Viskas, ko nežinojote apie pirmąją kaitinamąją lemputę. Kaitinamųjų lempų temperatūros indikatoriai

Apibrėžimas
- šviesos šaltinis, kuris elektros srovės energiją, einančią išilgai spiralinės lempos, paverčia šiluma ir šviesa. Pagal fizinę prigimtį išskiriamos dvi spinduliuotės rūšys: šiluminė ir liuminescencinė.
Šiluminė šviesa vadinama radiacija
kaitinant kūnus. Elektrinių kaitinamųjų lempų švytėjimas pagrįstas šiluminės spinduliuotės naudojimu.

Privalumai ir trūkumai

Kaitinamųjų lempų privalumai:
įjungus jie užsidega beveik akimirksniu;
yra mažo dydžio;
jų kaina yra maža.

Pagrindiniai kaitrinių lempų trūkumai:
lempos yra akinančio ryškumo, neigiamai atspindinčios žmogaus regėjimą, todėl joms reikia naudoti tinkamas jungiamąsias detales, kad būtų išvengta akinimo;
turėti nereikšmingą tarnavimo laiką (apie 1000 valandų);
lempų tarnavimo laikas žymiai sumažėja, padidėjus maitinimo įtampai.

Šviesos efektyvumas kaitrinės lempos, apibrėžiamos kaip matomo spektro spindulių galios ir elektros tinklo sunaudotos galios santykis, yra labai mažas ir neviršija 4%.

Taigi pagrindinis kaitinamųjų lempų trūkumas yra mažas jų šviesos srautas. Juk tik nereikšminga jų sunaudojamos elektros energijos dalis paverčiama matomos spinduliuotės energija, likusi energija patenka į lempos skleidžiamą šilumą.

Veikimo principas.

Kaitinamųjų lempų veikimo principas grindžiamas elektros energijos, einančios per kaitinamąjį siūlą, pavertimu šviesa. Įkaitinto kaitinamojo siūlelio temperatūra siekia 2600 ... 3000 "C. Tačiau lempos siūlas netirpsta, nes volframo lydymosi temperatūra (3200 ... 3400 ° C) viršija kaitinamojo kaitinamojo kaitinamojo pluošto temperatūrą. Kaitinamųjų lempų spektras skiriasi nuo dienos šviesos spektro vyrauja geltonos ir raudonos spektro spinduliai.
Kaitinamųjų lempų lemputės evakuojamos arba pripildomos inertinėmis dujomis, kuriose volframo siūlai nėra oksiduojami: azotu; argonas; kriptonas; azoto, argono, ksenono mišinys.

Kaitinamųjų lempų įtaisas ir veikimas

Kaitrinė lempa (pav.) Šviečia, nes ugniai atsparaus volframo vielos kaitinimo siūlelis įkaista per jį tekančia srove. Kad spiralė greitai neišdegtų, iš stiklo cilindro išsiurbiamas oras arba cilindras pripildomas inertinių dujų. Spiralė pritvirtinta prie elektrodų. Vienas iš jų yra lituojamas prie metalinio pagrindo lizdo, kitas - prie metalinės kontaktinės plokštės. Izoliacija juos skiria. Vienas iš laidų yra prijungtas prie pagrindo lizdo, o kitas - prie kontaktinės plokštės, kaip parodyta fig. Tada srovė, įveikusi sriegio elektrinę varžą, ją įkaitina.

Kaitinamosios lempos

Kaitinamųjų lempų žymėjime raidės reiškia: B - vakuumas; G - užpildytas dujomis; B - dviguba spiralė; BK - dvipusis spiralinis kriptonas (turi didesnį šviesos srautą ir mažesnius matmenis, palyginti su C, B ir D lempomis, tačiau jis yra brangesnis); DB - difuzinis (su matiniu atspindinčiu sluoksniu lemputės viduje); MO - vietinis apšvietimas.

Po raidžių yra dvi skaičių grupės. Jie nurodo lempos įtampos diapazoną ir galią.

Pavyzdys. "V 220 ... 230-25" reiškia 220 ... 230 V įtampą, galia 2-5 W. Pavadinime taip pat gali būti nurodyta lempos pagaminimo data, pavyzdžiui, IX 2005 m.

Gaminamos iki 150 W galios lempos: bespalviuose permatomuose cilindruose (lempų šviesos srautas nemažėja); balionuose, apšalusiuose iš vidaus (lempų šviesos srautas sumažėja 3%); opalinėse kolbose; dažytos pieno spalvos cilindrais (lempų šviesos srautas sumažėja 20%).
Lempos, kurių galia yra iki 200 W, gaminamos tiek su srieginiais, tiek su pritvirtintais įprastais dangteliais. Daugiau nei 200 W lempos yra prieinamos tik su srieginiais pagrindais. Galimi žibintai, kurių galia didesnė kaip 300 W, kurių pagrindas yra 40 mm skersmens.

Standartinių kaitrinių lempų vykdymo pavyzdžiai

Kaitinamųjų lempų pavyzdžiai parodyti fig. 2. Fig. 2.a, b - tos pačios galios lempos, tačiau Fig. 2.a - dujos užpildytos argono dujomis, o pav. 2.b - su kriptono užpildu (kriptonu). Kriptono lempos matmenys yra mažesni. Lempa fig. 2.c primena žvakę. Tokios lempos dažnai naudojamos šviestuvuose ir sieninėse lempose. Fig. 2d, e, f rodo atitinkamai dvispirales, dviplases kriptonas ir veidrodines lempas.

Analizuojant kaitrinės lempos struktūrą (1 pav. a) pastebime, kad pagrindinė jo konstrukcijos dalis yra gijų korpusas 3 , kuris veikiamas elektros srovės įkaista iki optinės spinduliuotės atsiradimo. Tai iš tikrųjų yra lempos veikimo principo pagrindas. Kaitinimo siūlas lempos viduje tvirtinamas elektrodais 6 paprastai laikydamas savo galus. Elektros srovė taip pat tiekiama per elektrodus į šildymo korpusą, tai yra, jie taip pat yra vidinės gnybtų jungtys. Esant nepakankamam švytinčio kūno stabilumui, naudokite papildomus laikiklius 4 ... Laikikliai yra lituojami ant stiklo strypo 5 , vadinamas lazdele, kurio gale yra sustorėjimas. Darbuotojai suporuoti su sudėtingu stiklo gabalu - koja. Koja, parodyta 1 paveiksle, b, susideda iš elektrodų 6 , lėkštės 9 ir Shtengel 10 , tai tuščiaviduris vamzdis, per kurį iš lempos lemputės išsiurbiamas oras. Bendras ryšys tarp tarpinių gnybtų 8 , lazda, lėkštė ir štengelis sudaro mentele 7 ... Ryšys atliekamas lydant stiklo dalis, kurių metu padaryta išmetimo anga 14 siurbimo vamzdžio vidinės ertmės sujungimas su lempos lemputės vidine ertme. Elektros srovės tiekimui į giją per elektrodus 6 taikyti tarpinį 8 ir išorines išvadas 11 , prijungtas elektriniu suvirinimu.

1 pav. Elektrinės kaitrinės lempos įtaisas ( a) ir jos kojos ( b)

Norint izoliuoti kaitinamojo siūlo korpusą ir kitas lemputės dalis nuo išorinės aplinkos, naudojama stiklo lemputė 1 ... Oras iš vidinės kolbos ertmės išsiurbiamas, o vietoj jo pumpuojamos inertinės dujos arba dujų mišinys. 2 , po to stiebo galas pašildomas ir užsandarinamas.

Norėdami tiekti elektros srovę į lempą ir pritvirtinti ją elektros laikiklyje, lempa turi pagrindą 13 , kuris pritvirtintas prie kolbos kaklo 1 atliekamas naudojant pagrindo mastiką. Lempos laidai yra lituojami į atitinkamas pagrindo vietas 12 .

Lempos šviesos pasiskirstymas priklauso nuo to, kaip yra kaitrinis korpusas ir kokia jo forma. Bet tai taikoma tik lempoms su skaidriomis lemputėmis. Jei įsivaizduosime, kad kaitinimo siūlas yra vienodai ryškus cilindras ir iš jo sklindančią šviesą projektuosime į plokštumą, statmeną didžiausiam šviesos siūlelio ar spiralės paviršiui, tada jis turės didžiausią šviesos intensyvumą. Todėl, norint sukurti reikiamas šviesos jėgų kryptis, įvairių konstrukcijų lempose gijoms suteikiama tam tikra forma. Kaitinamųjų siūlų formų pavyzdžiai pateikti 2 paveiksle. Tiesios, nespirališkos gijos beveik niekada nenaudojamos šiuolaikinėse kaitinamosiose lempose. Taip yra dėl to, kad, padidinus kaitinamojo siūlo korpuso skersmenį, šilumos nuostoliai per lempą užpildančias dujas sumažėja.

