Σκοπός μιας λάμπας πυρακτώσεως. Δείτε τι είναι το "Electric lamp" σε άλλα λεξικά. Απόδοση λαμπτήρων πυρακτώσεως

Λαμπτήρα πυρακτώσεως - φωτιστικό, μια τεχνητή πηγή φωτός. Το φως εκπέμπεται από ένα θερμαινόμενο μεταλλικό πηνίο όταν το ρέει ηλεκτρικό ρεύμα.

Λειτουργική αρχή

Ένας λαμπτήρας πυρακτώσεως χρησιμοποιεί την επίδραση της θέρμανσης ενός αγωγού (νήματος) όταν ρέει ηλεκτρικό ρεύμα μέσα από αυτόν. Η θερμοκρασία του νήματος βολφραμίου αυξάνεται απότομα μετά την ενεργοποίηση του ρεύματος. Το νήμα εκπέμπει ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία σύμφωνα με το νόμο σανίδα. Η συνάρτηση Planck έχει ένα μέγιστο του οποίου η θέση στην κλίμακα μήκους κύματος εξαρτάται από τη θερμοκρασία. Αυτό το μέγιστο μετατοπίζεται με την αύξηση της θερμοκρασίας προς μικρότερα μήκη κύματος (νόμος μετατόπισης Ενοχή). Για να αποκτήσετε ορατή ακτινοβολία, είναι απαραίτητο η θερμοκρασία να είναι της τάξης πολλών χιλιάδων βαθμών, ιδανικά 6000 K (θερμοκρασία επιφάνειας ήλιος). Όσο χαμηλότερη είναι η θερμοκρασία, τόσο μικρότερη είναι η αναλογία του ορατού φωτός και τόσο πιο «κόκκινη» εμφανίζεται η ακτινοβολία.

Μέρος του καταναλώνεται ηλεκτρική ενέργειαένας λαμπτήρας πυρακτώσεως μετατρέπεται σε ακτινοβολία, μερικά εξαφανίζονται ως αποτέλεσμα διεργασιών αγωγής θερμότητας και μεταφοράς. Μόνο ένα μικρό κλάσμα της ακτινοβολίας βρίσκεται στην περιοχή του ορατού φωτός, το κύριο κλάσμα πέφτει επάνω υπέρυθρη ακτινοβολία. Για να αυξηθεί η απόδοση της λάμπας και να επιτευχθεί το μέγιστο "λευκό" φως, είναι απαραίτητο να αυξηθεί η θερμοκρασία του νήματος, η οποία με τη σειρά της περιορίζεται από τις ιδιότητες του υλικού του νήματος - το σημείο τήξης. Η ιδανική θερμοκρασία των 6000 K είναι ανέφικτη, γιατί σε αυτή τη θερμοκρασία οποιοδήποτε υλικό λιώνει, διασπάται και παύει να αγώγει. ηλεκτρική ενέργεια. ΣΕ σύγχρονες λάμπεςΧρησιμοποιούνται πυρακτωμένα υλικά με μέγιστα σημεία τήξης - βολφράμιο (3410 ° C) και, πολύ σπάνια, όσμιο (3045 ° C).

Σε πρακτικά επιτεύξιμες θερμοκρασίες 2300-2900 ° C, εκπέμπεται μακριά από το λευκό και όχι το φως της ημέρας. Για το λόγο αυτό, οι λαμπτήρες πυρακτώσεως εκπέμπουν φως που φαίνεται πιο «κίτρινο-κόκκινο» από το φως της ημέρας. Για να χαρακτηριστεί η ποιότητα του φωτός, τα λεγόμενα. Πολύχρωμη θερμοκρασία.

Σε συνηθισμένο αέρα σε τέτοιες θερμοκρασίες, το βολφράμιο θα μετατρεπόταν αμέσως σε οξείδιο. Για το λόγο αυτό, το νήμα βολφραμίου προστατεύεται από έναν γυάλινο βολβό γεμάτο με ουδέτερο αέριο (συνήθως αργό). Οι πρώτοι λαμπτήρες κατασκευάστηκαν με λαμπτήρες κενού. Ωστόσο, στο κενό σε υψηλές θερμοκρασίες, το βολφράμιο εξατμίζεται γρήγορα, λεπτύνοντας το νήμα και σκουρύνοντας τον γυάλινο βολβό καθώς εναποτίθεται σε αυτό. Αργότερα, οι φιάλες γεμίστηκαν με χημικά ουδέτερα αέρια. Οι φιάλες κενού χρησιμοποιούνται πλέον μόνο για λαμπτήρες χαμηλής ισχύος.

Σχέδιο

Ένας λαμπτήρας πυρακτώσεως αποτελείται από μια βάση, αγωγούς επαφής, ένα νήμα, μια ασφάλεια και έναν γυάλινο λαμπτήρα που προστατεύει το νήμα από περιβάλλον.

Φλάσκα

Η γυάλινη λάμπα προστατεύει το νήμα από την καύση στον περιβάλλοντα αέρα. Οι διαστάσεις της φιάλης καθορίζονται από τον ρυθμό εναπόθεσης του υλικού νήματος. Οι λαμπτήρες υψηλότερης ισχύος απαιτούν λαμπτήρες μεγαλύτερο μέγεθοςέτσι ώστε το εναποτιθέμενο νηματώδες υλικό να κατανέμεται σε μεγάλη περιοχή και να μην έχει ισχυρή επίδραση στη διαφάνεια.

