Tot ce nu știai despre primul bec cu incandescență. Indicatoare de temperatură a lămpilor incandescente

Definiție
- o sursă de lumină care transformă energia unui curent electric care trece de-a lungul unei lămpi spiralate în căldură și lumină. După natura fizică, se disting două tipuri de radiații: termice și luminiscente.
Lumina termică se numește radiație care apare
la încălzirea corpurilor. Strălucirea lămpilor electrice cu incandescență se bazează pe utilizarea radiației termice.

Avantaje și dezavantaje

Avantajele lămpilor cu incandescență:
când sunt pornite, se aprind aproape instantaneu;
au dimensiuni mici;
costul lor este mic.

Principalele dezavantaje ale lămpilor cu incandescență:
lămpile au o luminozitate orbitoare care afectează negativ vederea unei persoane, prin urmare, necesită utilizarea unor accesorii adecvate pentru a limita orbirea;
au o durată de viață scurtă (aproximativ 1000 de ore);
durata de viață a lămpilor este redusă semnificativ atunci când tensiunea rețelei de alimentare crește.

Eficiență luminoasă lămpile incandescente, definite ca raportul dintre puterea razelor din spectrul vizibil și puterea consumată din rețeaua electrică, este foarte mică și nu depășește 4%.

Astfel, principalul dezavantaj al lămpilor cu incandescență este puterea lor de lumină scăzută. La urma urmei, doar o mică parte din energia electrică pe care o consumă este transformată în energie de radiație vizibilă, restul energiei se duce în căldură emisă de lampă.

Principiul de funcționare.

Principiul de funcționare al lămpilor incandescente se bazează pe conversia energiei electrice care trece prin filament în lumină. Temperatura filamentului încălzit ajunge la 2600 ... 3000 "C. Dar filamentul lămpii nu se topește, deoarece punctul de topire al wolframului (3200 ... 3400 ° C) depășește temperatura de incandescență a filamentului. Spectrul lămpilor cu incandescență diferă din spectrul luminii zilei prin predominanţa spectrului galben şi roşu.razele.
Becurile lămpilor incandescente sunt evacuate sau umplute cu un gaz inert, în care filamentul de wolfram nu este oxidat: cu azot; argon; cripton; un amestec de azot, argon, xenon.

Dispozitivul și funcționarea lămpilor cu incandescență

Lampa cu incandescență (fig.) Luminează deoarece filamentul firului refractar de tungsten este încălzit de curentul care trece prin el. Pentru ca spirala să nu se ardă rapid, aerul este pompat din cilindrul de sticlă sau cilindrul este umplut cu un gaz inert. Spirala este atașată de electrozi. Unul dintre ele este lipit de mufa metalică a bazei, celălalt de placa de contact metalică. Izolarea îi desparte. Unul dintre fire este conectat la priza bazei, iar celălalt la placa de contact, așa cum se arată în fig. Apoi curentul, depășind rezistența electrică a NITI, îl încălzește.

Lămpi cu incandescență

În denumirea lămpilor cu incandescență, literele înseamnă: B - vid; G - umplut cu gaz; B - spirală dublă; BK - cripton bi-spiral (are putere luminoasă crescută și dimensiuni mai mici în comparație cu lămpile C, B și D, dar costă mai mult); DB - difuz (cu un strat reflectorizant mat în interiorul becului); MO - iluminat local.

Literele sunt urmate de două grupuri de numere. Ele indică domeniul de tensiune și puterea lămpii.

Exemplu. "V 220 ... 230-25" înseamnă tensiune 220 ... 230 V, putere 2-5 W. Denumirea poate conține și data fabricării lămpii, de exemplu, IX 2005.

Se produc lămpi cu putere de până la 150 W: în cilindri transparenti incolori (fluxul luminos al lămpilor nu scade); in cilindri matati din interior (fluxul luminos al lămpilor se reduce cu 3%); în baloane de opal; vopsite într-o culoare lăptoasă a cilindrilor (fluxul luminos al lămpilor este redus cu 20%).
Lămpile cu o putere de până la 200 W sunt realizate atât cu capace normale filetate, cât și cu știfturi. Lămpile de peste 200 W sunt disponibile numai cu baze filetate. Lămpile cu o putere mai mare de 300 W sunt disponibile cu o bază cu diametrul de 40 mm.

