe auf Textilmaterial gestellt wird, erwärmt sich das Leuchtmittel noch mehr. Eine normale 60-W-Glühbirne kann bereits nach 67 Minuten Betrieb Stroh anzünden;
• da sich Teile der Lampe erhitzen, sind hitzebeständige Leuchten erforderlich;
• Die Effizienz bei geringem Licht (das Verhältnis der Leistung der Strahlen des sichtbaren Spektrums zur verbrauchten Energie) beträgt etwa 4 %. Wenn Sie eine elektrische Lampe über eine Diode anschließen (dies geschieht, um die Lebensdauer der Lampe auf Treppen oder in Vorräumen zu verlängern), wird es nur noch schlimmer, da die Effizienz erheblich sinkt und das Licht flackert;

Wissen Sie, wie Glühlampen hergestellt werden? Nein? Dann ist hier ein Einführungsvideo von Discovery

Und denken Sie daran: Eine Glühbirne, die in Ihrem Mund steckt, kommt nicht heraus, also tun Sie es nicht. 🙂

Trotz der Entwicklung energiesparender Technologien sind Glühlampen immer noch führend auf dem Beleuchtungsmarkt.

Wie sieht eine Glühlampe aus?

Funktionsprinzip

Die Wirkung der Lampe besteht darin, den Glühfaden durch elektrischen Strom erheblich zu erhitzen. Zu solide begann mit roter Strahlung zu leuchten, seine Temperatur muss auf 570 0 C erhöht werden. Angenehm für die Augen wird es, wenn die Temperatur um das 4-5-fache steigt.

Von allen Metallen ist Wolfram das feuerfesteste (3400 0 C), daher wird daraus hergestellter Draht als Filament verwendet. Um die Strahlungsfläche zu vergrößern, wird es zu einer Spirale gerollt, die in einer Glühlampe auf 2000–2800 0 C erhitzt wird. In diesem Fall beträgt die Farbtemperatur 2000–3000 K, wodurch ein gelbliches Spektrum entsteht. Es ist energieaufwändiger und langweiliger als tagsüber, aber angenehm für die Augen.

Sogar im Schulbuch gibt es ein Experiment mit der Steigerung des Leuchtens einer Lampe in Abhängigkeit von der Stärke des elektrischen Stroms. Während es wächst, werden Strahlung und Wärme freigesetzt.

IN Luftumgebung Wolframfilament oxidiert schnell und zerfällt bei hohen Temperaturen. Früher wurde in einem Glaskolben ein Vakuum erzeugt, heute wird am häufigsten ein Inertgas verwendet: Stickstoff, Argon, Krypton. Gleichzeitig nimmt die Intensität des Leuchtens zu. Darüber hinaus verhindert der Gasdruck, dass Wolfram aus der Glühtemperatur verdampft.

Struktur

Trotz der scheinbar einfachen Herstellung besteht die Lampe aus 11 Elementen. Gleichzeitig werden bei der Gestaltung 7 verschiedene Metalle verwendet. Das wichtigste Element ist das Filament. Vielleicht ist sie es verschiedene Typen: rund, in Form eines oder mehrerer Bänder. Aufgrund der Vielfalt der Elemente, bei denen Lichtenergie aus elektrischer Energie gewonnen wird, werden sie üblicherweise als Glühkörper bezeichnet. Flaschen sind in den meisten Fällen rund oder birnenförmig, können aber auch andere Formen haben.

Arten von Glühlampen

Die folgende Abbildung zeigt das Design der Lampe. Im Inneren befinden sich Elektroden (6), eine Spirale (2) (Wolfram) und Haken (3) (Molybdän). Sockel (9) aus verzinktem Stahl werden seit der Zeit Edisons hauptsächlich mit Gewinde hergestellt. Ihre Durchmesser können variieren: E 14, E 27, E 40 – je nach Größe des Außendurchmessers. Der Sockel wird ebenfalls über Stifte oder Stifte mit der Fassung verbunden. Sein Typ wird durch die auf der Außenfläche eingestanzten Markierungen bestimmt.