ρυθμιστικό αέριο

Οι φιάλες των πρώτων λαμπτήρων εκκενώθηκαν. Οι σύγχρονοι λαμπτήρες γεμίζουν με ένα ρυθμιστικό αέριο (εκτός από τους λαμπτήρες χαμηλής ισχύος, οι οποίοι εξακολουθούν να κατασκευάζονται υπό κενό). Αυτό μειώνει τον ρυθμό εξάτμισης του υλικού του νήματος. Οι απώλειες θερμότητας που προκύπτουν σε αυτή την περίπτωση λόγω θερμικής αγωγιμότητας μειώνονται με την επιλογή ενός αερίου με τα βαρύτερα δυνατά μόρια. Τα μείγματα αζώτου-αργού είναι ένας αποδεκτός συμβιβασμός όσον αφορά τη μείωση του κόστους. Οι πιο ακριβοί λαμπτήρες περιέχουν κρυπτόν ή ξένο (ατομικά βάρη: άζωτο: 28,0134 g/mol, αργό: 39,948 g/mol, κρυπτόν: 83,798 g/mol, ξένο: 131,293 g/mol)

Νήμα

Το νήμα στους πρώτους λαμπτήρες ήταν κατασκευασμένο από άνθρακα (σημείο εξάχνωσης 3559 °C). Οι σύγχρονοι λαμπτήρες χρησιμοποιούν σχεδόν αποκλειστικά νήματα οσμίου-βολφραμίου. Το σύρμα είναι συχνά διπλής έλικας για τη μείωση της μεταφοράς μειώνοντας το στρώμα Langmuir.

Οι λαμπτήρες κατασκευάζονται για διάφορες τάσεις λειτουργίας. Η ισχύς του ρεύματος καθορίζεται από το νόμο του Ohm (I \u003d U / R) και η ισχύς από τον τύπο P \u003d U \ cdot I, ή P \u003d U2 / R. Σε ισχύ 60 W και τάση λειτουργίας 230 V, ένα ρεύμα 0,26 A πρέπει να ρέει μέσω του λαμπτήρα, δηλαδή η αντίσταση του νήματος πρέπει να είναι 882 ohms. Γιατί τα μέταλλα έχουν λίγα αντίσταση, για να επιτευχθεί τέτοια αντίσταση, μια μακρά και λεπτό σύρμα. Το πάχος του σύρματος στους συμβατικούς λαμπτήρες είναι 40-50 μικρά.

Επειδή όταν είναι ενεργοποιημένο, το νήμα είναι στο θερμοκρασία δωματίου, η αντίστασή του είναι πολύ μικρότερη από την αντίσταση εργασίας. Επομένως, όταν είναι ενεργοποιημένο, ρέει πολύ μεγάλο ρεύμα (δύο έως τρεις φορές το ρεύμα λειτουργίας). Καθώς το νήμα θερμαίνεται, η αντίστασή του αυξάνεται και το ρεύμα μειώνεται. Σε αντίθεση με τους σύγχρονους λαμπτήρες, οι πρώιμοι λαμπτήρες πυρακτώσεως με νήματα άνθρακα, όταν ήταν ενεργοποιημένοι, λειτουργούσαν με την αντίθετη αρχή - όταν θερμανόταν, η αντίστασή τους μειώθηκε και η λάμψη αυξήθηκε αργά.

Στους λαμπτήρες που αναβοσβήνουν, ένας διμεταλλικός διακόπτης είναι ενσωματωμένος σε σειρά με το νήμα. Λόγω αυτού, τέτοιοι λαμπτήρες λειτουργούν ανεξάρτητα σε λειτουργία που αναβοσβήνει.

βάση στήλης

Το σχήμα της υποδοχής με το νήμα ενός συμβατικού λαμπτήρα πυρακτώσεως έχει προταθεί Τόμας Άλβα Έντισον. Τα μεγέθη των πλίνθων είναι τυποποιημένα.

Ασφάλεια ηλεκτρική

Μια ασφάλεια (ένα κομμάτι λεπτού σύρματος) βρίσκεται στη βάση της λάμπας πυρακτώσεως, σχεδιασμένη να αποτρέπει την εμφάνιση ηλεκτρικού τόξου τη στιγμή που η λάμπα καίγεται. Για οικιακούς λαμπτήρες με μετρημένη ηλεκτρική τάση 220 V τέτοιες ασφάλειες είναι συνήθως ονομαστικές στα 7 Α.

αποτελεσματικότητα και ανθεκτικότητα

Σχεδόν όλη η ενέργεια που παρέχεται στη λάμπα μετατρέπεται σε ακτινοβολία. Οι απώλειες λόγω αγωγιμότητας και μεταφοράς θερμότητας είναι μικρές. Για το ανθρώπινο μάτι, ωστόσο, μόνο ένα μικρό εύρος μηκών κύματος αυτής της ακτινοβολίας είναι διαθέσιμο. Το κύριο μέρος της ακτινοβολίας βρίσκεται στο αόρατο υπέρυθρο φάσμα και γίνεται αντιληπτό ως θερμότητα. Συντελεστής χρήσιμη δράσηΟι λαμπτήρες πυρακτώσεως φθάνουν τη μέγιστη τιμή τους του 15% σε θερμοκρασία περίπου 3400 Κ. Σε πρακτικά επιτεύξιμες θερμοκρασίες 2700 K, η απόδοση είναι 5%.

Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, η απόδοση του λαμπτήρα πυρακτώσεως αυξάνεται, αλλά ταυτόχρονα μειώνεται σημαντικά η αντοχή του. Σε θερμοκρασία νήματος 2700 K, η διάρκεια ζωής της λάμπας είναι περίπου 1000 ώρες, στους 3400 K μόνο λίγες ώρες. Όταν η τάση αυξάνεται κατά 20%, η φωτεινότητα διπλασιάζεται. Ταυτόχρονα, η διάρκεια ζωής μειώνεται κατά 95%.

Η μείωση της τάσης στο μισό (για παράδειγμα, όταν συνδέεται σε σειρά), αν και μειώνει την απόδοση, αυξάνει τη διάρκεια ζωής κατά σχεδόν χίλιες φορές. Αυτό το αποτέλεσμα χρησιμοποιείται συχνά όταν είναι απαραίτητο να παρέχεται αξιόπιστη φωτισμός έκτακτης ανάγκηςχωρίς ειδικές απαιτήσεις για φωτεινότητα, για παράδειγμα, ενεργοποιημένο προσγειώσεις.