Exemple de execuție a lămpilor cu incandescență standard

Exemple de performanță ale lămpilor cu incandescență sunt prezentate în Fig. 2. În fig. 2.a, b - lămpi de aceeași putere, dar în Fig. 2.a - umplut cu gaz cu gaz argon, iar în Fig. 2.b - cu umplutură cu cripton (krypton). Dimensiunile lămpii cu cripton sunt mai mici. Lampa din fig. 2.c seamănă cu o lumânare. Aceste lămpi sunt adesea folosite în candelabre și lămpi de perete. În fig. 2.d, e, f arată, respectiv, lămpi bi-spirale, cripton bi-spirale și lămpi cu oglindă.

Analizând structura unei lămpi cu incandescență (Figura 1, A) constatăm că partea principală a designului său este filamentul 3 , care, sub acțiunea unui curent electric, se încălzește până la apariția radiațiilor optice. Principiul de funcționare al lămpii se bazează de fapt pe aceasta. Fixarea filamentului în interiorul lămpii se realizează cu ajutorul electrozilor 6 de obicei ținându-și capetele. Curentul electric este, de asemenea, furnizat corpului de încălzire prin electrozi, adică sunt și legături interne ale bornelor. În cazul unei stabilități insuficiente a corpului strălucitor, utilizați suporturi suplimentare 4 ... Suporturile sunt lipite pe o tijă de sticlă 5 , numită tijă, care are la capăt o îngroșare. Personalul este asociat cu o piesă complexă de sticlă - un picior. Piciorul, este prezentat în Figura 1, b, este format din electrozi 6 , farfurii 9 , și shtengel 10 , care este un tub gol prin care aerul este pompat din becul lămpii. Conexiune comună între bornele intermediare 8 , băț, farfurie și shtengel formează o scapula 7 ... Racordarea se face prin topirea pieselor de sticla, timp in care se face o gaura de evacuare 14 conectând cavitatea interioară a tubului de pompare cu cavitatea interioară a becului lămpii. Pentru alimentarea cu curent electric a filamentului prin electrozi 6 aplica intermediar 8 și concluzii externe 11 , conectat prin sudura electrica.

Figura 1. Dispozitivul unei lămpi electrice cu incandescență ( A) și picioarele ei ( b)

Pentru a izola corpul filamentului, precum și alte părți ale becului de mediul extern, se folosește un bec de sticlă 1 ... Este pompat aerul din cavitatea interioară a balonului, iar în loc de acesta este pompat un gaz inert sau un amestec de gaze. 2 , după care capătul tulpinii este încălzit și sigilat.

Pentru a furniza curent electric lampii și pentru a o fixa într-un suport electric, lampa este echipată cu o bază 13 , care este atașat de gâtul balonului 1 realizat cu mastic de bază. Cablurile lămpii sunt lipite în locurile corespunzătoare ale bazei 12 .

Distribuția luminii lămpii depinde de modul în care este amplasat corpul incandescent și de ce formă are acesta. Dar acest lucru se aplică numai lămpilor cu becuri transparente. Dacă ne imaginăm că filamentul este un cilindru de luminozitate egală și proiectăm lumina care emană din acesta pe un plan perpendicular pe cea mai mare suprafață a filamentului luminos sau spirală, atunci acesta va avea intensitatea luminoasă maximă. Prin urmare, pentru a crea direcțiile necesare ale forțelor luminii, în diferite modele de lămpi, filamentelor li se dă o anumită formă. Exemple de forme de filament sunt prezentate în Figura 2. Filamentul drept nespiralizat nu este aproape niciodată utilizat în lămpile incandescente moderne. Acest lucru se datorează faptului că, odată cu creșterea diametrului corpului filamentului, pierderea de căldură prin gazul care umple lampa scade.

Figura 2. Construcția corpului filamentului:
A- lampa de proiectie de inalta tensiune; b- lampa de proiectie de joasa tensiune; v- oferind un disc de luminozitate egală

Un număr mare de corpuri incandescente sunt împărțite în două grupuri. Primul grup include corpuri incandescente utilizate în lămpile de uz general, al căror design a fost conceput inițial ca o sursă de radiație cu o distribuție uniformă a intensității luminoase. Scopul proiectării unor astfel de lămpi este obținerea eficienței luminoase maxime, care se realizează prin reducerea numărului de suporturi prin care se răcește filamentul. Al doilea grup include așa-numitele corpuri cu filament plan, care sunt realizate fie sub formă de spirale paralele (în lămpi puternice de înaltă tensiune), fie sub formă de spirale plate (în lămpi de joasă tensiune de putere redusă). Primul design este realizat cu un număr mare de suporturi din molibden, care sunt atașate cu punți ceramice speciale. Filamentul lung este plasat sub forma unui coș, obținând astfel o luminozitate generală ridicată. La lămpile incandescente destinate sistemelor optice, corpurile incandescente trebuie să fie compacte. Pentru a face acest lucru, filamentul este rulat într-un arc, dublu sau triplu helix. Figura 3 prezintă curbele intensității luminoase create de corpurile incandescente de diferite modele.