Glühlampengerät

Optionen

• elektrisch;
• technisch (Intensität und spektrale Zusammensetzung des Lichtstroms);
• betriebsbereit (Einsatzbedingungen, Abmessungen, Lichtleistung, Lebensdauer).

Leistung

Die wesentlichen Merkmale werden in Form von Markierungen aufgebracht. Dazu gehört die Leistung, nach der die Lampe ausgewählt wird (60 W ist am beliebtesten). Lichtleistung ist hier wichtiger. Die Tabelle zeigt die Eigenschaften von Haushaltslampen, woraus folgt, dass die Lichtenergie einer Lampe intensiver ist als die von mehreren Lampen mit gleicher Gesamtleistung. Gleichzeitig kostet es weniger.

Lampeneigenschaften

Lampen mit geringerer Leistung verbrauchen mehr Lichtenergie. Daher wird es nicht möglich sein, auf diese Weise Energie zu sparen.

Technische Eigenschaften

Die Lichtenergie hängt nichtlinear von der Leistung einer Glühlampe ab. Mit zunehmender Leistung nimmt die Lichtleistung zu, ab 75 W beginnt sie abzunehmen.

Der Vorteil von Glühlampen ist die gleichmäßige Ausleuchtung. Ihre Lichtintensität ist in alle Richtungen nahezu gleich.

Pulsierendes Licht wirkt sich negativ auf die Ermüdung der Augen aus. Als normal gilt ein Pulsationskoeffizient von nicht mehr als 10 % bei kleinen Arbeiten. Bei Glühlampen beträgt er nicht mehr als 4 % und schlechtester Indikator beobachtet mit einer 40 W Lampe.

Glühlampen erwärmen sich am stärksten. Vom Stromverbrauch her handelt es sich eher um eine Raumheizung als um ein Beleuchtungsgerät. Die Lichtausbeute beträgt nur 5-15 %. Um Energie zu sparen, ist die Verwendung von Glühlampen ab 100 W verboten. Eine 60-W-Lampe erwärmt sich nicht sehr stark und die Beleuchtung reicht für einen Raum.

Wenn wir das Emissionsspektrum auswerten, dann gibt es im Vergleich zum Tageslicht in Glühlampen zu wenig blaues Licht und zu viel rotes Licht. Sie gilt jedoch als akzeptabel, da sie die Augen weniger ermüdet als Leuchtstofflampen.

Betriebsparameter

Bei Lampen sind die Einsatzbedingungen wichtig. Sie können im Temperaturbereich von -60 0 C bis +50 0 C, bei einer Luftfeuchtigkeit von nicht mehr als 98 % bei 20 0 C und einem Druck von nicht weniger als 0,75∙10 5 Pa eingesetzt werden. Sie brauchen nicht zusätzliche Geräte mit Ausnahme von Dimmern, die die Lichtleistung stufenlos regulieren. Die Lampen sind günstig und erfordern beim Austausch keine Qualifikationen.

Zu den Nachteilen zählen: geringste Zuverlässigkeit, hohe Erwärmung und geringer Wirkungsgrad.

Arten von Glühlampen

Obwohl energiesparende Lichtquellen vorhanden sind beste Leistung Glühlampen bleiben an erster Stelle. Dies gilt insbesondere für den Hausgebrauch.

Allzwecklampen (GLP)

LONs sind weit verbreitet, obwohl nur 5 % der Energie für die Beleuchtung aufgewendet werden und der Rest in Form von Wärme freigesetzt wird. LON sind gedacht für Haushaltsbedürfnisse, Unternehmen, Verwaltungsgebäude und externe Lampen. Sie sind in eine stabile Spannung von 220 V und eine erhöhte Spannung von bis zu 250 V unterteilt. Die Brenndauer der Lampen ist kurz und beträgt etwa 1000 Stunden.

Der erste Buchstabe der Markierung gibt das Hauptmerkmal an, zum Beispiel V – Vakuum, B – Doppelspirale, G – Monospirale.

• G 235-245-60-P (Monospirale, Spannungsbereich 235-245 V, Leistung 60 W, für Hauswirtschaftsräume);
• V 230-240-60 (Vakuum, 230-240 V, 60 W).