Η περιορισμένη διάρκεια ζωής ενός λαμπτήρα πυρακτώσεως οφείλεται, σε μικρότερο βαθμό, στην εξάτμιση του υλικού του νήματος κατά τη λειτουργία και, σε μεγαλύτερο βαθμό, στις ανομοιογένειες που προκύπτουν στο νήμα. Η ανομοιόμορφη εξάτμιση του υλικού του νήματος οδηγεί στην εμφάνιση λεπτών περιοχών με αυξημένη ηλεκτρική αντίσταση, η οποία με τη σειρά της οδηγεί σε ακόμη μεγαλύτερη θέρμανση και εξάτμιση του υλικού σε τέτοια σημεία. Όταν μία από αυτές τις συστολές γίνει τόσο λεπτή ώστε το υλικό του νήματος σε αυτό το σημείο λιώσει ή εξατμιστεί τελείως, το ρεύμα διακόπτεται και ο λαμπτήρας αστοχεί.

Λαμπτήρες αλογόνου

Η προσθήκη βρωμίου ή ιωδίου στο ρυθμιστικό αέριο αυξάνει τη διάρκεια ζωής της λάμπας σε 2000-4000 ώρες. Ταυτόχρονα, η θερμοκρασία λειτουργίας είναι περίπου 3000 K. Η απόδοση των λαμπτήρων αλογόνου φτάνει τα 28 lm / W.

Το ιώδιο (μαζί με το υπολειπόμενο οξυγόνο) εισέρχεται χημική ένωσημε εξατμισμένα άτομα βολφραμίου. Αυτή η διαδικασία είναι αναστρέψιμη - σε υψηλές θερμοκρασίες, η ένωση αποσυντίθεται στις συστατικές της ουσίες. Τα άτομα βολφραμίου απελευθερώνονται έτσι είτε στην ίδια την έλικα είτε κοντά της.

Η προσθήκη αλογόνων αποτρέπει την εναπόθεση βολφραμίου στο γυαλί, με την προϋπόθεση ότι η θερμοκρασία του γυαλιού είναι μεγαλύτερη από 250 °C. Λόγω της απουσίας μαυρίσματος του λαμπτήρα, οι λαμπτήρες αλογόνου μπορούν να κατασκευαστούν σε πολύ συμπαγή μορφή. Ο μικρός όγκος της φιάλης επιτρέπει, αφενός, τη χρήση περισσότερων πίεση λειτουργίας(που οδηγεί και πάλι σε μείωση του ρυθμού εξάτμισης του νήματος) και, από την άλλη πλευρά, χωρίς σημαντική αύξηση του κόστους, γεμίστε τη φιάλη με βαριά αδρανή αέρια, γεγονός που οδηγεί σε μείωση των απωλειών ενέργειας λόγω αγωγιμότητας θερμότητας . Όλα αυτά παρατείνουν τη διάρκεια ζωής των λαμπτήρων αλογόνου και αυξάνουν την απόδοσή τους.

Λόγω της υψηλής θερμοκρασίας της φιάλης, τυχόν επιφανειακοί ρύποι (όπως τα δακτυλικά αποτυπώματα) καίγονται γρήγορα κατά τη λειτουργία, αφήνοντας μαύρισμα. Αυτό οδηγεί σε τοπικές αυξήσεις της θερμοκρασίας της φιάλης, που μπορεί να προκαλέσει την καταστροφή της. Επίσης λόγω της υψηλής θερμοκρασίας, οι φιάλες είναι κατασκευασμένες από χαλαζία.

Μια νέα κατεύθυνση στην ανάπτυξη των λαμπτήρων είναι το λεγόμενο. Λαμπτήρες αλογόνου IRC (IRC σημαίνει υπέρυθρη επίστρωση). Μια ειδική επίστρωση εφαρμόζεται στους λαμπτήρες τέτοιων λαμπτήρων, η οποία μεταδίδει το ορατό φως, αλλά καθυστερεί την υπέρυθρη (θερμική) ακτινοβολία και την αντανακλά πίσω στη σπείρα. Λόγω αυτού, η απώλεια θερμότητας μειώνεται και, ως αποτέλεσμα, αυξάνεται η απόδοση του λαμπτήρα. Σύμφωνα με την OSRAM, η κατανάλωση ενέργειας μειώνεται κατά 45% και η διάρκεια ζωής διπλασιάζεται (σε ​​σύγκριση με μια συμβατική λάμπα αλογόνου).

Αν και οι λαμπτήρες αλογόνου IRC δεν επιτυγχάνουν απόδοση λαμπτήρων φως ημέρας, το πλεονέκτημά τους είναι ότι μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως άμεση αντικατάσταση των συμβατικών λαμπτήρων αλογόνου.

Ειδικοί λαμπτήρες

Λαμπτήρες προβολής - για προβολείς διαμέτρου και φιλμ. Έχουν αυξημένη θερμοκρασία νήματος (και, κατά συνέπεια, αυξημένη φωτεινότητα και μειωμένη διάρκεια ζωής). συνήθως το νήμα τοποθετείται έτσι ώστε η φωτεινή περιοχή να σχηματίζει ένα ορθογώνιο.

Διπλοί λαμπτήρες πυράκτωσης για προβολείς αυτοκινήτου. Το ένα νήμα για τη μεγάλη σκάλα, το άλλο για τη μεσαία σκάλα. Επιπλέον, τέτοιοι λαμπτήρες περιέχουν μια οθόνη που, στη λειτουργία μεσαίας σκάλας, κόβει τις ακτίνες που θα μπορούσαν να θαμπώσουν τους επερχόμενους οδηγούς.