Figura 3. Curbele de intensitate luminoasă a lămpilor incandescente cu corpuri incandescente diferite:
A- într-un plan perpendicular pe axa lămpii; b- într-un plan care trece prin axa lămpii; 1 - spirala circulara; 2 - bispiral drept; 3 - spirala situata pe suprafata cilindrului

Curbele necesare ale intensității luminoase a lămpilor cu incandescență pot fi obținute prin utilizarea becurilor speciale cu acoperiri reflectorizante sau difuzoare. Utilizarea acoperirilor reflectorizante pe un bec cu formă adecvată permite o varietate semnificativă de curbe de intensitate luminoasă. Lămpile cu acoperiri reflectorizante se numesc oglinzi (Figura 4). Dacă este necesar, pentru a asigura o distribuție deosebit de precisă a luminii în lămpile oglinzilor, se folosesc becuri realizate prin presare. Astfel de lămpi se numesc faruri. Unele modele de lămpi incandescente au reflectoare metalice încorporate în bec.

Figura 4. Lămpi cu incandescență în oglindă

Materiale utilizate în lămpile cu incandescență

Metalele

Elementul principal al lămpilor cu incandescență este corpul incandescent. Pentru fabricarea filamentului, cel mai indicat este să folosiți metale și alte materiale cu conducție electronică. În acest caz, prin trecerea unui curent electric, corpul va fi încălzit la temperatura necesară. Materialul filamentului trebuie să îndeplinească o serie de cerințe: trebuie să aibă un punct de topire ridicat, plasticitate care să permită tragerea de fire de diferite diametre, inclusiv cele foarte mici, o rată de evaporare scăzută la temperaturi de funcționare, ceea ce duce la o durată de viață mare, și altele asemenea. Tabelul 1 prezintă temperaturile de topire ale metalelor refractare. Cel mai refractar metal este wolfram, care, împreună cu ductilitatea sa ridicată și rata scăzută de evaporare, a asigurat utilizarea sa pe scară largă ca filament pentru lămpile cu incandescență.

tabelul 1

Temperatura de topire a metalelor și a compușilor acestora

Metalele	T, ° С	Carbure și amestecuri ale acestora	T, ° С	Nitruri	T, ° С	Borids	T, ° С
Tungsten reniu Tantal Osmiu Molibden Niobiu Iridiu zirconiu Platină	3410 3180 3014 3050 2620 2470 2410 1825 1769	4TaC + + HiC 4TaC + + ZrC Hfc TaC ZrC NbC Tic toaleta W2C MoC VnC ScC Sic	3927 3887 3877 3527 3427 3127 2867 2857 2687 2557 2377 2267	TaC + + TaN HfN TiC + + TiN TaN ZrN Staniu BN	3373 3087 2977 2927 2727	HfB ZrB WB	3067 2987 2927

Rata de evaporare a wolframului la temperaturi de 2870 și 3270 ° C este de 8,41 × 10 -10 și 9,95 × 10 -8 kg / (cm² × s).

Printre alte materiale, reniul poate fi considerat promițător, al cărui punct de topire este puțin mai mic decât cel al wolframului. Reniul se pretează bine la prelucrarea în stare încălzită, rezistent la oxidare și are o rată de evaporare mai mică decât wolfram. Există publicații străine despre obținerea lămpilor cu filament de tungsten cu aditivi de reniu, precum și acoperirea filamentului cu un strat de reniu. Dintre compușii nemetalici, interesează carbura de tantal, a cărei viteză de evaporare este cu 20 - 30% mai mică decât cea a wolframului. Un obstacol în calea utilizării carburilor, în special a carburilor de tantal, este fragilitatea acestora.