2 pav. Kaitinamojo siūlo konstrukcija:
a- aukštos įtampos projekcinė lempa; b- žemos įtampos projekcinė lempa; v- vienodo ryškumo diskas

Daugelis kaitinamųjų kūnų yra suskirstyti į dvi grupes. Pirmajai grupei priskiriami kaitinamieji korpusai, naudojami bendrosios paskirties lempose, kurių konstrukcija iš pradžių buvo suplanuota kaip spinduliuotės šaltinis, turintis vienodą šviesos intensyvumo pasiskirstymą. Tokių lempų projektavimo tikslas yra pasiekti maksimalų šviesos efektyvumą, kuris pasiekiamas sumažinant laikiklių, per kuriuos kaitinamas siūlas, skaičių. Antroji grupė apima vadinamuosius plokščius kaitinamuosius korpusus, kurie atliekami arba lygiagrečių spiralių pavidalu (galingose ​​aukštos įtampos lempose), arba plokščių spiralių pavidalu (mažos galios žemos įtampos lempose). Pirmasis dizainas pagamintas naudojant daugybę molibdeno laikiklių, kurie pritvirtinami specialiais keraminiais tiltais. Ilgas siūlas dedamas į krepšelį, taip pasiekiant didelį bendrą ryškumą. Kaitinamosiose lempose, skirtose optinėms sistemoms, kaitinamieji korpusai turi būti kompaktiški. Norėdami tai padaryti, gija susukama į lanką, dvigubą ar trigubą spiralę. 3 paveiksle pavaizduotos įvairaus dizaino kaitinamųjų korpusų sukurtos šviesos intensyvumo kreivės.

3 pav. Kaitinamųjų lempų su skirtingais kaitinamosiomis lemputėmis šviesos intensyvumo kreivės:
a- plokštumoje, statmenoje žibinto ašiai; b- plokštumoje, einančioje per lempos ašį; 1 - apskritimo spiralė; 2 - tiesi bispiralinė; 3 - spiralė, esanti ant cilindro paviršiaus

Reikiamas kaitrinių lempų šviesos intensyvumo kreives galima gauti naudojant specialias lemputes su atspindinčiomis arba išsklaidančiomis dangomis. Naudojant atspindinčias dangas ant atitinkamos formos lemputės, galima pasiekti įvairiausių šviesos intensyvumo kreivių. Lempos su atspindinčiomis dangomis vadinamos veidrodinėmis (4 pav.). Jei reikia, norint užtikrinti ypač tikslų šviesos pasiskirstymą veidrodinėse lempose, naudojamos lemputės, pagamintos spaudžiant. Tokios lempos vadinamos priekiniais žibintais. Kai kurių kaitinamųjų lempų konstrukcijose yra metaliniai atšvaitai, įmontuoti į lemputę.

4 pav. Veidrodinės kaitrinės lempos

Kaitinamosiose lempose naudojamos medžiagos

Metalai

Pagrindinis kaitinamųjų lempų elementas yra kaitrinis korpusas. Kaitinamojo siūlo gamybai patartina naudoti metalus ir kitas medžiagas, turinčias elektroninį laidumą. Tokiu atveju, praleidžiant elektros srovę, kūnas bus šildomas iki reikiamos temperatūros. Kaitinamojo siūlo medžiaga turi atitikti keletą reikalavimų: ji turi turėti aukštą lydymosi temperatūrą, plastiškumą, leidžiančią traukti įvairaus skersmens laidus, įskaitant labai mažus, mažą garavimo greitį esant darbinei temperatūrai, o tai lemia ilgą tarnavimo laiką, ir panašiai. 1 lentelėje parodyta ugniai atsparių metalų lydymosi temperatūra. Labiausiai ugniai atsparus metalas yra volframas, kuris kartu su dideliu plastiškumu ir mažu garavimo greičiu užtikrino jo platų naudojimą kaip kaitinamųjų lempų kaitinimo siūlas.

1 lentelė

Metalų ir jų junginių lydymosi temperatūra

Metalai	T, ° С	Karbidai ir jų mišiniai	T, ° С	Nitridai	T, ° С	Boroidai	T, ° С
Volframas Renė Tantalas Osmis Molibdenas Niobis Iridis Cirkonis Platina	3410 3180 3014 3050 2620 2470 2410 1825 1769	4TaC + + Sveiki 4TaC + + ZrC HfC TaC ZrC NbC TiC WC W2C MoC VnC ScC SiC	3927 3887 3877 3527 3427 3127 2867 2857 2687 2557 2377 2267	TaC + + TaN HfN TiC + + TiN TaN ZrN TiN BN	3373 3087 2977 2927 2727	HfB ZrB WB	3067 2987 2927

Volframo išgarinimo greitis esant 2870 ir 3270 ° C temperatūrai yra 8,41 × 10–10 ir 9,95 × 10–8 kg / (cm² × s).

Be kitų medžiagų, renį galima laikyti perspektyviu, kurio lydymosi temperatūra yra šiek tiek žemesnė nei volframo. Renis puikiai tinka apdirbti kaitinant, atsparus oksidacijai ir pasižymi mažesniu garavimo greičiu nei volframas. Yra užsienio leidinių, kaip gauti lempas su volframo siūlais su renio priedais, taip pat kaitinimo siūlus padengti renio sluoksniu. Iš nemetalinių junginių domina tantalo karbidas, kurio garavimo greitis yra 20–30% mažesnis nei volframo. Karbidų, ypač tantalo karbido, naudojimo kliūtis yra jų trapumas.

2 lentelėje apibendrintos pagrindinės idealios volframo gijos fizinės savybės.

2 lentelė

Pagrindinės volframo gijos fizinės savybės

Temperatūra, K.	Garavimo greitis, kg / (m2 × s)	Specifinė elektrinė varža, 10-6 omai × cm	Šviesumas cd / m²	Šviesos efektyvumas, lm / W	Spalvos temperatūra, K.
1000 1400 1800 2200 2600 3000 3400	5,32 × 10 -35 2,51 × 10 -23 8,81 × 10 -17 1,24 × 10-12 8,41 × 10–10 9,95 × 10 -8 3,47 × 10 -6	24,93 37,19 50,05 63,48 77,49 92,04 107,02	0,0012 1,04 51,2 640 3640 13260 36000	0,0007 0,09 1,19 5,52 14,34 27,25 43,20	1005 1418 1823 2238 2660 3092 3522

Svarbi volframo savybė yra galimybė gauti jo lydinius. Iš jų pagamintos dalys išlaiko savo stabilią formą aukštoje temperatūroje. Kai kaitinama volframo viela, kaitinamojo korpuso terminio apdorojimo ir vėlesnio kaitinimo metu pasikeičia jo vidinė struktūra, vadinama termine perkristalizacija. Priklausomai nuo perkristalinimo pobūdžio, gijų matmenys gali būti didesni arba mažesni. Gaminant į volframą pridėtos priemaišos ir priedai turi įtakos perkristalinimo pobūdžiui.

Torio oksido ThO 2 pridėjimas prie volframo sulėtina jo perkristalinimo procesą ir suteikia smulkių kristalų struktūrą. Toks volframas yra stiprus nuo mechaninių smūgių, tačiau jis labai nusileidžia ir todėl netinka šildymo kėbulų gamybai spiralių pavidalu. Volframas, kuriame yra daug torio oksido, yra naudojamas dujų išlydžio lempų katodams gaminti dėl didelio spinduliavimo.

Spiralėms gaminti volframas naudojamas su silicio oksido SiO 2 priedu kartu su šarminiais metalais - kaliu ir natriu, taip pat volframu, kuriame, be aukščiau išvardytų, yra aliuminio oksido Al 2 O 3 priedas. Pastarasis duoda geriausius rezultatus gaminant biskvitus.

Daugumos kaitrinių lempų elektrodai yra pagaminti iš gryno nikelio. Pasirinkimą lemia geros šio metalo vakuuminės savybės, išskiriančios jame sorbuotas dujas, aukštos laidžios savybės ir suvirinamumas volframu ir kitomis medžiagomis. Nikelio lankstumas leidžia pakeisti volframo gofravimo suvirinimą, kuris užtikrina gerą elektros ir šilumos laidumą. Kaitinamosiose vakuuminėse lempose vietoj nikelio naudojamas varis.

Laikikliai dažniausiai gaminami iš molibdeno vielos, kuri išlaiko elastingumą aukštoje temperatūroje. Tai leidžia kaitinamąjį siūlą išlaikyti ištemptą, net ir išsiplėtus dėl kaitinimo. Molibdeno lydymosi temperatūra yra 2890 K, o tiesinio plėtimosi temperatūros koeficientas (TCLE) yra nuo 300 iki 800 K, lygus 55 × 10 -7 K -1. Molibdenas taip pat naudojamas įvorėms gaminti į ugniai atsparius stiklus.