Die Lampen haben eine erhebliche Leistung. Für sie gilt die 100-W-Obergrenze nicht. Die Lampen werden zur gerichteten Beleuchtung über große Entfernungen eingesetzt: für allgemeine Flutlichter, Filmprojektionen und Leuchttürme. Ihr Filamentkörper ist kompakt angeordnet, um die Fokussierung zu verbessern. Dies wird auch durch ein spezielles Design der Sockel oder durch das Vorhandensein zusätzlicher Linsen gewährleistet.

Wie sehen Strahler aus?

Spiegellampen

Eine Besonderheit ist das besondere Design der Glühbirne und das Vorhandensein eines reflektierenden Schirms aus Aluminium. Um dem Licht Weichheit zu verleihen und den Kontrast zu reduzieren, wird der lichtleitende Bereich mattiert. Die Lichtverteilung kann konzentriert (ZK), mittel (ZS) und breit (ZSh) sein. Bei einigen Spiegellampen wird die Zusammensetzung des Glases durch die Zugabe von Neodymoxid verändert. Dadurch werden sie heller und die Farbtemperatur verschiebt sich in Richtung weißem Licht.

Wie sieht eine Spiegellampe aus?

Lampen werden zur Beleuchtung von Bühnen, Schaufenstern, Industriekomplexen, Arztpraxen und vieles mehr.

Halogenlampen

Eine Besonderheit der Lampe ist das Vorhandensein von Halogenverbindungen im Leuchtmittel. Bei der Interaktion mit ihnen lagern sich verdampfte Wolframmoleküle wieder auf der Spirale ab, wodurch Sie eine erhöhte Heiztemperatur erzeugen und die Lebensdauer der Lampen verdoppeln können.

Halogenlampe mit Stiftsockel

Bei der Auswahl einer Lampe müssen Sie deren Eigenschaften kennen, die normalerweise auf dem Etikett angegeben sind, sowie den Verwendungszweck.

So schalten Sie Glühlampen ein

Obwohl Glühlampen keine Zündvorrichtungen benötigen, gibt es Regeln für den Anschluss, die befolgt werden müssen. Zunächst wird es mit der Basis verbunden Neutralleiter, und eine Phase eins geht durch den Schalter. Wenn diese Regeln befolgt werden, führt eine versehentliche Berührung des Sockels nicht zu einem Stromschlag.

Um alle Lampen über einen Schalter mit Spannung zu versorgen, müssen diese parallel geschaltet werden.

Lampenanschlusspläne

In den Diagrammen sind die Leuchten parallel geschaltet. Normalerweise gibt es einen gemeinsamen Eingang zum Raum mit Steckdosen, der Schalter ist jedoch nur mit den Lampen verbunden. Quellen können gleichzeitig (Abb. c) oder separat (Abb. b) umgeschaltet werden. Bei Kronleuchtern können Lampen über einen Schalter zu Gruppen zusammengefasst werden. In Abb. d zeigt ein Diagramm seiner Funktionsweise, wobei drei Schalterpositionen alle Diagramme der möglichen Zustände von zwei Lampen liefern.

Für lange Flure kommen 2 Durchgangsschalter zum Einsatz, über die Sie eine Lampe unabhängig voneinander bedienen können verschiedene Orte(Abb. d). Dies ist besonders praktisch, um Außenlampen von zu Hause aus zu schalten. Wenn Sie eine davon drücken, leuchten eine oder mehrere Lampen auf oder erlöschen. Diese Art von Schaltung erfordert mehr Drähte.

Möglichkeiten zur Verbesserung von Lampen

Glühlampen entwickeln sich in die gleiche Richtung wie andere Lichtquellen: Steigerung der Effizienz, Reduzierung der Energiekosten usw sichere Verwendung. Zu diesem Zweck wird eine bestimmte Gasumgebung ausgewählt, Halogen- und Quarzhalogenlampen verwendet und die technische Eigenschaften. Viele sind mit dem weichen und sehr zufrieden Warmes Licht Glühlampen.

Durch die Verwendung von Kohlenstoffnanoröhren als Glühkörper konnte die Lichtausbeute im Vergleich zu Wolfram verdoppelt werden. Stabile Lampenparameter bleiben 3000 Stunden lang erhalten. Die reduzierte Versorgungsspannung macht es sicherer.