Tabelul 2 rezumă proprietățile fizice de bază ale unui filament ideal de tungsten.

masa 2

Proprietățile fizice de bază ale filamentului de wolfram

Temperatura, K	Viteza de evaporare, kg / (m2 × s)	Rezistenta electrica specifica, 10 -6 Ohm × cm	Luminozitate cd/m²	Eficiență luminoasă, lm/W	Temperatura de culoare, 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

O proprietate importantă a wolframului este posibilitatea de a obține aliajele acestuia. Piesele realizate din ele își păstrează forma stabilă la temperaturi ridicate. Când firul de wolfram este încălzit, în timpul tratamentului termic al corpului incandescent și al încălzirii ulterioare, structura sa internă se modifică, numită recristalizare termică. În funcție de natura recristalizării, filamentul poate avea o stabilitate dimensională mai mare sau mai mică. Impuritățile și aditivii adăugați tungstenului în timpul fabricării acestuia au un efect asupra naturii recristalizării.

Adăugarea de oxid de toriu ThO 2 la wolfram încetinește procesul de recristalizare a acestuia și oferă o structură fin-cristalină. Un astfel de wolfram este puternic împotriva șocurilor mecanice, dar se lasă mult și, prin urmare, nu este potrivit pentru fabricarea corpurilor de încălzire sub formă de spirale. Tungstenul cu un conținut ridicat de oxid de toriu este utilizat pentru fabricarea catozilor din lămpile cu descărcare în gaz datorită emisivității sale ridicate.

Pentru fabricarea spiralelor, wolfram se folosește cu un aditiv de oxid de siliciu SiO 2 împreună cu metale alcaline - potasiu și sodiu, precum și wolfram, care conține, pe lângă cele indicate, un aditiv de oxid de aluminiu Al 2 O 3. Acesta din urmă dă cele mai bune rezultate atunci când se face bisculi.

Electrozii majorității lămpilor cu incandescență sunt fabricați din nichel pur. Alegerea se datorează proprietăților bune de vid ale acestui metal, care emite gaze absorbite în el, proprietăților conductoare ridicate și sudabilității cu wolfram și alte materiale. Ductilitatea nichelului îi permite să înlocuiască sudura cu sertizare cu tungsten, care oferă o bună conductivitate electrică și termică. În lămpile cu vid cu incandescență, cuprul este folosit în loc de nichel.

Suporturile sunt de obicei realizate din sârmă de molibden, care își păstrează elasticitatea la temperaturi ridicate. Acest lucru permite menținerea filamentului într-o stare întinsă chiar și după ce s-a extins ca urmare a încălzirii. Molibdenul are un punct de topire de 2890 K și un coeficient de temperatură de expansiune liniară (TCLE) în intervalul de la 300 la 800 K egal cu 55 × 10 -7 K -1. Molibdenul este, de asemenea, utilizat pentru transformarea bucșelor în pahare refractare.

Cablajele lămpilor cu incandescență sunt realizate din sârmă de cupru, care este sudată cap la cap la cabluri. Lămpile incandescente de putere mică nu au terminale separate, rolul lor este jucat de bucșe alungite din platină. Lipirea de staniu-plumb POS-40 este folosită pentru a lipi cablurile la bază.

Sticlă

Arborele, plăcile, tijele, baloanele și alte părți din sticlă utilizate în aceeași lampă cu incandescență sunt realizate din sticlă silicată cu același coeficient de temperatură de dilatare liniară, care este necesar pentru a asigura etanșeitatea locurilor de sudură ale acestor piese. Valorile coeficientului de temperatură de dilatare liniară a sticlelor lămpii trebuie să asigure obținerea de etanșări consistente cu metalele utilizate pentru fabricarea bucșelor. Cel mai utilizat brand de sticlă SL96-1 cu un coeficient de temperatură egal cu 96 × 10 -7 K -1. Această sticlă poate funcționa la temperaturi cuprinse între 200 și 473 K.

Unul dintre parametrii importanți ai sticlei este intervalul de temperatură în care își păstrează sudabilitatea. Pentru a asigura sudabilitatea, unele piese sunt realizate din sticla SL93-1, care se deosebește de sticla SL96-1 prin compoziția chimică și un interval de temperatură mai larg în care păstrează sudabilitatea. Marca de sticlă SL93-1 se distinge printr-un conținut ridicat de oxid de plumb. Dacă este necesar să se reducă dimensiunea baloanelor, se folosesc mai multe pahare refractare (de exemplu, clasa SL40-1), al căror coeficient de temperatură este de 40 × 10 -7 K -1. Aceste ochelari pot funcționa la temperaturi de la 200 la 523 K. Cea mai ridicată temperatură de funcționare este deținută de sticla de cuarț SL5-1, lămpi cu incandescență de la care pot funcționa la 1000 K și mai mult timp de câteva sute de ore (coeficientul de temperatură de dilatare liniară a sticlei de cuarț). este 5,4 × 10 -7 K -1). Ochelarii mărcilor enumerate sunt transparenți pentru radiația optică în intervalul de lungimi de undă de la 300 nm la 2,5 - 3 microni. Transmisia sticlei de silice începe la 220 nm.