Kaitinamųjų lempų šerdys yra pagamintos iš varinės vielos, kuri yra prilipdyta prie laidų. Mažos galios kaitrinės lempos neturi atskirų gnybtų, jų vaidmenį atlieka pailgos įvorės, pagamintos iš platinos. Alavo švino lydmetalis POS-40 naudojamas laidams prie pagrindo lituoti.

Stiklas

Toje pačioje kaitinamojoje lempoje naudojami velenai, plokštės, stiebai, kolbos ir kitos stiklo dalys yra pagamintos iš silikatinio stiklo, turinčio tą patį tiesinio plėtimosi temperatūros koeficientą, kuris yra būtinas šių dalių suvirinimo vietų sandarumui užtikrinti. Žibinto stiklų tiesinio išsiplėtimo temperatūros koeficiento vertės turi užtikrinti, kad sujungimai su metalais, naudojami įvorėms gaminti, būtų suderinti. Plačiausiai naudojamas stiklo prekės ženklas SL96-1, kurio temperatūros koeficientas yra 96 ​​× 10 -7 K -1. Šis stiklas gali veikti esant temperatūrai nuo 200 iki 473 K.

Vienas iš svarbių stiklo parametrų yra temperatūros diapazonas, kuriame jis išlaiko suvirinamumą. Siekiant užtikrinti suvirinamumą, kai kurios dalys yra pagamintos iš SL93-1 stiklo, kuris skiriasi nuo SL96-1 stiklo pagal cheminę sudėtį ir platesnį temperatūros diapazoną, kuriame išlaiko suvirinamumą. Stiklo prekės ženklui SL93-1 būdingas didelis švino oksido kiekis. Jei reikia sumažinti kolbų dydį, naudojami daugiau ugniai atsparūs stiklai (pavyzdžiui, SL40-1 klasė), kurių temperatūros koeficientas yra 40 × 10 -7 K -1. Šie stiklai gali veikti esant 200–523 K. yra 5,4 × 10 -7 K -1). Išvardytų prekių ženklų akiniai yra skaidrūs optinei spinduliuotei bangų ilgio diapazone nuo 300 nm iki 2,5 - 3 mikronų. Silicio stiklo pralaidumas prasideda nuo 220 nm.

Įėjimai

Įvorės pagamintos iš medžiagos, kuri kartu su geru elektros laidumu turi turėti šiluminį tiesinio išsiplėtimo koeficientą, kuris užtikrina, kad būtų pasiektos suderintos jungtys su kaitinamosioms lempoms gaminti naudojamais stiklais. Suderinamos medžiagų jungtys, kurių šiluminio linijinio plėtimosi koeficiento vertės visame temperatūrų diapazone, tai yra nuo minimalios iki stiklo atkaitinimo temperatūros, skiriasi ne daugiau kaip 10–15%. Lituojant metalą į stiklą, geriau, jei metalo tiesinio plėtimosi šiluminis koeficientas yra šiek tiek mažesnis nei stiklo. Tada, atvėsus, stiklas suspaudžia metalą. Jei nėra metalo su reikiama linijinio plėtimosi šiluminio koeficiento verte, būtina pagaminti neprilygstamus lydmetalius. Šiuo atveju speciali konstrukcija užtikrina vakuumo nepraleidžiančią metalo ir stiklo jungtį visame temperatūrų diapazone, taip pat mechaninį lydmetalio stiprumą.

Suderinta jungtis su stiklu SL96-1 gaunama naudojant platinos įvores. Dėl didelių šio metalo išlaidų atsirado poreikis sukurti pakaitalą, vadinamą „platina“. Platina yra viela, pagaminta iš geležies-nikelio lydinio, kurio linijinio plėtimosi temperatūros koeficientas yra mažesnis nei stiklo. Kai ant tokios vielos uždedamas varinis sluoksnis, galima gauti gerai laidžią bimetalinę vielą su dideliu linijinio plėtimosi temperatūros koeficientu, priklausomai nuo uždėto vario sluoksnio sluoksnio storio ir šiluminio tiesinio plėtimosi koeficiento. originalios vielos. Akivaizdu, kad šis linijinio plėtimosi temperatūros koeficientų suderinimo metodas leidžia suderinti daugiausia pagal skersinį išsiplėtimą, paliekant išilginio plėtimosi temperatūros koeficientą neprilygstamą. Siekiant užtikrinti geriausią SL96-1 stiklo ir platinos jungčių vakuuminį tankį ir padidinti drėgnumą virš vario sluoksnio, oksiduoto per paviršių iki vario oksido, viela padengta borakso (natrio boro rūgšties) sluoksniu. Naudojant platinos vielą, kurios skersmuo yra iki 0,8 mm, pateikiami pakankamai stiprūs lydmetaliai.

Vakuuminis sandarumas į SL40-1 stiklą gaunamas naudojant molibdeno vielą. Ši pora tinka labiau nei SL96-1 stiklas su platina. Ribotas šio lydmetalio naudojimas yra dėl didelių žaliavų kainų.

Norint gauti vakuume nelaidžias kvarco stiklo įvores, reikalingi metalai, kurių šiluminis tiesinio plėtimosi koeficientas yra labai mažas. Todėl įvesties struktūros dėka gaunu norimą rezultatą. Naudojamas metalas molibdenas, kuriam būdingas geras drėgnumas naudojant kvarcinį stiklą. Kaitinamosioms lempoms kvarco kolbose naudojamos paprastos folijos liaukos.

Dujos

Užpildžius kaitrines lempas dujomis, galima padidinti kaitinamojo korpuso darbinę temperatūrą, nesumažinant tarnavimo laiko, nes sumažėja volframo purškimo dujų terpėje greitis, palyginti su purškimu vakuume. Purškimo greitis mažėja didėjant molekulinei masei ir pripildant dujų slėgį. Pripildymo dujų slėgis yra apie 8 × 104 Pa. Kokias dujas tam naudoti?

Naudojant dujų terpę atsiranda šilumos nuostoliai dėl šilumos laidumo per dujas ir konvekcijos. Siekiant sumažinti nuostolius, pravartu užpildyti lempas sunkiosiomis inertinėmis dujomis arba jų mišiniais. Šios dujos apima azotą, argoną, kriptoną ir ksenoną, gautą iš oro. 3 lentelėje pateikti pagrindiniai inertinių dujų parametrai. Gryna azoto forma nenaudojama dėl didelių nuostolių, susijusių su santykinai dideliu šilumos laidumu.

3 lentelė

Pagrindiniai inertinių dujų parametrai

Į seriją įeina dvi lemputės iš Kalėdų girliandos

Šiandien, kai žmonės ruošiasi švęsti Naujuosius metus, tinklaraštyje „SamElektrik.ru“ jau galvojame apie vasarą. Tiksliau, apie vasarinę, kurios pirmasis straipsnis publikuojamas šiandien!

Straipsnis gali būti laikomas moksliniu ir teoriniu, bet labiau inžineriniu ir praktiniu.
Neabejotina, kad straipsnis gali pasirodyti įdomus inžinieriams ir technikams, kurių veikla susijusi su tokio paprasto ir mums visiems pažįstamo prietaiso, kaip kaitrinės lemputės, veikimu. Ir taip pat - visiems, kurie domisi fizika.

Primenu, kad mano tinklaraštyje jau buvo bandyta ištirti šią problemą - mano straipsnyje „“

Nepaisant įprastos lemputės, nepaisant jos „kasdienio gyvenimo“, jos veikimo ypatybės turi tai, kas paprastai vadinama „baltomis dėmėmis“.

Šiuo metu kaitrinės lempos elektrinių parametrų negalima apskaičiuoti, jei darbo režimas skiriasi nuo paso (nuo režimo, kuriam lempa skirta). Autorius siūlo fizinį modelį, kurio pagrindu galima gauti daugybę formulių, tinkamų spręsti įvairias praktines inžinerines problemas.

Reiškiu dėkingumą išteklių savininkui už maloniai suteiktą galimybę paskelbti šį memuarą.

S.

Kaitrinė lempa

Šį straipsnį siūloma suprasti kaip išplėstinį straipsnio „Keplerio dėsnis dėl kaitrinės lemputės“ aiškinimą (arba paaiškinimą) - https://www.proza.ru/2016/09/19/1858

Šiame straipsnyje pateikiama formulė, leidžianti apskaičiuoti kaitrinės lempos parametrus savavališkais režimais, įskaitant režimus, kurie skiriasi nuo paso.