Ιστορία εφευρέσεων

Το 1854 ένας Γερμανός εφευρέτης Χάινριχ Γκέμπελανέπτυξε τον πρώτο «σύγχρονο» λαμπτήρα: απανθρακωμένο νήμα μπαμπού σε ένα εκκενωμένο σκάφος. Στα επόμενα 5 χρόνια, ανέπτυξε αυτό που πολλοί αποκαλούν τον πρώτο πρακτικό λαμπτήρα.

11 Ιουλίου 1874 Ρώσος μηχανικός Alexander Nikolaevich Lodyginέλαβε ένα δίπλωμα ευρεσιτεχνίας με αριθμό 1619 για μια λάμπα πυράκτωσης. Ως νήμα, χρησιμοποίησε μια ράβδο άνθρακα τοποθετημένη σε ένα εκκενωμένο σκάφος.

Άγγλος εφευρέτης Τζόζεφ Γουίλσον Σουάνέλαβε ένα βρετανικό δίπλωμα ευρεσιτεχνίας το 1878 για μια λάμπα με νήματα άνθρακα. Στις λάμπες του, το νήμα βρισκόταν σε μια ατμόσφαιρα σπάνιου οξυγόνου, η οποία επέτρεψε να αποκτήσει πολύ έντονο φως.

Στο δεύτερο μισό της δεκαετίας του 1870, ένας Αμερικανός εφευρέτης Τόμας Έντισονκρατά ερευνητικό έργοστο οποίο δοκιμάζει διάφορα μέταλλα ως νήμα. Στο τέλος, επιστρέφει στις ανθρακονήματα και δημιουργεί μια λάμπα με διάρκεια ζωής 40 ωρών. Παρά τέτοια σύντομο χρονικό διάστημαΟι λαμπτήρες του αντικαθιστούν τον φωτισμό αερίου που χρησιμοποιήθηκε μέχρι τότε.

Στη δεκαετία του 1890, ο Lodygin επινόησε διάφορους τύπους λαμπτήρων με μεταλλικά νήματα.

Το 1906, ο Lodygin πούλησε ένα δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για ένα νήμα βολφραμίου στην General Electric. Εξαιτίας υψηλό κόστοςΤο δίπλωμα ευρεσιτεχνίας βολφραμίου βρίσκει μόνο περιορισμένη εφαρμογή.

Το 1910 Ουίλιαμ Ντέιβιντ Κούλιτζεφευρίσκει μια βελτιωμένη μέθοδο για την παραγωγή νήματος βολφραμίου. Στη συνέχεια, το νήμα βολφραμίου εκτοπίζει όλους τους άλλους τύπους νημάτων.

Το υπόλοιπο πρόβλημα με την ταχεία εξάτμιση ενός νήματος στο κενό έχει λυθεί από έναν Αμερικανό επιστήμονα. Irving Langmuir, ο οποίος εργάζεται από το 1909 στην εταιρεία General Electric, σκέφτηκε να γεμίσει τους λαμπτήρες των λαμπτήρων με αδρανές αέριο, το οποίο αύξησε σημαντικά τη διάρκεια ζωής των λαμπτήρων.

Εξ ορισμού, ένας λαμπτήρας πυρακτώσεως είναι ηλεκτρική πηγήφως, όπου το σώμα πυρακτώσεως, που είναι συνήθως ένας πυρίμαχος αγωγός, βρίσκεται μέσα σε έναν λαμπτήρα, εκκενώνεται ή γεμίζεται με αδρανές αέριο και θερμαίνεται σε υψηλή θερμοκρασία με τη βοήθεια ηλεκτρικού ρεύματος που διέρχεται από αυτόν. Ως αποτέλεσμα, εκπέμπεται ορατό φως. Για το νήμα, χρησιμοποιείται ένα κράμα με βάση το βολφράμιο.

λαμπτήρα πυρακτώσεως γενικού σκοπού(230 V, 60 W, 720 lm, βάση E27, συνολικό ύψος περ. 110 mm

Η αρχή της λειτουργίας ενός λαμπτήρα πυρακτώσεως

Λοιπόν, όλα είναι πολύ απλά εδώ. Ένα ηλεκτρικό ρεύμα διέρχεται από το πυρακτωμένο σώμα και το θερμαίνει. Το νήμα εκπέμπει ηλεκτρομαγνητική θερμική ακτινοβολία, η οποία είναι σύμφωνη με το νόμο του Planck. Η λειτουργία του έχει μέγιστο ανάλογα με τη θερμοκρασία. Εάν η θερμοκρασία αυξάνεται, τότε η μέγιστη μετατοπίζεται προς μικρότερα μήκη κύματος. Για να έχουμε ορατή ακτινοβολία, η θερμοκρασία πρέπει να είναι αρκετές χιλιάδες βαθμούς. Για παράδειγμα, σε θερμοκρασία 5770 K (μια τέτοια θερμοκρασία στην επιφάνεια του Ήλιου), το φως θα αντιστοιχεί στο φάσμα του Ήλιου. Εάν η θερμοκρασία μειωθεί, τότε θα υπάρχει λιγότερο ορατό φως και η ακτινοβολία θα είναι κόκκινη.

Αλλά μόνο ένα μέρος της ενέργειας μετατρέπεται σε ακτινοβολία, το υπόλοιπο δαπανάται για αγωγή και μεταφορά θερμότητας. Ένα μικρό κλάσμα της ακτινοβολίας βρίσκεται στο οπτικό πεδίο και το υπόλοιπο είναι υπέρυθρη ακτινοβολία. Προκειμένου να αυξηθεί η απόδοση του λαμπτήρα και έτσι να ληφθεί "λευκό" φως, είναι απαραίτητο να αυξηθεί η θερμοκρασία του νήματος, αλλά το όριο του περιορίζεται από τις ιδιότητες του υλικού. Για παράδειγμα, δεν θα μπορεί να αντέξει θερμοκρασία 5771 Κ, αφού οποιοδήποτε από τα γνωστό στον άνθρωπουλικά σε αυτή τη θερμοκρασία αρχίζουν να λιώνουν, να διασπώνται ή απλά να μην αγώγουν ηλεκτρισμό. Τώρα οι λαμπτήρες πυρακτώσεως είναι εξοπλισμένοι με ένα νήμα που μπορεί να αντέξει μέγιστη θερμοκρασίατήξη. Αυτό είναι κυρίως βολφράμιο, το οποίο μπορεί να αντέξει τους 3410 ° C και λιγότερο συχνά το όσμιο με όριο 3045 ° C.