So erhöhen Sie die Lebensdauer

Die Gründe für das schnelle Durchbrennen von Lampen sind folgende:

• Instabilität der Stromversorgung;
• mechanische Stöße;
• Lufttemperatur;
• unterbrochene Verbindungen in der Verkabelung.

Mit der Zeit verdampft der Glühfaden, der Widerstand der Lampe steigt und sie brennt durch. Darüber hinaus ändert sich der Widerstand einer herkömmlichen kalten und heißen 60-100-W-Lampe um das Zehnfache. Der Widerstand einer kalten Spule in einer 60-W-Lampe beträgt 61,5 Ohm und einer heißen Spule 815 Ohm. Je heller das Licht und je öfter es eingeschaltet wird, desto intensiver ist der Prozess. In diesem Fall erhöht sich das Risiko eines Ausfalls gegen Ende der Leistungsdauer. In diesem Zusammenhang ist es notwendig, die entsprechende Spannung für eine normale Lichtleistung und eine ausreichende Lebensdauer zu wählen.

Möglichkeiten zur Gewährleistung der Langlebigkeit von Glühlampen:

1. Wählen Sie beim Kauf den passenden Spannungsbereich aus.
2. Die Träger werden im ausgeschalteten Zustand bewegt, da bereits der kleinste Stoß zum Durchbrennen der Arbeitslampe führt.
3. Fällt eine Glühbirne in der gleichen Fassung schnell aus, sollte sie repariert oder ausgetauscht werden.
4. Auf dem Treppenabsatz wird eine Diode in den Stromkreis eingebaut oder es werden zwei identische Lampen eingeschaltet.
5. In der Stromkreisunterbrechung der Stromversorgung ist eine Sanftanlaufvorrichtung eingebaut.

Energie sparen. Video

Im folgenden Video erfahren Sie, wie Sie bei der Beleuchtung Ihres Zuhauses Energie sparen können.

Bei die richtige Wahl treffen und der Funktionsweise können Glühlampen wirtschaftlich sein und eine lange Lebensdauer haben. Aufgrund ihrer geringen Kosten, der komfortablen Beleuchtung und der einfachen Handhabung belegen sie dennoch den ersten Platz unter den verschiedenen Lichtquellen.

Entstehungsgeschichte. Gerät. Wählen Sie eine hochwertige Lampe.

Geschichte der Lampen. Heutzutage ist es schwierig, jemanden zu treffen, der sich mit Glühlampen nicht auskennt. Fortschritte auf dem Gebiet der Beleuchtungsgeräte haben alternative Lichtquellen hervorgebracht – Leuchtstoff- und Diodenlampen, aber in mancher Hinsicht konnten sie die gewöhnliche „Iljitsch-Glühbirne“ noch nicht übertreffen.

Die Geschichte der Glühlampe ist sehr kompliziert und ihrem Erscheinen gingen Erfindungen vieler Wissenschaftler und Erfinder voraus.

Nach der allgemein anerkannten Version begann es bereits im Jahr 1872, als der russische Wissenschaftler A. N. Lodygin vermutete, dass man elektrischen Strom durch einen Kohlestab leiten könnte.

Der Stab selbst befand sich im luftleeren Raum eines transparenten Glaskolbens. Durch Erhöhen des Stroms wurde die Lichtabgabe intensiver, bis der Schmelzpunkt erreicht war und die Lampe ausging. Also empirisch wurden installiert optimale Modi Arbeit für die ersten Glühlampen und ein Jahr später, 1873, wurden in St. Petersburg erstmals mehrere Laternen mit solchen Lampen getestet.

Zur gleichen Zeit entwickelte der amerikanische Erfinder Thomas Edison parallel zu Lodygin eine Glühlampe. Im Jahr 1879 war er der erste, der eine Glühlampe mit Kohlefaden patentieren ließ, was später dazu führte, dass viele ihn als den wahren „Vater der Glühlampe“ betrachteten.