Lemputės įtampos ir galios priklausomybės formulė

Tai yra pagrindinė straipsnio formulė, kurios rezultatas bus pateiktas žemiau. Formulė atrodo taip:

Bet kuri kaitrinė lempa turi parametrą, kuris yra stabilus įvairiuose elektros režimuose. Šis parametras yra įtampos kubo ir galios kvadrato santykis.

Formulės naudojimo technika yra paprasta.

Mes paimame lemputę, perskaitome lemputę arba ant pagrindo parametrus, kuriems ji skirta - įtampą ir galią, apskaičiuojame konstantą, tada į formulę įterpiame bet kokią savavališką įtampą ir apskaičiuojame galią, kuri bus išleista ant lemputės .

Žinant galią, lengva apskaičiuoti srovę.

Žinant srovę, lengva apskaičiuoti kaitinamojo siūlo atsparumą.

Taigi mes apsvarstysime klausimus, susijusius su teisingu formulės veikimu, taip pat tuos apribojimus, kurie yra neišvengiami dėl to, kad tiesiog nėra „absoliučių“ formulių.

Tačiau pirmiausia šiek tiek „teorijos“ ...

O kas naujo VK grupėje SamElektrik.ru ?

Prenumeruokite ir skaitykite straipsnį toliau:

Pagrindinės „teorinės“ prielaidos

Formulė buvo gauta darant prielaidą, kad metalo (iš kurio sudaryta gija) srovė ir varža turi vieną fizinę esmę.

Supaprastinta forma galima ginčytis maždaug taip.

Remiantis šiuolaikinėmis pažiūromis, srovė yra užsakytas krūvininkų judėjimas. Metalo atveju tai bus elektronai.

Buvo pasiūlyta, kad metalo elektrinė varža nustatoma pagal tų pačių elektronų CHAOTINĮ judėjimą.

Didėjant kaitinamojo siūlo temperatūrai, padidėja chaotiškas elektronų judėjimas, o tai galiausiai padidina elektros varžą.

Vėlgi. Kaitinamojo siūlo srovė ir varža yra tas pats. Vienintelis skirtumas yra tas, kad srovė yra užsakytas judėjimas veikiant elektriniam laukui, o pasipriešinimas yra chaotiškas elektronų judėjimas.

Šiek tiek „algebrinės scholastikos“

Dabar, kai „teorija“ baigėsi (šypsojosi), pateiksiu algebrinius skaičiavimus „pagrindinės“ formulės išvedimui.

Kanoninis Ohmo įstatymo įrašas atrodo taip:

I * R = U

Norint kiekybines vertes suderinti, būtina įvesti atitinkamus proporcingumo koeficientus dabartiniam komponentui - Кт ir varžiniam komponentui - Кр:

Bendriausi svarstymai leidžia manyti, kad šie koeficientai turėtų būti abipusiai vertingi, o tai reiškia:

Šiuo atveju, padauginę dešinę ir kairę puses poromis (lygčių sistemoje), grįžtame prie pradinio Omo dėsnio žymėjimo:

I * R = U

Galutinis formulės išvedimas

Leiskite mums išsamiau apsvarstyti lygčių sistemą:

Kvadratuojame pirmąją lygtį ir padauginame jas poromis.

Kairėje pusėje matome galios išraišką, taip pat turėdami omenyje, kad koeficientų sandauga yra lygi vienai, pagaliau perrašysime:

Iš čia gauname dabartinio koeficiento išraišką:

Ir dėl varžos koeficiento (jie yra abipusiai):
kur Pnom ir Unom yra vardinė galia ir įtampa, pažymėta ant lempos pagrindo arba lemputės.

Belieka šias koeficientų reikšmes pakeisti Omo įstatymo formulėje „SPLITTED“, ir mes gausime galutines srovės ir pasipriešinimo išraiškas.

Padauginę paskutinį santykį iš Ux, gauname:

Kad nesivargintumėte dėl šių kvadratų, kubelių ir šaknų, pakanka prisiminti paprastą santykį, kuris išplaukia iš paskutinių santykių. Skaičiuojant paskutinį santykį, gauname aiškią ir suprantamą formulę:

Bet kurios lemputės su volframo siūleliu įtampos kubo ir galios kvadrato santykis yra NUOLATINĖ vertė.

Gauti koeficientai puikiai sutapo su praktiniais rezultatais (matavimais) įvairiais įtampos parametrais ir labai skirtingų tipų kaitrinėmis lempomis, pradedant patalpų, automobilių ir baigiant žibintuvėlių lemputėmis ...

Kai kurios bendros pastabos dėl kaitinamųjų lempučių atsparumo

Žinoma, esant žemos įtampos vertėms (kai taikoma įtampa ŽYMIAI skiriasi nuo vardinės įtampos), mūsų formulės „susisuks“.

Pavyzdžiui, apskaičiuojant 95W, 230V kambario kaitrinės lempos, prijungtos prie 1 volto įtampos šaltinio, varžą, formulė

suteikia kaitinamųjų siūlų atsparumo vertę 36,7171 omo.

Jei darysime prielaidą, kad lempai pritaikėme 0,1 volto įtampą, apskaičiuota kaitinamojo siūlo varža bus 11,611 omų ...

Intuicija rodo, kad taip nėra, bet ne visai ...

Žemos įtampos srityje formulė stabiliai „sumažins“ projektinės varžos vertę, palyginti su faktine, ir esmė tokia ...

Nagrinėjamoje koncepcijoje netiesiogiai daroma prielaida, kad chaotiškas elektronų judėjimas „LET“, nesant išorinės įtampos. Tačiau akivaizdu, kad elektronų judėjimas „neužšąla“ net ir tada, kai nėra pritaikytos išorinės įtampos (jei lempa tiesiog guli ant stalo ir niekur neįjungta).

Chaotiškas elektronų judėjimas yra TERMINIO pobūdžio ir atsiranda dėl natūralios kaitinamosios gijos temperatūros.

Formulė neatsižvelgia į šį momentą, o tiesioginis prietaiso sriegio varžos matavimas neišvengiamai parodys skirtumą tarp išmatuotos varžos vertės ir apskaičiuotos.

Kaitinamosios lemputės spinduliavimas ir efektyvumas

Prieš sprendžiant klausimą dėl „žemos įtampos“ režimų skaičiavimo formulės taikymo, reikėtų sutelkti dėmesį į vieną tašką.

Lemputė yra beveik tobulas elektros energijos konverteris į spinduliuojančią energiją.

Tai, kad lempučių kūrėjai sunkiai kovoja dėl lemputės efektyvumo, jokiu būdu neturi įtakos šiam teiginiui. Kaitrinė lempa yra idealus elektros energijos keitiklis į spinduliuotę.

Faktas yra tas, kad kūrėjai stengiasi padidinti ŠVIESOS energijos išvestį, ir šia prasme apskaičiuojamas efektyvumas. Kūrėjas siekia padidinti elektros energijos pavertimo į LIGHT spinduliuotę koeficientą, matomą diapazone.

Šis lemputės efektyvumas yra tikrai mažas. Tačiau lemputė puikiai skleidžia visą spektrą ir labai daug infraraudonųjų spindulių diapazone, kur mūsų akys nemato.

Apskaičiuojant grynai elektrinius parametrus, mums visiškai nesvarbu, KOKIAME diapazone skleidžia lemputė. Mums tik svarbu prisiminti, kad lemputė RADIES VISADA, jei tik tam tikra (net mažiausia) įtampa yra įjungta. Ir svarbu prisiminti kad tiekiama galia būtų išsklaidyta būtent spinduliuotės pavidalu.

Kiek elektros energijos tiekiama į lempą, tokia energija išsisklaidys radiacijos pavidalu.

Neatšauktas energijos išsaugojimo dėsnis, neatšauktas ir antrasis termodinamikos dėsnis. Tai reiškia, kad kiek pelno - tiek turėtų sumažėti. Ir jis sumažės būtent spinduliuotės pavidalu, nes tiesiog nėra kur dingti daugiau energijos - tik spinduliuotėje. Tai labai svarbi aplinkybė.

Struktūriškai gija yra plona volframo viela, kurios skersmuo yra apie 50 mikronų ir ilgis apie pusė metro, susukta į sudėtingos konfigūracijos spiralę.

Kolboje esantis vakuumas pašalina konvekcinio šilumos mainų galimybę - TIK PER RADIACIJĄ.

Žinoma, dalis šilumos išeina per lempos, ant kurios pritvirtinta spiralė, antenas, tačiau tai yra menka.

Norėdami vizualizuoti šį mažumą, galite piešti analogiją.

Pasikartosiu, pats volframo siūlas yra lygiai tokio paties plauko, kaip iš pirmokėlio kuodelio, 50 cm ilgio ir 50 mikronų skersmens.