Η ποιότητα του φωτός αξιολογείται χρησιμοποιώντας τη θερμοκρασία χρώματος. Ένας συνηθισμένος λαμπτήρας πυρακτώσεως έχει θερμοκρασία 2200 - 3000 K και ακτινοβολεί ταυτόχρονα κίτρινος, που απέχει πολύ από την ημέρα.

Αλλά στον αέρα, το βολφράμιο δεν είναι σε θέση να αντέξει μια τέτοια θερμοκρασία. Μετατρέπεται αμέσως σε οξείδιο, οπότε πρέπει να δημιουργήσετε Ειδικές καταστάσεις. Κατά τη δημιουργία ενός λαμπτήρα, ο αέρας αντλείται από τον λαμπτήρα, αλλά μόνο λαμπτήρες χαμηλής ισχύος (έως 25 W) κατασκευάζονται χρησιμοποιώντας αυτήν την τεχνολογία στην εποχή μας. Οι φιάλες των πιο αποδοτικών λαμπτήρων περιέχουν ένα αδρανές αέριο (συνήθως άζωτο, αργό ή κρυπτό). Λόγω της υψηλής πίεσης, το βολφράμιο δεν εξατμίζεται τόσο γρήγορα. Αυξάνει επίσης τη διάρκεια ζωής και σας επιτρέπει να αυξήσετε τη θερμοκρασία της λάμψης και αυτό αυξάνει την απόδοση και σας επιτρέπει να πλησιάσετε πιο κοντά στο λευκό φάσμα της ακτινοβολίας. Οι λαμπτήρες με αέριο δεν σκουραίνουν τόσο γρήγορα από την εναπόθεση υλικού νήματος όσο οι λαμπτήρες κενού.

Από τι είναι κατασκευασμένος ένας λαμπτήρας πυρακτώσεως; Τώρα θα μάθουμε. Γενικά, ο σχεδιασμός τους εξαρτάται από το σκοπό, αλλά τα κύρια στοιχεία είναι ο λαμπτήρας, το σώμα του νήματος και οι αγωγοί ρεύματος. Οι λάμπες κατασκευάζονται για συγκεκριμένες χρήσεις, επομένως μερικοί μπορεί να έχουν ασυνήθιστες θήκες νήματος ή μπορεί να μην έχουν βάση ή βάση διαφορετικού μεγέθους ή πρόσθετο λαμπτήρα. ΣΕ απλοί λαμπτήρεςμπορείτε να βρείτε μια ασφάλεια - αυτός είναι ένας σύνδεσμος που αποτελείται από ένα κράμα σιδηρονικελίου και είναι συγκολλημένος στο διάκενο ενός από τους αγωγούς ρεύματος. Αυτός ο σύνδεσμος βρίσκεται συνήθως στο πόδι. Σκοπός του είναι να αποτρέψει την κατάρρευση του λαμπτήρα όταν σπάσει το νήμα. Όταν το νήμα σπάσει, σχηματίζεται ένα ηλεκτρικό τόξο που μπορεί να λιώσει το υπόλοιπο νήμα. Το λιωμένο μέταλλο μπορεί να καταστρέψει το γυαλί και να προκαλέσει πυρκαγιά. Και χάρη στην ασφάλεια, αυτό μπορεί να αποφευχθεί, καθώς καταστρέφεται όταν εμφανίζεται ένα τόξο, το ρεύμα του οποίου είναι αρκετές φορές υψηλότερο από ονομαστικό ρεύμαλαμπτήρες. Ο σύνδεσμος σιδηρονικελίου βρίσκεται στην κοιλότητα, όπου η πίεση είναι ίση με την ατμοσφαιρική, οπότε το τόξο σβήνει χωρίς προβλήματα. Η χαμηλή απόδοση οδήγησε στο γεγονός ότι έπρεπε να εγκαταλειφθούν.

Ο σχεδιασμός του λαμπτήρα πυρακτώσεως: 1 - λαμπτήρας. 2 - η κοιλότητα της φιάλης (κενό ή γεμάτη με αέριο). 3 - σώμα λάμψης. 4, 5 - ηλεκτρόδια (εισόδους ρεύματος). 6 - γάντζοι-κάτοχοι του σώματος της θερμότητας. 7 - πόδι λαμπτήρα? 8 - εξωτερική σύνδεση του τρέχοντος καλωδίου, ασφάλεια. 9 - θήκη βάσης. 10 - μονωτήρας βάσης (γυαλί). 11 - επαφή του πυθμένα της βάσης.

Φλάσκα

Χάρη στη φιάλη, το σώμα του νήματος προστατεύεται από τα ατμοσφαιρικά αέρια. Για να προσδιορίσετε το μέγεθος του λαμπτήρα, πρέπει να ξέρετε με ποιο ρυθμό θα αποτεθεί το υλικό νήματος.

Μέσο αερίου

Αρχικά οι λάμπες εκκενώθηκαν. Στην εποχή μας, αδρανές αέριο υπάρχει σε λαμπτήρες (εξαιρουμένων των λαμπτήρων με χαμηλή ενέργεια). Όσο περισσότερο αέριο μοριακή μάζα, τόσο λιγότερη θερμότητα χάνεται λόγω θερμικής αγωγιμότητας. Το πιο δημοφιλές μείγμα αερίων περιλαμβάνει άζωτο N2 και αργό Ar (λόγω χαμηλού κόστους). Μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί καθαρό αποξηραμένο αργό, xenon Xe ή krypton Kr.