Tatsächlich wurde die Lampe, wie so oft auf dem Gebiet technischer Erfindungen, erfunden verschiedene Länder fast gleichzeitig, so dass es unmöglich ist, mit Sicherheit zu sagen, wem der Autor gehört.

Lodygin arbeitete an der Verbesserung der Lampe mit einem Kohlenstofffaden und schlug 1890 vor, den Glühfaden durch einen Metallfaden aus einem feuerfesten Metall – Wolfram – zu ersetzen. Im Gegensatz zu anderen elektrisch leitenden Materialien hat Wolfram einen sehr hohen Schmelzpunkt – etwa 3410 °C.

Gleichzeitig schlug Edison vor, das von ihm erfundene Kartuschen-Gewindesystem für die Gestaltung von Lampen zu verwenden. Dieses Design hat unsere Zeit praktisch ohne wesentliche Änderungen erreicht. Der Sockel von Glühlampen wird mit „E-XX“ bezeichnet, wobei „E“ der Edison-Schraubsockel und „XX“ der Außendurchmesser in mm ist. In Europa und im postsowjetischen Raum sind E27 und E14 weit verbreitet.

Auf dem amerikanischen Kontinent werden unterschiedliche Basisgrößen verwendet, um eine Kompatibilität mit europäischen Analoga zu vermeiden, da die Spannung in den Stromnetzen unterschiedlich ist (120 V bzw. 220 V). Im Jahr 1910 schlug der amerikanische Physiker Langmuir vor, den Wolframfaden durch einen zu einer dünnen Spirale gedrehten zu ersetzen, was es ermöglichte, die Abmessungen des Glaskolbens zu reduzieren, die Funktionsweise der Lampe zu verbessern und die Lichtleistung zu erhöhen.

Gerät. Die moderne Glühlampe verkörpert trotz ihrer scheinbaren Einfachheit tatsächlich viele Erfindungen und Entdeckungen. Zur Herstellung einer Glühwendel wird derzeit neben teurem Wolfram auch Osmium oder dessen Verbindung verwendet. Der Kolben war nicht mehr nur ein Vakuum – sehr oft wurde er mit einem Inertgas (Argon, Krypton, Xenon usw.) gefüllt.

Diese Lösung ermöglichte es, den atmosphärischen Druck auf den evakuierten Kolben zu eliminieren und die Gesamtbetriebszeit der Lampe zu verlängern. Tatsache ist, dass der elektrische Strom, der durch die Wolframspule fließt, diese zum Erhitzen und Leuchten bringt. Beim Erhitzen auf so hohe Temperaturen (bis zu 2900 °C) in einem Airless-Kolben beginnt Wolfram intensiv zu verdampfen und sich auf dem Glas abzulagern. Das Glas verliert allmählich seine Transparenz, die Intensität der Lichtabgabe nimmt ab und die Lebensdauer des Glühfadens nimmt ab.

Wir alle wissen, wie unangenehm es ist, in das helle Licht einer transparenten Glühlampe zu blicken, weshalb die Industrie nicht nur transparente, sondern auch matte Glühbirnen herstellt. Dadurch wirkt das Licht etwas diffuser und weicher, verliert jedoch leicht an Intensität.

Die Wahl einer hochwertigen Glühlampe ist keine so einfache Aufgabe, wie es auf den ersten Blick erscheinen mag. Viele Menschen haben in ihren Häusern noch Glühbirnen, die fünf Jahre oder länger in Gebrauch waren, und es kommt vor, dass eine kürzlich gekaufte Lampe durchbrennt. Der Aufbau einer gewöhnlichen Glühlampe ist in der Abbildung dargestellt:

wo: 1 - Glaskolben; 2 - mit Inertgas gefüllter Kolbenhohlraum; 3 - Filamentspule; 4, 5 - Elektroden; 6 - zusätzliche Spiralstützen; 7 - Glasbein; 8 - Außenleiter; 9 - Basis; 10 - Basisisolator; 11 - unterer Kontakt der Basis.