Jei vizualiai padidinsite šiuos plaukus ... tarsi turėtume 1 mm skersmens ir 10 metrų ilgio laidus! Sveikas protas nurodo, kad šios vielos aušinimas visiškai NĖRA šilumos perdavimas kraštuose. Taip, kontaktinėse vietose kažkas išnyks, tačiau pagrindinė galia bus išsklaidyta per visą laidų ilgį.

Jei spiralė yra vakuume, visa galia bus nukreipta į spinduliuotę, nesvarbu, kokiame spektro diapazone ...

Svarbus eksperimentas, matuojant varžą omometru

Bet kokia, net ir mažiausia srovė, turės šiluminį poveikį laidams, ją įkaitindama ...

Testeriu išmatuodami lemputės varžą ... mes pro ją praleidžiame SROVĘ. Srovė iš testerio yra maža, bet ji yra. Todėl, matuojant sriegio varžą, mes pašildome sriegį ir dėl to keičiame parametro vertę pačiu matavimo faktu.

Grubiai tariant, testeris TAIP MELO. Testeris rodo NOT TRUE ritės varžos vertę.

Norėdami įsitikinti šia aplinkybe, galite atlikti paprastą eksperimentą. Kiekvienas gali tai padaryti.

Galite naudoti tą patį testerį, kad pasirinktumėte dvi lemputes, turinčias vienodas (artimas) kaitinamojo siūlo „šalčio“ varžos vertes, ir išmatuokite Dviejų lempučių, pirmiausia kiekvienos atskirai, o po to serijiniu būdu, atsparumą.

Pakartotiniai matavimai rodo, kad atskirai išmatuotų varžų suma nesutampa su visa serijinio ryšio varža ...

Atskirai matuojame lempučių varžą.

Tada mes matuojame serijos jungties varžą.

Ir mes STABILIAI pastebime, kad „po vieną“ išmatuotų varžų suma pasirodo DAUGIAU, nei visa nuosekliai sujungtų lempučių varža.

Prietaisas yra tas pats, matavimo diapazonas nebuvo perjungtas, todėl neįtraukiamos metodinės matavimo klaidos.

Ir viskas tampa aišku.

Dviejų ritinių nuoseklusis pasipriešinimas MAŽINA srovę iš testerio, o gijos įkaista mažiau.

Ir kai mes matuojame lemputes atskirai, tada matavimo srovė yra didesnė ir atitinkamai prietaiso rodmenys padidėja dėl net nedidelio, bet padidėjusio gijų temperatūros padidėjimo dėl kaitinimo matavimo metu ...

Anksčiau (prieš ketvirtį amžiaus, kai skaitmeniniai testeriai dar buvo egzotiški) nebuvo įmanoma su rodyklės rodikliu sugauti šį skirtumą. Dabar bet kuriuose namuose yra kinų skaitmeninis testeris ir kiekvienas gali atlikti šį paprastą eksperimentą.

Pasipriešinimo skirtumas yra nedidelis, tačiau skirtumas yra BŪTINAS, o tai pašalina net užuominą apie galimą patirties neteisingumą.

Prijungiau lemputes, prijungiau testerį ir fotografavau tokių eksperimentų rezultatus. Nuotraukos aiškiai rodo, kad testeris rodo sumažintą nuosekliai sujungtų lempučių atsparumą.

Buitinių 60 W 220 voltų lempučių nuotraukose atskirai išmatuotų varžų suma: 72,0 + 65,2 = 137,2 omai.

Tačiau matuojant varžą nuosekliai, prietaisas „sumažina“ rodmenis iki 136,8 omų!

Panašus vaizdas pastebimas ir girliandų lemputėse:

Išvestis. Skaičiavimo formulė rodo SUMAŽINTĄ „šalto“ ritės atsparumo vertę.

Matavimas naudojant testerį rodo PERKELTĄ „šalto“ ritės atsparumą.

Kyla natūrali mintis - kaip baisu gyventi !!! Kam tikėti?

Pabandykime suprasti šią problemą ...

Spinduliuotės galia aplinkinio fono atžvilgiu

Įvertinkime lempos spinduliuotės galią, atitinkančią aplinkos fono temperatūrą.

Yra žinoma, kad Stefano -Boltzmanno konstanta σ = 5,670373 · 10 -8, tada spinduliuotės galia vienam kvadratiniam metrui

P = σ ST 4

Kaip savavališkai apskaičiuotą vertę imsime 40 mikronų spiralės skersmenį ir 50 cm ilgį. Įprastų sąlygų temperatūra yra 293K (20C). Pakeitus šiuos duomenis į Stefano-Boltzmanno formulę, gauname spinduliuotės galią esant 0,026258 vatų temperatūrai.

Norėdami sužinoti, apskaičiuokime galią esant skirtingoms aplinkos temperatūroms:

Minus 40 (233K) 0,0105 vatai

Minus 20 (253K) 0,0146 vatai

Nulis (273K) 0,0198 vatai

Plius 20 (293K) 0,026258 W (įprastomis sąlygomis)

Plius 40 (313K) 0,0342 vatai

Įdomumo dėlei galite apskaičiuoti lempos spinduliuotę, kai aplinkos temperatūra yra 2300K:

P = 99,7 vatai.

Apskritai tai gerai atitinka tikrąją padėtį - 100 vatų lempa įkaista iki 2300 K temperatūros.

Su dideliu pasitikėjimu galime pasakyti, kad ši spiralinė geometrija atitinka „šimto vatų“ lemputę, skirtą 220 voltų įtampai.

O dabar perskaičiuokime šias galių vertes į „sumažintą“ įtampą. Tarsi aplinkos temperatūra būtų Absoliutus nulis, o lempai įjungta tam tikra įtampa, šildanti ritę.

Perskaičiavimui naudojame gautą santykį, kad įtampa ir galia atitiktų „tris“ ir „du“ laipsnius.

tempera, K.	įtampa, V.
233	0,489665457
253	0,609918399
273	0,747109176
293	0,902119352
313	1,075809178

Lentelė rodo, kad lemputės „dabartinė“ galia esant 0,902 ... Volt įtampai įkaitina ritę iki 293K temperatūros. Panašiai „dabartinė“ galia esant 1,0758 voltams įkaitins ritę iki 313K (20 laipsnių aukštesnė).

Dar kartą kartoju, jei aplinkos temperatūra yra lygi absoliučiam nuliui.

Išvestis... Labai mažas įtampos pokytis turi didelę įtaką kaitinamojo siūlo temperatūrai. Įtampa buvo pakeista maždaug septyniolika šimtųjų voltų (1,0758 - 0,902 = 0,1738), o temperatūra pakilo 20 laipsnių.

Šie skaičiavimai yra labai savavališki, tačiau jie gali būti naudojami kaip Numatomos vertės.

Įvertinimas iš prigimties yra labai grubus, nes Stefano -Boltzmanno įstatymas apibūdina „idealaus“ spinduliuotės spinduliuotę - absoliučiai juodą kūną (BBB), o spiralė labai skiriasi nuo BBT, tačiau vis dėlto gavome labai tikėtiną "Figūra" ...

Iš „Excel“ plokštelės matyti, kad jau esant 1 volto įtampai ant lempos, spiralės temperatūra bus 40 laipsnių Celsijaus. Jei taikysime daugiau, bus daugiau.

Natūrali išvada rodo, kad esant 10-15 voltų įtampai, siūlas bus gana karštas, nors vizualiai jis nebus matomas.

Akiai siūlas pasirodys „JUODAS“ (šaltas) iki 600 laipsnių temperatūros (spinduliavimo pradžia matomame diapazone).

Tie, kurie nori „vairuoti skaičius“, gali tai padaryti patys, naudodamiesi Stefano-Boltzmanno formule.

Rezultatai bus sąlyginiai, atsižvelgiant į tai, kad (kaip minėta aukščiau) spiralė turi tam tikrą albedą ir neatitinka juodojo kūno skleidėjo, BET (!) Temperatūros įvertis bus gana patikimas ...

Kartoju - tai ĮVERTINIMAS. Siūlas pradeda švytėti maždaug 20 voltų.

Be to, norėčiau atkreipti jūsų dėmesį į lempučių parametrų sklaidą.

Nuotraukoje su testeriu labai kruopščiai atrinkau ir kalibravome mažas lemputes (daisy-chain). Įvairiems matavimo tikslams ir eksperimentams. Štai kodėl jie rodo tą patį pasipriešinimą, kuris vadinamas „kulka į kulką“.

Srovių išraiškos yra sulyginamos. Mažos algebrinės transformacijos. Ir gaunama galutinė nežinomų Usų kvadratinė lygtis.

Iš paveikslo aišku, kad Us yra lempos įtampa.

Iš tinklaraščio administratoriaus.

Šis straipsnis dalyvauja 2018 m. Vasaros straipsnių konkurse. Apibendrinant (preliminariai) - 2018 m. Birželio mėn. Prenumeruokite naujus straipsnius ir prisijunkite prie VK grupės, visada yra daugiau naujienų nei tinklaraštyje!