Μοριακές μάζες αερίων:

• Ν2 - 28,0134 g/mol;
• Ar: 39,948 g/mol;
• Kr - 83,798 g/mol;
• Xe - 131,293 g/mol;

Σε μια ειδική ομάδα λαμπτήρων θα πρέπει να αποδοθεί αλαγόνο, αφού στη φιάλη τους εισάγονται αλογόνα ή οι ενώσεις τους. Το υλικό του σώματος του νήματος εξατμίζεται και συνδυάζεται με τα αλογόνα. Η θερμική αποσύνθεση τέτοιων ενώσεων επιτρέπει στο υλικό να επιστρέψει στην επιφάνεια του νήματος. Λόγω αυτού, η λάμπα έχει υψηλότερη θερμοκρασία του νήματος, μεγαλύτερη απόδοση, μεγαλύτερη διάρκεια ζωής και μικρότερο λαμπτήρα. Το κύριο μειονέκτημα είναι το χαμηλό ηλεκτρική αντίστασησε ψυχρή κατάσταση.

Σώμα λάμψης

Το σώμα θέρμανσης μπορεί να έχει διαφορετικές μορφές, τα οποία εξαρτώνται από τον σκοπό του λαμπτήρα. Ένα σώμα κατασκευασμένο από σύρμα κυκλικής διατομής είναι πιο δημοφιλές, αλλά μπορεί επίσης να υπάρχουν σώματα από νήματα (από μεταλλικές κορδέλες). Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο το να πούμε "νήμα" δεν θα είναι απολύτως σωστό.

Οι πρώτοι λαμπτήρες χρησιμοποιούσαν άνθρακα (θερμοκρασία εξάχνωσης 3559 °C). Σήμερα, χρησιμοποιείται μια σπείρα βολφραμίου ή κράματος οσμίου-βολφραμίου. Το σχήμα της σπείρας σας επιτρέπει να μειώσετε το μέγεθος του σώματος του νήματος. Η έλικα μπορεί να υποστεί επαναλαμβανόμενη ή και τριτογενή έλικα (δι-έλικα ή τρι-έλικα). Αυτό σας επιτρέπει να αυξήσετε την απόδοση των λαμπτήρων, μειώνοντας την απώλεια θερμότητας λόγω της σύμβασης.

Ηλεκτρικές παράμετροι

Γιατί οι λάμπες είναι διάφορους σκοπούς, και η τάση λειτουργίας τους είναι διαφορετική. Η ισχύς του ρεύματος μπορεί να καθοριστεί από το νόμο Ohm (I=U/R)και ισχύς σύμφωνα με τον τύπο P=U I, ή P=U²/R. Για να επιτευχθεί η επιθυμητή αντίσταση, χρησιμοποιείται ένα μακρύ και λεπτό σύρμα, το πάχος του οποίου είναι 40 - 50 μικρόμετρα.

Στον σβησμένο λαμπτήρα, το σώμα του νήματος έχει θερμοκρασία δωματίου, επομένως, όταν είναι ενεργοποιημένο, περνάει πολύ μεγάλο ρεύμα (κάπου 10-14 φορές περισσότερο από το ρεύμα λειτουργίας). Το ρεύμα μειώνεται μόνο όταν το νήμα θερμαίνεται και η αντίσταση αυξάνεται. Για παράδειγμα, πριν ήταν το αντίστροφο. Οι λαμπτήρες με νήματα άνθρακα, όταν θερμαίνονται, μειώνουν την αντίσταση και σιγά σιγά αύξαναν τη λάμψη.

Για ανεξάρτητο τρεμόπαιγμα του λαμπτήρα, τοποθετείται διμεταλλικός διακόπτης σε αυτό σε σειρά με το νήμα.

βάση στήλης

Η πλίνθος με σπείρωμα που όλοι γνωρίζουμε προτάθηκε από τον Joseph Wilson Swan. Τα μεγέθη των πλίνθων είναι τυποποιημένα. Συνήθως στο αγρόκτημα υπάρχουν Edison socles E14 (minion), E27 και E40 (ο αριθμός σημαίνει εξωτερική διάμετροςσε mm). Υπάρχουν βάσεις χωρίς νήματα (σε αυτή την περίπτωση, η λάμπα συγκρατείται στο φυσίγγιο με τριβή ή χωρίς σπείρωμα, για παράδειγμα, μπαγιονέτα) - το βρετανικό πρότυπο και, γενικά, λαμπτήρες χωρίς βάση, για παράδειγμα, σε ένα αυτοκίνητο.

Στις ΗΠΑ και τον Καναδά, χρησιμοποιούνται άλλες βάσεις, καθώς η τάση του δικτύου μπορεί να είναι 110 V, επομένως άλλαξαν το μέγεθος της σόλας (E12 (candelabra), E17 (ενδιάμεσο), E26 (τυπικό ή μεσαίο), E39 (mogul) ) για να μην βιδωθούν κατά λάθος ευρωπαϊκές λάμπες. Χρησιμοποιούν επίσης πλίνθους χωρίς σπείρωμα.

Απόδοση λαμπτήρων πυρακτώσεως

Σχεδόν όλη η ενέργεια που παρέχεται στον λαμπτήρα ξοδεύεται στην ακτινοβολία και μόνο ένα μέρος δαπανάται για αγωγή και μεταφορά θερμότητας. Τα μάτια μας βλέπουν μόνο σε ένα στενό εύρος μηκών κύματος (το εύρος της ορατής ακτινοβολίας), αλλά η κύρια ισχύς ακτινοβολίας βρίσκεται στην υπέρυθρη περιοχή, την οποία δεν μπορούμε να δούμε και να αντιληφθούμε ως θερμότητα. Επομένως, η απόδοση ενός λαμπτήρα πυρακτώσεως σε θερμοκρασία 3400 K είναι 15%. Σε θερμοκρασία 2700 K (αυτή είναι μια κανονική λάμπα 60 W), η απόδοση είναι μόνο 5%.

Όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία, τόσο μεγαλύτερη είναι η απόδοση, αλλά η αντοχή μειώνεται σημαντικά. Εάν η θερμοκρασία φτάσει τους 2700 K, τότε η λάμπα θα διαρκέσει 1000 ώρες, αλλά εάν η θερμοκρασία του νήματος αυξηθεί στους 3400 K, τότε ο λαμπτήρας θα διαρκέσει μόνο λίγες ώρες. Εάν αυξήσετε την τάση κατά 20%, τότε η φωτεινότητα θα αυξηθεί κατά 2 φορές, αλλά η διάρκεια ζωής θα μειωθεί κατά 95%.

Η χαμηλή τάση, φυσικά, μειώνει την απόδοση, αλλά ο λαμπτήρας θα διαρκέσει περισσότερο. Εάν χαμηλώσετε την τάση (σύνδεση σειράς), τότε η απόδοση θα μειωθεί κατά 4-5 φορές, αλλά η λάμπα θα διαρκέσει σχεδόν χίλιες φορές περισσότερο. Αυτή η επιλογή εργασίας είναι πολύ αποτελεσματική εάν δεν υπάρχουν ειδικές απαιτήσεις για φωτισμό, για παράδειγμα, σε προσγειώσεις. Ο λαμπτήρας συνδέεται σε σειρά με τη δίοδο και ξεκινά ένα εναλλασσόμενο ρεύμα, τότε το ρεύμα στη λάμπα θα ρέει μόνο τη μισή περίοδο. Αυτό θα μειώσει την ισχύ κατά 2 φορές και επομένως η τάση θα μειωθεί κατά ~ 1,41 φορές.

Εάν το λάβουμε υπόψη από οικονομική άποψη, τότε η αύξηση της ανθεκτικότητας με τη μείωση της τάσης είναι εντελώς ασύμφορη, καθώς κατά τη διάρκεια ζωής το κόστος της ηλεκτρικής ενέργειας που καταναλώνεται από τη λάμπα θα είναι μεγαλύτερο από το κόστος της ίδιας της λάμπας. Ως εκ τούτου, επιλέχθηκε η βέλτιστη τάση, η οποία είναι μεγαλύτερη από την ονομαστική τάση και ελαχιστοποιεί το κόστος του φωτισμού.

Διάρκεια Ζωής

Η διάρκεια ζωής ενός λαμπτήρα πυρακτώσεως μπορεί να περιοριστεί από την εξάτμιση του υλικού του νήματος κατά τη λειτουργία ή από ανομοιογένειες που προκύπτουν στο νήμα. Δεδομένου ότι το υλικό του νήματος δεν εξατμίζεται πάντα ομοιόμορφα, εμφανίζονται λεπτές περιοχές όπου η ηλεκτρική αντίσταση γίνεται μεγαλύτερη, και αυτό οδηγεί σε μεγαλύτερη θέρμανση και το υλικό αρχίζει να εξατμίζεται πιο εντατικά σε τέτοια σημεία, καθώς η ισχύς σε ένα σειριακό ηλεκτρικό κύκλωμα είναι ανάλογη με το I r2. Επομένως, η λάμπα καίγεται όταν το νήμα εξαντλείται τόσο πολύ που το υλικό λιώνει ή εξατμίζεται τελείως.

Όταν η τάση εφαρμόζεται ξαφνικά, το νήμα φθείρεται περισσότερο, επομένως μπορούν να χρησιμοποιηθούν διάφοροι μαλακοί εκκινητές για να αυξηθεί η διάρκεια ζωής του λαμπτήρα.

Η ειδική αντίσταση του βολφραμίου σε θερμοκρασία δωματίου είναι διπλάσια από αυτή του αλουμινίου. Όταν η λάμπα είναι αναμμένη, το ρεύμα υπερβαίνει το ονομαστικό ρεύμα κατά 10 - 15 φορές, επομένως οι λαμπτήρες καίγονται τη στιγμή που ανάβουν. Για την προστασία του δικτύου από υπερτάσεις ρεύματος, ορισμένοι λαμπτήρες (για παράδειγμα, οικιακές) διαθέτουν ενσωματωμένη ασφάλεια. Μπορεί να φανεί εξετάζοντας προσεκτικά τη λάμπα. Αυτός είναι ένας αγωγός που είναι πιο λεπτός από τον άλλο, συνδεδεμένο με τη βάση του λαμπτήρα. Τη στιγμή της ενεργοποίησης, το συνηθισμένο οικιακό λαμπτήραΤα 60 W καταναλώνουν πάνω από 700 W και τα 100 W για 1 kW. Όταν το νήμα θερμαίνεται, η αντίσταση αυξάνεται και η ισχύς πέφτει στην ονομαστική τιμή.

Ένα θερμίστορ NTC μπορεί να χρησιμοποιηθεί για ομαλή εκκίνηση. Τη στιγμή της ενεργοποίησης, η αντίσταση είναι κρύα και έχει υψηλή αντίσταση, επομένως, μόνο αφού ζεσταθεί, η λάμπα θα λάβει όλη την τάση. Αλλά η ομαλή ένταξη είναι ένα ξεχωριστό ζήτημα.

Χάρη στον παρακάτω πίνακα, μπορείτε να μάθετε περίπου την αναλογία ισχύος και φωτεινή ροήγια μια συνηθισμένη λάμπα "αχλάδι" (βάση E27, 220 V).