Intrări

Bucsele sunt realizate dintr-un material care, alaturi de o buna conductivitate electrica, trebuie sa aiba un coeficient termic de dilatare liniara, care sa asigure obtinerea de jonctiuni potrivite cu sticlele folosite la fabricarea lămpilor cu incandescență. Se potrivesc joncțiunile materialelor, ale căror valori ale coeficientului termic de dilatare liniară în întregul interval de temperatură, adică de la temperatura minimă la temperatura de recoacere a sticlei, diferă cu cel mult 10-15%. Când lipiți metalul în sticlă, este mai bine dacă coeficientul termic de dilatare liniară a metalului este ușor mai mic decât cel al sticlei. Apoi, când se răcește, sticla comprimă metalul. În absența unui metal cu valoarea necesară a coeficientului termic de dilatare liniară, este necesar să se realizeze lipituri de neegalat. În acest caz, o conexiune metal-sticlă etanșă la vid pe întregul interval de temperatură, precum și rezistența mecanică a lipitului, este asigurată de un design special.

O joncțiune asortată cu sticlă SL96-1 este obținută folosind bucșe din platină. Costul ridicat al acestui metal a dus la necesitatea dezvoltării unui înlocuitor numit „platină”. Platina este un fir realizat dintr-un aliaj fier-nichel cu un coeficient de temperatură de dilatare liniară mai mic decât cel al sticlei. Când un strat de cupru este aplicat unui astfel de fir, este posibil să se obțină un fir bimetalic bine conducător, cu un coeficient de temperatură ridicat de dilatare liniară, care depinde de grosimea stratului de cupru suprapus și de coeficientul termic de dilatare liniară a fir original. Evident, această metodă de potrivire a coeficienților de temperatură de dilatare liniară permite potrivirea în principal din punct de vedere al expansiunii diametrale, lăsând nepotrivit coeficientul de temperatură al expansiunii longitudinale. Pentru a asigura cea mai bună densitate de vid a îmbinărilor sticlei SL96-1 cu platină și pentru a crește umecbilitatea peste stratul de cupru oxidat la suprafață la oxid de cupru, firul este acoperit cu un strat de borax (acid boric de sodiu). Se asigură lipituri suficient de puternice atunci când se utilizează sârmă de platină cu un diametru de până la 0,8 mm.

Potrivirea etanșă la vid în sticla SL40-1 se obține folosind sârmă de molibden. Această pereche oferă o potrivire mai consistentă decât sticla SL96-1 cu platină. Utilizarea limitată a acestei lipituri se datorează costului ridicat al materiilor prime.

Pentru a obține bucșe etanșe la vid din sticlă de cuarț sunt necesare metale cu un coeficient termic de dilatare liniar foarte scăzut, care nu există. Prin urmare, obțin rezultatul dorit datorită structurii de intrare. Metalul folosit este molibdenul, care se caracterizează printr-o bună umectabilitate cu sticlă de cuarț. Pentru lămpile cu incandescență din baloane de cuarț se folosesc glande simple din folie.

Gaze

Umplerea lămpilor incandescente cu gaz face posibilă creșterea temperaturii de funcționare a corpului incandescent fără a reduce durata de viață datorită scăderii ratei de pulverizare a tungstenului într-un mediu gazos, comparativ cu pulverizarea în vid. Viteza de atomizare scade odată cu creșterea greutății moleculare și a presiunii gazului de umplere. Presiunea gazelor de umplere este de aproximativ 8 × 104 Pa. Ce gaz sa folosesti pentru asta?

Utilizarea unui mediu gazos duce la apariția pierderilor de căldură datorate conducției de căldură prin gaz și convecție. Pentru a reduce pierderile, este avantajos să umpleți lămpile cu gaze inerte grele sau cu amestecurile acestora. Aceste gaze includ azotul, argonul, criptonul și xenonul obținut din aer. Tabelul 3 prezintă principalii parametri ai gazelor inerte. Azotul în forma sa pură nu este utilizat din cauza pierderilor mari asociate conductivității sale termice relativ ridicate.