Dažnai atsitinka taip, kad kasdieniame gyvenime naudojamas prietaisas, kuris yra labai svarbus visai žmonijai, niekaip neprimena savo kūrėjo. Tačiau mūsų namuose jis užsidegė konkrečių žmonių pastangų dėka. Jų nuopelnas žmonijai yra neįkainojamas - mūsų namai alsuoja šviesa ir šiluma. Žemiau pateikta istorija supažindins jus su šiuo puikiu išradimu ir tų, su kuriais jis susijęs, vardais.

Kalbant apie pastarąjį, galima išskirti du vardus - Aleksandras Lodyginas ir Thomasas Edisonas. Nors rusų mokslininko nuopelnas buvo labai didelis, delnas priklauso amerikiečių išradėjui. Todėl trumpai pakalbėsime apie Lodyginą ir išsamiai pakalbėsime apie Edisono pasiekimus. Su jų pavadinimais siejama kaitinamųjų lempų istorija. Teigiama, kad Edisonui prireikė milžiniško laiko lempučių gamybai. Prieš gimstant mums visiems žinomam dizainui, jis turėjo atlikti apie 2 tūkstančius eksperimentų.

Aleksandro Lodygino išradimas

Kaitinamųjų lempų istorija labai panaši į kitų Rusijoje sukurtų išradimų istoriją. Rusų mokslininkas Aleksandras Lodyginas sugebėjo priversti anglies strypą švytėti stikliniame inde, iš kurio buvo evakuotas oras. Kaitrinės lempos sukūrimo istorija prasideda 1872 m., Kai jam pavyko tai padaryti. Aleksandras gavo patentą elektrinei anglies kaitrinei lempai 1874 m. Kiek vėliau jis pasiūlė anglies strypą pakeisti volframu. Volframo dalis vis dar naudojama kaitrinėse lempose.

Tomo Edisono nuopelnas

Tačiau 1878 metais amerikiečių išradėjas sugebėjo sukurti patvarų, patikimą ir nebrangų modelį. Be to, jam pavyko nustatyti jo gamybą. Pirmosiose lempose kaip kaitrinės gijos buvo naudojamos apdegusios drožlės, pagamintos iš japoniško bambuko. Mums pažįstami volframo siūlai pasirodė daug vėliau. Jie buvo pradėti naudoti minėto rusų inžinieriaus Lodygino iniciatyva. Jei ne jis, kas žino, kaip kaitrinių lempų istorija vystėsi ateinančiais metais.

Edisono amerikietiškas mentalitetas

Žymiai skiriasi nuo rusų. JAV piliečiui Thomasui Edisonui viskas gerai. Įdomu tai, kad svarstydamas, kaip sustiprinti telegrafinę juostą, šis mokslininkas išrado popierinį vaškavimą. Tada šis popierius buvo naudojamas kaip saldainių įvyniojimas. Prieš Edisono išradimą įvyko septyni šimtmečiai Vakarų istorijos, o ne tiek techninės minties plėtojimas, kiek palaipsniui besiformuojantis aktyvus žmonių požiūris į gyvenimą. Daugelis talentingų mokslininkų atkakliai siekė šio išradimo. Kaitinamosios lempos kilmės istorija visų pirma siejama su Faradėjaus vardu. Jis sukūrė pagrindinius fizikos darbus, be kurių Edisono išradimas vargu ar būtų buvęs įmanomas.

Kiti Edisono išradimai

Thomasas Edisonas gimė 1847 metais Port Herone, mažame Amerikos mieste. Tai, kad jaunas išradėjas sugebėjo akimirksniu surasti investuotojus savo idėjoms, net ir drąsiausiems, suvaidino tam tikrą vaidmenį Tomo savirealizacijoje. Ir jie buvo pasirengę rizikuoti didelėmis pinigų sumomis. Pavyzdžiui, dar būdamas paauglys Edisonas nusprendė važiuojant traukinyje išspausdinti laikraštį ir tada jį parduoti keleiviams. O naujienos laikraščiui turėjo būti surinktos tiesiai autobusų stotelėse. Iš karto atsirado žmonių, kurie skolinosi pinigų mažos spaustuvės pirkimui, taip pat tie, kurie su šia spauda įsileido Edisoną į bagažo automobilį.

Išradimus prieš Tomą Edisoną padarė mokslininkai ir jie buvo šalutinis jų atradimų produktas, arba praktikai, kurie ištobulino tai, ką turėjo dirbti. Būtent Edisonas išradimą padarė atskira profesija. Jis turėjo daug idėjų ir beveik kiekviena iš jų buvo daigas kitai, kurią reikėjo toliau plėtoti. Tomas visą savo ilgą gyvenimą nesirūpino savo asmeniniu komfortu. Yra žinoma, kad lankydamasis Europoje, jau šlovės zenite, jis buvo nusivylęs Europos išradėjų tingumu ir žvalumu.

Buvo sunku rasti sritį, kurioje Tomas nebūtų padaręs proveržio. Manoma, kad šis mokslininkas kasmet padarė apie 40 svarbių atradimų. Iš viso Edisonas gavo 1092 patentus.

Amerikos kapitalizmo dvasia pastūmėjo Thomasą Edisoną. Jis sugebėjo praturtėti būdamas 22 metų, kai sugalvojo kotiruojamą Bostono vertybinių popierių biržos vertę. Tačiau svarbiausias Edisono išradimas buvo būtent kaitrinės lempos sukūrimas. Su jos pagalba Tomas sugebėjo įelektrinti visą Ameriką, o paskui ir visą pasaulį.

Elektrinės statyba ir pirmieji elektros vartotojai

Lempos istorija prasideda nuo nedidelės elektrinės statybos. Mokslininkas jį pastatė savo Menlo parke. Ji turėjo tarnauti jo laboratorijos poreikiams. Tačiau gautos energijos pasirodė daugiau nei reikia. Tada Edisonas pradėjo parduoti perteklių savo kaimynams ūkininkams. Vargu, ar šie žmonės suprato, kad yra pirmieji mokami elektros vartotojai pasaulyje. Edisonas niekada nesiekė tapti verslininku, tačiau kai jam kažko prireikė savo darbui, Menlo parke atidarė nedidelę produkciją, kuri vėliau išaugo iki didelio dydžio ir sekė savo vystymosi keliu.

Kaitinamosios lempos prietaiso keitimo istorija

Elektrinė kaitrinė lempa yra šviesos šaltinis, kuriame virsta elektros šviesos energija atsiranda dėl ugniai atsparaus laidininko su elektros srove kaitrumo. Šviesos energija pirmą kartą buvo gauta tokiu būdu praleidžiant srovę per anglies strypą. Šis strypas buvo įdėtas į indą, iš kurio anksčiau buvo evakuotas oras. Tomas Edisonas 1879 m. Sukūrė daugiau ar mažiau patvarią struktūrą, naudodamas anglies pluoštą. Tačiau dabartinės formos kaitrinės lempos istorija yra gana ilga. Kaip kaitrinis kūnas 1898-1908 m. bandė naudoti skirtingus metalus (tantalo, volframo, osmio). Zigzago volframo siūlai naudojami nuo 1909 m. Kaitinamosios lempos pradėtos pildyti 1912-13 m. (kriptonas ir argonas) ir azotas. Tuo pačiu metu volframo siūlas buvo pradėtas gaminti spiralės pavidalu.

Kaitinamosios lempos kūrimo istoriją dar labiau žymi jos tobulinimas, gerinant šviesos efektyvumą. Tai buvo padaryta padidinus švytėjimo kūno temperatūrą. Tuo pačiu metu buvo išlaikytas lempos tarnavimo laikas. Užpildžius jį inertiškomis didelės molekulinės masės dujomis, pridedant halogeno, sumažėjo kolbos užterštumas volframo dalelėmis, išpurškiamomis jo viduje. Be to, jis sumažino jo garavimo greitį. Naudojant kaitinamąjį korpusą bis-spiralės ir tris-spiralės pavidalu, sumažėjo šilumos nuostoliai per dujas.

Tai yra kaitrinės lempos išradimo istorija. Tikrai jums bus įdomu sužinoti apie įvairias jo veisles.

Šiuolaikinės kaitinamųjų lempų veislės

Daugelį elektros lempų tipų sudaro tam tikros to paties tipo dalys. Jie skiriasi forma ir dydžiu. Ant metalinio ar stiklo strypo, esančio lemputės viduje, siūlų korpusas (tai yra spiralė, pagaminta iš volframo) pritvirtinamas laikiklių, pagamintų iš molibdeno vielos, pagalba. Spiralės galai pritvirtinti prie įvorių galų. Norint sukurti vakuumui nelaidų sujungimą su ašmenimis iš stiklo, vidurinė įvorių dalis pagaminta iš molibdeno arba platinos. Vakuuminio apdorojimo metu lempos lemputė užpildyta inertinėmis dujomis. Tada stiebas suvirinamas ir susidaro snapelis. Lempa turi pagrindą, skirtą tvirtinti laikiklyje ir apsaugoti snapelį. Jis pritvirtintas prie kolbos pagrindo mastika.