Auswahl einer Glühlampe. Beim Kauf einer Lampe sollten Sie das Glas des Leuchtmittels auf das Vorhandensein von Fremdeinschlüssen prüfen, da nur in diesem Fall eine ausreichende Festigkeit gewährleistet ist. Bei entsprechender Übung kann die Qualität des verwendeten Glases durch leichtes Klopfen mit dem Fingerknöchel überprüft werden – der Ton sollte leicht gedämpft, „fest“ sein. Die Metallbasis darf keine Beschädigungen aufweisen – Löcher oder Dellen.

Das Vorhandensein eines kleinen Lochs im Sockel bedeutet nicht, dass die Lampe völlig funktionsunfähig ist, aber es lässt Sie über die Richtigkeit der Produktions- oder Transportprozesse nachdenken. Der untere Kontakt der Basis kann breit sein – mit einem Durchmesser von etwa 7 mm, oder vielleicht schmal – 5 mm. Ein breiter Kontakt ist vorzuziehen, da er auch bei einer leichten Verschiebung der inneren Kontaktplatte (Zunge) einen hochwertigen Kontakt in der Kartusche gewährleistet.

Die meisten modernen Lampen verfügen jedoch über schmale Bodenkontakte, sodass es vorkommen kann, dass keine Auswahl besteht. Die Glühlampe muss sicher an der Kartusche befestigt sein und darf in den Klebebereichen nicht zurückbleiben. Der Außenleiter (8) kann an den Sockel oder angeschlossen werden regelmäßiges Löten oder Punktschweißen.

Die Lötstelle sollte klein und sauber sein und beim Schweißen fest halten. Die Glühkerze (3) darf nicht zu stark durchhängen. Wenn dies geschieht, bedeutet dies, dass die Lampe bereits verwendet wurde und sich die Spirale etwas gedehnt hat. Sehr wichtiger Punkt besteht darin, die Qualität der Spiralcrimpung an den Verbindungsstellen der Elektroden zu prüfen (4, 5).

Bei unzureichender Crimpung verringert sich die Lebensdauer der Lampe erheblich. Bei hochwertigen Lampen hat das Bein (7) seitlich keine Löcher. Die angegebene Betriebsspannung sollte höher sein als die tatsächliche. Das heißt, trotz der Standardspannung von 220 V ist es rentabler, Lampen mit 230-240 V zu wählen. Besonders zu beachten ist, dass eine Spannung über 240 V die Lebensdauer der Lampe stark verkürzt.

Eine Glühlampe nutzt den Effekt der Erwärmung eines Leiters (Glühfadens), wenn elektrischer Strom durch ihn fließt ( thermische Wirkung von Strom). Die Temperatur des Wolframfadens steigt nach dem Einschalten des Stroms stark an. Das Filament sendet elektromagnetische Wärmestrahlung gemäß dem Planckschen Gesetz aus. Die Planck-Funktion hat ein Maximum, dessen Position auf der Wellenlängenskala von der Temperatur abhängt. Dieses Maximum verschiebt sich mit steigender Temperatur zu kürzeren Wellenlängen (Wiener Verschiebungsgesetz). Um sichtbare Strahlung zu erhalten, muss die Temperatur in der Größenordnung von mehreren tausend Grad liegen, idealerweise 5770 (die Temperatur der Sonnenoberfläche). Je niedriger die Temperatur, desto geringer ist der Anteil des sichtbaren Lichts und desto „roter“ erscheint die Strahlung.

36 W Glühlampe

Teilweise verbraucht elektrische Energie Eine Glühlampe wandelt sich in Strahlung um, von der ein Teil durch die Prozesse Wärmeleitfähigkeit und Konvektion verloren geht. Nur ein kleiner Teil der Strahlung liegt im Bereich des sichtbaren Lichts, der Hauptanteil stammt aus Infrarotstrahlung. Um die Effizienz der Lampe zu erhöhen und möglichst „weißes“ Licht zu erhalten, ist es notwendig, die Temperatur des Glühfadens zu erhöhen, die wiederum durch die Eigenschaften des Glühfadenmaterials – den Schmelzpunkt – begrenzt wird. Die ideale Temperatur von 5770 K ist unerreichbar, da bei dieser Temperatur jedes bekannte Material schmilzt, zerfällt und keinen elektrischen Strom mehr leitet. Moderne Glühlampen verwenden Materialien mit Höchsttemperaturen Schmelzen - Wolfram (3410 °C) und sehr selten Osmium (3045 °C).