Ποικιλίες λαμπτήρων πυρακτώσεως

κενό(ο απλούστερος τύπος λαμπτήρα)
Αργόν(άζωτο-αργό);
Κρυπτόν(10% φωτεινότερο από το αργό).
Ξένο(φωτεινότερο από το αργό δύο φορές).
Αλαγόνο(Το I ή το Br χρησιμοποιείται ως πληρωτικό, τέτοιοι λαμπτήρες είναι 2,5 φορές πιο φωτεινοί από τους λαμπτήρες αργού, έχουν μεγαλύτερη διάρκεια ζωής και δεν τους αρέσει η βραχυπρόθεσμη, επειδή ο κύκλος αλογόνου σταματά να λειτουργεί).
Αλογόνο με δύο φιάλες(η καλύτερη θέρμανση της εσωτερικής φιάλης αυξάνει την απόδοση του κύκλου αλογόνου).
ξένον αλογόνο(Το Xe + I ή το Br χρησιμοποιείται ως πληρωτικό, το πιο αποτελεσματικό πληρωτικό, η φωτεινότητα είναι 3 φορές καλύτερη από αυτή των αργού).
Ξενόν-αλογόνο με ανακλαστήρα υπερύθρων(δεδομένου ότι το κύριο μέρος της ακτινοβολίας βρίσκεται στην περιοχή IR, η ανάκλαση της ακτινοβολίας IR προς τα μέσα σας επιτρέπει να αυξήσετε σημαντικά την απόδοση, τέτοιοι λαμπτήρες μπορούν να βρεθούν σε λαμπτήρες κυνηγιού).
Πυρακτωμένο με επίστρωση που μετατρέπει την υπέρυθρη ακτινοβολία στην ορατή περιοχή. Αυτή τη στιγμή, αναπτύσσεται ένας λαμπτήρας με φώσφορο υψηλής θερμοκρασίας, ο οποίος, όταν θερμαίνεται, εκπέμπει το ορατό φάσμα.

Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των λαμπτήρων πυρακτώσεως

Πλεονεκτήματα:

• υψηλός δείκτης απόδοσης χρωμάτων, Ra 100;
• σταθερή μαζική παραγωγή?
• χαμηλό κόστος;
• συμπαγείς διαστάσεις?
• δεν υπάρχει έρμα.
• δεν φοβάται την ιονίζουσα ακτινοβολία.
• καθαρά ενεργή ηλεκτρική αντίσταση (συντελεστής ισχύος μονάδας).
• η ανάφλεξη και η εκ νέου ανάφλεξη εμφανίζονται αμέσως.
• ανθεκτικό σε διακοπές ρεύματος και υπερτάσεις ρεύματος.
• δεν περιέχει τοξικά στοιχεία, επομένως δεν χρειάζονται σημεία συλλογής και απόρριψης.
• μπορεί να λειτουργήσει σε οποιοδήποτε είδος ρεύματος.
• αναισθησία στην πολικότητα της τάσης.
• μπορείτε να φτιάξετε μια λάμπα για οποιαδήποτε τάση (από κλάσματα ενός βολτ έως εκατοντάδες βολτ).
• όταν εργάζεστε σε εναλλασσόμενο ρεύμαχωρίς τρεμόπαιγμα (σημαντικό στις επιχειρήσεις).
• όταν εργάζεστε σε εναλλασσόμενο ρεύμα, δεν υπάρχει βόμβος.
• φάσμα συνεχών εκπομπών·
• οικείο και ευχάριστο φάσμα στην καθημερινή ζωή.
• αντίσταση στην ηλεκτρομαγνητική ώθηση.
• μπορεί να λειτουργήσει με χειριστήρια φωτεινότητας.
• δεν φοβάται τις χαμηλές και υψηλές θερμοκρασίες περιβάλλοντος, αντοχή στο συμπύκνωμα.

Ελαττώματα:

• χαμηλή απόδοση φωτός?
• μικρή διάρκεια ζωής.
• ευθραυστότητα, είναι επιθυμητό να αποφευχθούν κραδασμοί ή κραδασμοί.
• πολύ μεγάλο κύμα ρεύματος όταν είναι ενεργοποιημένο (περίπου δέκα φορές).
• σε περίπτωση θερμικού σοκ ή ρήξης του νήματος υπό τάση, ο κύλινδρος μπορεί να εκραγεί.
• εξάρτηση της φωτεινής απόδοσης και της διάρκειας ζωής από την τάση.
• μπορεί να προκαλέσει πυρκαγιά. Μετά από 30 λεπτά, η εξωτερική επιφάνεια της λάμπας έχει υψηλή θερμοκρασία, η οποία εξαρτάται από την ισχύ: 25W - 100°C, 40W - 145°C, 75W - 250°C, 100W - 290°C, 200W - 330°C. Εάν η λάμπα τοποθετηθεί σε υφαντικό υλικό, ο λαμπτήρας θα ζεσταθεί ακόμη περισσότερο. Ένας συνηθισμένος λαμπτήρας 60 W μπορεί να ανάψει άχυρο μετά από 67 λεπτά λειτουργίας.
• Δεδομένου ότι τα μέρη του λαμπτήρα θερμαίνονται, απαιτούνται ανθεκτικά στη θερμότητα εξαρτήματα εξαρτημάτων.
• χαμηλή απόδοση φωτός (ο λόγος της ισχύος των ακτίνων του ορατού φάσματος προς την ενέργεια που καταναλώνεται) είναι περίπου 4%. Εάν συνδέσετε έναν ηλεκτρικό λαμπτήρα μέσω μιας διόδου (αυτό γίνεται για να παρατείνει τη διάρκεια ζωής του λαμπτήρα σε προσγειώσεις ή σε προθαλάμους), τότε θα χειροτερέψει, καθώς η απόδοση πέφτει σημαντικά και εμφανίζονται ελαφρά τρεμοπαίζει.

Ξέρετε πώς κατασκευάζονται οι λαμπτήρες πυρακτώσεως; Οχι? Στη συνέχεια, εδώ είναι ένα εισαγωγικό βίντεο από το Discovery

Και να θυμάστε, μια λάμπα που έχει κολλήσει στο στόμα σας δεν θα βγει, οπότε μην το κάνετε. 🙂