Lempos išvaizda

Šiandien yra daug kaitrinių kaitinamųjų lempų, kurias galima suskirstyti pagal taikymo sritis (automobilių žibintams, bendrosios paskirties ir kt.), Pagal jų lemputės apšvietimo savybes arba konstruktyvią formą (dekoratyvinė, veidrodinė, su difuzine danga, ir tt), taip pat pagal formą, kurią turi kaitrinis kūnas (su bispirale, su plokščia spirale ir pan.). Kalbant apie matmenis, yra dideli, normalūs, maži, miniatiūriniai ir subminiatiūriniai. Pavyzdžiui, pastarosios apima žibintus, kurių ilgis mažesnis nei 10 mm, kurių skersmuo neviršija 6 mm. Kalbant apie didelius, tai apima tuos, kurių ilgis yra didesnis nei 175 mm, o skersmuo-ne mažesnis kaip 80 mm.

Lempos galia ir tarnavimo laikas

Šiuolaikinės kaitrinės lempos gali veikti esant įtampai nuo vieneto dalies iki kelių šimtų voltų. Jų galia gali būti dešimtys kilovatų. Jei įtampa padidinama 1%, šviesos srautas padidės 4%. Tačiau tai sutrumpins tarnavimo laiką 15%. Jei trumpam įjungsite lempą esant įtampai, kuri viršija 15% vardinės įtampos, ji bus pažeista. Štai kodėl įtampos kritimas dažnai sukelia lempučių sudegimą. Jų tarnavimo laikas svyruoja nuo penkių valandų iki tūkstančio ar daugiau. Pavyzdžiui, orlaivių žibintai yra sukurti trumpam laikui, o transportiniai gali veikti labai ilgai. Pastaruoju atveju jie turėtų būti sumontuoti tose vietose, kurias būtų galima lengvai pakeisti. Šiandien lempų šviesos efektyvumas priklauso nuo įtampos, konstrukcijos, degimo trukmės ir galios. Tai yra apie 10-35 lm / W.

Kaitinamosios lemputės šiandien

Kaitinamosios lempos savo šviesos efektyvumu tikrai prastesnės už dujų šaltinius (fluorescencinė lempa). Tačiau juos lengviau valdyti. Kaitinamosioms lempoms nereikia sudėtingų jungiamųjų detalių ar starterių. Jiems praktiškai nėra jokių galios ir įtampos apribojimų. Šiandien pasaulyje kasmet pagaminama apie 10 milijardų lempų. O jų veislių skaičius viršija 2 tūkst.

LED lempa

Lempos kilmės istorija jau buvo parašyta, o šio išradimo kūrimo istorija dar nėra baigta. Atsiranda naujų veislių, kurios tampa vis populiaresnės. Pirmiausia kalbame apie LED lempas (viena iš jų parodyta aukščiau esančioje nuotraukoje). Jie taip pat žinomi kaip energiją taupantys. Šios lempos turi daugiau nei 10 kartų didesnį šviesos efektyvumą nei kaitrinės lempos. Tačiau jie turi trūkumų - maitinimo šaltinis turi būti žemos įtampos.

Kaitinamoji lempa yra apšvietimo prietaisas, dirbtinis šviesos šaltinis. Šviesą skleidžia įkaitinta metalinė ritė, kai per ją teka elektros srovė.

Veikimo principas

Kaitinamoji lempa naudoja laidininko (kaitinamojo siūlo) kaitinimo efektą, kai per jį teka elektros srovė. Įjungus srovę, volframo gijos temperatūra smarkiai pakyla. Kaitinimo siūlas skleidžia elektromagnetinę spinduliuotę pagal įstatymus Lenta... Planko funkcija turi maksimumą, kurio padėtis bangos ilgio skalėje priklauso nuo temperatūros. Šis maksimumas keičiasi didėjant temperatūrai link trumpesnių bangų ilgių (poslinkio dėsnis Kaltė). Norint gauti matomą spinduliuotę, temperatūra turi būti kelių tūkstančių laipsnių, idealiu atveju - 6000 K (paviršiaus temperatūra) Saulės). Kuo žemesnė temperatūra, tuo mažesnė matomos šviesos dalis ir daugiau „raudonos“ spinduliuotės.

Kaitinamoji lempa dalį suvartotos elektros energijos paverčia spinduliuote, dalis išeina dėl šilumos laidumo ir konvekcijos procesų. Tik nedidelė spinduliuotės dalis yra matomos šviesos srityje, pagrindinė dalis yra infraraudonoji spinduliuotė. Norint padidinti lempos efektyvumą ir gauti maksimalią „baltą“ šviesą, būtina padidinti kaitinamojo siūlo temperatūrą, kurią savo ruožtu riboja kaitinamosios medžiagos savybės - lydymosi temperatūra. Ideali 6000 K temperatūra yra nepasiekiama, nes esant tokiai temperatūrai bet kuri medžiaga tirpsta, griūva ir nustoja tekėti elektros srovei. Šiuolaikinėse kaitinamosiose lempose naudojamos medžiagos, turinčios didžiausią lydymosi temperatūrą - volframas (3410 ° C) ir, labai retai, osmis (3045 ° C).

Esant praktiškai pasiekiamai 2300–2900 ° C temperatūrai, toli gražu ne balta ir ne dienos šviesa. Dėl šios priežasties kaitrinės lemputės skleidžia šviesą, kuri atrodo labiau „geltonai raudona“ nei dienos šviesa. Šviesos kokybei apibūdinti vadinamasis. Spalvos temperatūra.

Esant tokiai temperatūrai normaliame ore, volframas akimirksniu virsta oksidu. Dėl šios priežasties volframo siūlas yra apsaugotas stikline lempute, užpildyta neutraliomis dujomis (dažniausiai argonu). Pirmosios lemputės buvo pagamintos iš evakuotų lempučių. Tačiau vakuume, esant aukštai temperatūrai, volframas greitai išgaruoja, todėl pluoštas tampa plonesnis ir patamsėja stiklo lemputė. Vėliau kolbos buvo pripildytos chemiškai neutralių dujų. Vakuuminės kolbos dabar naudojamos tik mažos galios lempoms.

Dizainas

Kaitinamąją lempą sudaro pagrindas, kontaktiniai laidininkai, kaitinimo siūlas, saugiklis ir stiklo lemputė, apsauganti kaitinamąjį siūlą nuo aplinkos.

Kolba

Stiklo lemputė apsaugo giją nuo degimo aplinkos ore. Lemputės matmenys nustatomi pagal kaitinamosios medžiagos nusėdimo greitį. Didesnėms lempoms reikia didesnių lempučių, kad nusėdusios gijų medžiagos pasiskirstytų dideliame plote ir neturėtų didelio poveikio skaidrumui.

Buferinės dujos

Pirmųjų lempų kolbos buvo evakuotos. Šiuolaikinės lempos užpildytos buferinėmis dujomis (išskyrus mažos galios lempas, kurios vis dar gaminamos vakuume). Tai sumažina gijų medžiagos garavimo greitį. Šilumos nuostoliai, atsirandantys šiuo atveju dėl šilumos laidumo, sumažinami pasirenkant kuo sunkesnes molekules turinčias dujas. Azoto / argono mišiniai yra priimtinas kompromisas taupant išlaidas. Brangesnėse lempose yra kriptono arba ksenono (atominis svoris: azotas: 28,0134 g / mol; argonas: 39,948 g / mol; kriptonas: 83,798 g / mol; ksenonas: 131,293 g / mol)

Siūlai

Pirmųjų lempučių gija buvo pagaminta iš anglies (sublimacijos taškas 3559 ° C). Šiuolaikinėse lemputėse osmio-volframo lydinio spiralės naudojamos beveik išimtinai. Vielos dažnai yra dvigubos spiralės formos, siekiant sumažinti konvekciją, sumažinant Langmuir sluoksnį.

Lempos gaminamos skirtingoms darbinėms įtampoms. Srovės stipris nustatomas pagal Omo dėsnį (I = U / R), o galia pagal formulę P = U \ cdot I, arba P = U2 / R. Esant 60 W galiai ir 230 V darbinei įtampai. , per lemputę turi tekėti 0,26 A srovė, tai yra kaitinamojo siūlo varža turi būti 882 omai. Kadangi metalai turi mažą varžą, norint pasiekti šį atsparumą, reikalinga ilga ir plona viela. Vielos storis įprastose lemputėse yra 40-50 mikronų.