Bei praktisch erreichbaren Temperaturen von 2300-2900 °C ist die Emission alles andere als weiß und Tageslicht. Aus diesem Grund strahlen Glühlampen Licht ab, das eher „gelb-rot“ erscheint als Tageslicht. Zur Charakterisierung der Lichtqualität wird das sogenannte Farbenfrohe Temperatur.

In normaler Luft würde sich Wolfram bei solchen Temperaturen sofort in Oxid verwandeln. Aus diesem Grund wird der Wolframfaden durch einen Glaskolben geschützt, der mit einem neutralen Gas (normalerweise Argon) gefüllt ist. Die ersten Lampen wurden mit Vakuumlampen hergestellt. Allerdings im luftleeren Raum hohe Temperaturen Wolfram verdampft schnell, wodurch der Glühfaden dünner wird (was dazu führt, dass er schnell durchbrennt) und der Glaskolben dunkler wird, wenn er sich darauf ablagert. Später begann man, Flaschen mit chemisch neutralen Gasen zu füllen. Vakuumflaschen werden heute nur noch für Lampen verwendet geringer Strom.

Design

Eine Glühlampe besteht aus einem Sockel, Kontaktleitern, einem Glühfaden, einer Sicherung und einem Glaskolben, der mit einem Puffergas gefüllt ist und den Glühfaden vor der Umgebung schützt.

Flasche

Der Glaskolben schützt den Faden vor Verbrennungen in der Umgebungsluft. Die Abmessungen des Kolbens werden durch die Abscheiderate des Filamentmaterials bestimmt. Für Lampen mit höherer Wattzahl sind Glühlampen erforderlich größere Größe, so dass das abgelegte Filamentmaterial großflächig verteilt wird und die Transparenz nicht stark beeinträchtigt.

Puffergas

Die Glühbirnen der ersten Lampen wurden evakuiert. Moderne Lampen sind mit einem Puffergas gefüllt (mit Ausnahme von Lampen mit geringer Leistung, die noch im Vakuum hergestellt werden). Dadurch wird die Verdunstungsrate des Filamentmaterials verringert. Durch die Wahl eines Gases mit möglichst schweren Molekülen werden Wärmeverluste aufgrund der Wärmeleitfähigkeit reduziert. Mischungen aus Stickstoff und Argon sind ein akzeptierter Kompromiss im Hinblick auf die Kostenreduzierung. Teurere Lampen enthalten Krypton oder Xenon (Molmassen: Stickstoff: 28,0134 /mol; Argon: 39,948 /mol; Krypton: 83,798 /mol; Xenon: 131,293 /mol)

Filament

Doppelfaden-Glühlampe (Osram 200 W) mit Kontaktleitern und Glühfadenhaltern

Da der Glühfaden beim Einschalten Raumtemperatur hat, ist sein Widerstand um eine Größenordnung geringer als der Betriebswiderstand. Daher fließt beim Einschalten ein sehr großer Strom (zehn- bis vierzehnfache Betriebsstromstärke). Wenn sich das Filament erwärmt, erhöht sich sein Widerstand und der Strom nimmt ab. Im Gegensatz zu modernen Lampen funktionierten frühe Glühlampen mit Kohlefäden beim Einschalten nach dem umgekehrten Prinzip: Beim Erhitzen verringerte sich ihr Widerstand und das Leuchten nahm langsam zu.

Bei Blinklampen ist ein Bimetallschalter in Reihe mit dem Glühfaden eingebaut. Aus diesem Grund arbeiten solche Lampen selbstständig im Blinkmodus.

Base

Um den Stromkreis beim Zünden eines Lichtbogens zu öffnen und eine Überlastung des Versorgungsstromkreises zu verhindern, ist im Lampendesign eine Sicherung vorgesehen. Es ist ein Stück dünner Draht und befindet sich im Sockel einer Glühlampe. Für Haushaltslampen mit Nennspannung 220 solcher Sicherungen sind normalerweise für einen Strom von 7 ausgelegt.

Effizienz und Haltbarkeit

Haltbarkeit und Helligkeit abhängig von der Betriebsspannung

Nahezu die gesamte der Lampe zugeführte Energie wird in Strahlung umgewandelt. Verluste durch Wärmeleitfähigkeit und Konvektion sind gering. Allerdings ist nur ein kleiner Wellenlängenbereich dieser Strahlung für das menschliche Auge zugänglich. Der Großteil der Strahlung liegt im unsichtbaren Infrarotbereich und wird als Wärme wahrgenommen. Der Wirkungsgrad von Glühlampen erreicht seinen Maximalwert von 15 % bei einer Temperatur von etwa 340 °C. Bei praktisch erreichbaren Temperaturen von 2700 liegt der Wirkungsgrad bei 5 %.

Mit zunehmender Temperatur steigt die Effizienz einer Glühlampe, gleichzeitig nimmt jedoch ihre Haltbarkeit deutlich ab. Bei einer Glühwendeltemperatur von 2700 beträgt die Lampenlebensdauer ca. 1000 Stunden, bei 3400 nur wenige Stunden. Wie in der Abbildung rechts dargestellt, verdoppelt sich die Helligkeit, wenn die Spannung um 20 % erhöht wird. Gleichzeitig reduziert sich die Lebensdauer um 95 %.

Eine Verringerung der Versorgungsspannung verringert zwar die Effizienz, erhöht aber die Haltbarkeit. Wenn man also die Spannung um die Hälfte senkt (z. B. bei Reihenschaltung), verringert sich der Wirkungsgrad erheblich, die Lebensdauer erhöht sich jedoch um fast das Tausendfache. Dieser Effekt wird häufig dann genutzt, wenn eine zuverlässige Gewährleistung erforderlich ist Notfallbeleuchtung ohne besondere Anforderungen an die Helligkeit, beispielsweise auf Treppenhäusern. Oft zu diesem Zweck beim Essen Wechselstrom Die Lampe ist mit einer Diode in Reihe geschaltet, wodurch nur während der halben Periode Strom in die Lampe fließt.

Die begrenzte Lebensdauer einer Glühlampe ist zu einem geringeren Teil auf die Verdunstung des Glühfadenmaterials während des Betriebs zurückzuführen, sondern zu einem größeren Teil auf die im Glühfaden entstehenden Inhomogenitäten. Eine ungleichmäßige Verdunstung des Fadenmaterials führt zum Auftreten verdünnter Bereiche mit zunehmender Dicke elektrischer Wiederstand, was wiederum zu einer noch stärkeren Erwärmung und Verdunstung des Materials an solchen Stellen führt. Wenn eine dieser Engstellen so dünn wird, dass das Filamentmaterial an dieser Stelle schmilzt oder vollständig verdampft, wird der Strom unterbrochen und die Lampe fällt aus.

Der Großteil des Glühwendelverschleißes tritt auf, wenn plötzlich Spannung an die Lampe angelegt wird. Daher kann die Lebensdauer der Lampe durch den Einsatz verschiedener Arten von Sanftstartern erheblich verlängert werden. Ein Wolframfaden hat einen Kältewiderstand, der nur 2-mal höher ist als der von Aluminium. Wenn eine Lampe durchbrennt, kommt es häufig vor, dass die Kupferdrähte, die die Sockelkontakte mit den Spiralfassungen verbinden, durchbrennen. So verbraucht eine normale 60-W-Lampe im eingeschalteten Zustand über 700 W und eine 100-W-Lampe mehr als ein Kilowatt. Wenn sich die Spule erwärmt, erhöht sich ihr Widerstand und die Leistung sinkt auf ihren Nennwert.

Um Spitzenleistungen zu glätten, können Thermistoren mit stark abnehmendem Widerstand beim Aufwärmen oder reaktive Vorschaltgeräte in Form von Kapazitäten oder Induktivitäten verwendet werden. Die Spannung an der Lampe steigt mit der Erwärmung der Spule und kann zur automatischen Umgehung des Vorschaltgeräts verwendet werden. Ohne Ausschalten des Vorschaltgeräts kann die Lampe 5 bis 20 % ihrer Leistung verlieren, was sich auch positiv auf die Ressourcenersparnis auswirken kann.