Kadangi kaitinimo siūlas yra įjungtas kambario temperatūroje, jo atsparumas yra daug mažesnis nei atsparumas darbui. Todėl įjungus teka labai didelė srovė (du tris kartus didesnė už veikimo srovę). Kai sriegis įkaista, jo varža didėja, o srovė mažėja. Skirtingai nuo šiuolaikinių lempų, ankstyvosios anglies kaitinamosios lempos, įjungtos, veikė priešingu principu - kaitinant jų atsparumas sumažėjo, o švytėjimas pamažu didėjo.

Bimetalinis jungiklis yra sumontuotas mirksinčiuose žibintuose nuosekliai su siūlu. Dėl šios priežasties tokios lempos mirksi savarankiškai.

Cokolis

Buvo pasiūlyta pagrindo forma su įprastos kaitrinės lempos siūlu Tomas Alva Edisonas... Cokolio dydžiai yra standartizuoti.

Lydusis saugiklis

Saugiklis (plonos vielos gabalas) yra kaitinamosios lempos pagrinde, skirtas išvengti elektros lanko atsiradimo lemputei perdegus. Buitinėms lempoms, kurių vardinė įtampa yra 220 V, šie saugikliai paprastai yra skirti 7 A.

Efektyvumas ir ilgaamžiškumas

Beveik visa lempai tiekiama energija paverčiama spinduliuote. Nuostoliai dėl šilumos laidumo ir konvekcijos yra nedideli. Tačiau žmogaus akiai yra tik nedidelis šios spinduliuotės bangos ilgių diapazonas. Didžioji spinduliuotės dalis yra nematomame infraraudonųjų spindulių diapazone ir yra suvokiama kaip šiluma. Kaitinamųjų lempų efektyvumas pasiekia didžiausią 15% vertę esant maždaug 3400 K temperatūrai. Esant praktiškai pasiekiamai 2700 K temperatūrai, efektyvumas yra 5%.

Kylant temperatūrai, kaitrinės lempos efektyvumas didėja, tačiau jos ilgaamžiškumas žymiai sumažėja. Esant 2700 K kaitinamųjų siūlų temperatūrai, lempos tarnavimo laikas yra maždaug 1000 valandų, esant 3400 K - tik kelias valandas. Kai įtampa padidinama 20%, ryškumas padvigubėja. Tuo pačiu metu tarnavimo laikas sutrumpėja 95%.

Perpus sumažinus įtampą (pavyzdžiui, naudojant nuoseklųjį ryšį), nors tai sumažina efektyvumą, tačiau, kita vertus, tarnavimo laikas pailgėja beveik tūkstantį kartų. Šis efektas dažnai naudojamas, kai reikia užtikrinti patikimą budėjimo režimo apšvietimą be specialių ryškumo reikalavimų, pavyzdžiui, ant laiptų.

Ribotą kaitinamosios lempos tarnavimo laiką lemia mažesnė kaitinamosios medžiagos išgaravimas veikimo metu, o daugiau - dėl nevienalyčio kaitinamojo siūlo. Netolygus kaitinamųjų siūlų medžiagos išgarinimas lemia suplonėjusių vietų atsiradimą su padidėjusiu elektriniu pasipriešinimu, o tai savo ruožtu lemia dar didesnį medžiagos įkaitimą ir išgarinimą tokiose vietose. Kai vienas iš šių susiaurėjimų tampa toks plonas, kad šiuo metu kaitinamoji medžiaga ištirpsta arba visiškai išgaruoja, srovė nutrūksta ir lempa sugenda.

Halogeninės lempos

Į buferines dujas pridėjus bromo arba jodo halogenų, lempos tarnavimo laikas padidėja iki 2000–4000 valandų. Tuo pačiu metu darbinė temperatūra yra maždaug 3000 K. Halogeninių lempų efektyvumas siekia 28 lm / W.

Jodas (kartu su deguonies likučiais) patenka į cheminį junginį su išgarintais volframo atomais. Šis procesas yra grįžtamas - esant aukštai temperatūrai, junginys suskaido į sudedamąsias medžiagas. Volframo atomai tokiu būdu išsiskiria arba ant pačios spiralės, arba šalia jos.

Halogenų pridėjimas neleidžia volframui nusėsti ant stiklo, jei stiklo temperatūra yra aukštesnė nei 250 ° C. Kadangi lemputė nepajuoduoja, halogeninės lempos gali būti gaminamos labai kompaktiškos formos. Mažas kolbos tūris leidžia, viena vertus, naudoti didesnį darbinį slėgį (dėl to vėl sumažėja sriegio išgaravimo greitis), ir, kita vertus, žymiai nepadidėjus, užpildykite kolbą sunkiosiomis inertinėmis dujomis, dėl to sumažėja energijos nuostoliai dėl šilumos laidumo. Visa tai pailgina halogeninių lempų tarnavimo laiką ir padidina jų efektyvumą.

Dėl aukštos lemputės temperatūros bet koks paviršiaus užteršimas (pvz., Pirštų atspaudai) veikimo metu greitai sudegs ir paliks juodumą. Dėl to vietinė kolbos temperatūra pakyla, o tai gali ją sunaikinti. Taip pat dėl ​​aukštos temperatūros kolbos pagamintos iš kvarco.

Nauja lempų kūrimo kryptis yra vadinamoji. IRC halogeninės lempos (IRC reiškia infraraudonųjų spindulių dangą). Tokių lempų lemputes dengia speciali danga, kuri praleidžia matomą šviesą, tačiau sulaiko infraraudonąją (šiluminę) spinduliuotę ir atspindi ją atgal į spiralę. Tai sumažina šilumos nuostolius ir dėl to padidina lempos efektyvumą. Remiantis OSRAM, energijos suvartojimas sumažėja 45%, o tarnavimo laikas padvigubėja (palyginti su įprasta halogenine lempa).

Nors IRC halogeninės lempos nepasiekia fluorescencinių lempų efektyvumo, jų pranašumas yra tas, kad jas galima naudoti kaip tiesioginį įprastų halogeninių lempų pakaitalą.

Specialios lempos

Projekcinės lempos - filmams ir filmų projektoriams. Turi padidintą kaitinamųjų siūlų temperatūrą (atitinkamai padidėjusį ryškumą ir sutrumpintą tarnavimo laiką); paprastai sriegis dedamas taip, kad žėrintis plotas sudarytų stačiakampį.

Dvigubos kaitrinės lempos automobilių žibintams. Vienas sriegis - tolimosios, kitas - artimosios. Be to, tokiose lempose yra ekranas, kuris, esant artimųjų šviesų režimui, nutraukia spindulius, galinčius apakinti priešais atvažiuojančius vairuotojus.

Išradimo istorija

1854 m. Vokiečių išradėjas Heinrichas Goebelis sukūrė pirmąją „modernią“ lemputę: sudegusį bambuko giją evakuotame inde. Per ateinančius 5 metus jis sukūrė tai, ką daugelis vadina pirmąja praktiška lempute.

1874 m. Liepos 11 d. Rusų inžinierius Aleksandras Nikolajevičius Lodyginas gavo patentą, pavadintą 1619, kaitinamąją lempą. Kaip gija jis panaudojo anglies strypą, įdėtą į evakuotą indą.

Anglų išradėjas Joseph Wilson Swann gavo britų patentą dėl anglies kaitinamosios lempos, 1878 m. Jo lempose kaitinimo siūlas buvo retos deguonies atmosferoje, todėl buvo galima gauti labai ryškią šviesą.

1870 -ųjų antroje pusėje amerikiečių išradėjas Tomas Edisonas atlieka tiriamąjį darbą, kuriame išbando įvairius metalus kaip siūlą. Galų gale jis grįžta prie anglies pluošto ir sukuria lemputę, kurios tarnavimo laikas yra 40 valandų. Nepaisant tokio trumpo tarnavimo laiko, jo lemputės pakeičia iki tol naudojamą dujinį apšvietimą.

1890 -aisiais Lodyginas išrado kelių tipų lempas su metaliniais siūlais.

1906 m. „Lodygin“ pardavė volframo gijų patentą „General Electric“. Dėl didelių volframo išlaidų patentas nustato tik ribotą naudojimą.

1910 g. William David Coolidge išrado patobulintą volframo gijų gamybos metodą. Vėliau volframo siūlai išstumia visų kitų rūšių gijas.

Likusią problemą, susijusią su greitu kaitinamojo siūlo išgaravimu vakuume, išsprendė amerikiečių mokslininkas Irvingas Langmuiras, kuris, dirbęs įmonėje nuo 1909 m „General Electric“, sugalvojo lempų lemputes užpildyti inertinėmis dujomis, o tai žymiai padidino lempos tarnavimo laiką.