Tabelul 3

Parametrii de bază ai gazelor inerte

În serie sunt incluse două becuri din ghirlanda de Revelion

Astăzi, când oamenii se pregătesc să sărbătorească Anul Nou, pe blogul SamElektrik.ru ne gândim deja la Vară. Mai exact, despre cel de vară, al cărui prim articol este publicat astăzi!

Articolul poate fi considerat științific și teoretic, ci mai degrabă de inginerie și practic.
Nu există nicio îndoială că articolul se poate dovedi a fi interesant pentru inginerii și tehnicienii ale căror activități sunt legate de funcționarea unui dispozitiv atât de simplu și familiar pentru noi toți, cum este un bec cu incandescență. Și, de asemenea, pentru toți cei care sunt interesați de fizică.

Vă reamintesc că pe blogul meu a existat deja o încercare de a investiga această problemă - în articolul meu „“

În ciuda caracterului obișnuit al becului, în ciuda „vieții de zi cu zi”, caracteristicile funcționării sale au ceea ce se numește în mod obișnuit „pete albe”.

În prezent, parametrii electrici ai unei lămpi cu incandescență nu pot fi calculați dacă modul de funcționare diferă de cel pentru pașaport (de modul pentru care este proiectată lampa). Autorul propune un model fizic, în cadrul căruia este posibil să se obțină o serie de formule adecvate pentru rezolvarea unei game largi de probleme practice de inginerie.

Îmi exprim recunoștința față de proprietarul resursei pentru oportunitatea oferită de a publica aceste memorii.

S.

Lampa incandescentă

Acest articol se propune a fi înțeles ca o interpretare extinsă (sau explicație) a articolului „Legea lui Kepler pentru un bec cu incandescență” - https://www.proza.ru/2016/09/19/1858

Acest articol conține o formulă care permite calcularea parametrilor unei lămpi cu incandescență în moduri arbitrare, inclusiv moduri care diferă de cele pentru pașaport.

Formula pentru dependența tensiunii și puterii unui bec

Aceasta este formula principală a articolului, a cărei rezultate va fi prezentată mai jos. Formula arată astfel:

Pentru orice lampă cu incandescență, există un parametru care este stabil într-o gamă largă de moduri electrice. Acest parametru este raportul dintre cubul de tensiune și puterea pătrat.

Tehnica de utilizare a formulei este simplă.

Luăm un bec, citim pe bec sau pe bază parametrii pentru care este proiectat - tensiune și putere, calculăm constanta, apoi introducem orice tensiune arbitrară în formulă și calculăm puterea care va fi eliberată pe bec. .

Cunoscând puterea, este ușor de calculat curentul.

Cunoscând curentul, este ușor de calculat rezistența filamentului.

Deci vom lua în considerare problemele legate de funcționarea corectă a formulei, precum și acele restricții care sunt inevitabile datorită faptului că pur și simplu nu există formule „absolute”.

Cu toate acestea, mai întâi, puțină „teorie”...

Și ce este nou în grupul VK SamElektrik.ru ?

Abonați-vă și citiți articolul în continuare:

Premise „teoretice” de bază

Formula a fost obținută din ipoteza că în metalul (din care este compus filamentul), curentul și rezistența au o singură esență fizică.

Într-o formă simplificată, se poate argumenta așa ceva.

Conform opiniilor moderne, curentul este o mișcare ordonată a purtătorilor de taxe. Pentru metal, aceștia vor fi electroni.

S-a sugerat că rezistența electrică a unui metal este determinată de mișcarea HAOTICĂ a acelorași electroni.

Odată cu creșterea temperaturii filamentului, mișcarea haotică a electronilor crește, ceea ce duce în cele din urmă la o creștere a rezistenței electrice.

Din nou. Curentul și rezistența într-un filament sunt același lucru. Singura diferență este că curentul este o mișcare ordonată sub influența unui câmp electric, iar rezistența este o mișcare haotică a electronilor.

Un pic de „scolastică algebrică”

Acum că „teoria” s-a terminat (zâmbit), voi da calcule algebrice pentru derivarea formulei „principale”.

Înregistrarea canonică a legii lui Ohm arată astfel:

I * R = U

Pentru a aduce valorile cantitative în conformitate, este necesar să introduceți coeficienții de proporționalitate corespunzători, pentru componenta curentă - Кт și pentru componenta rezistivă - Кр:

Cele mai generale considerații duc la ideea că acești coeficienți ar trebui să fie valori reciproc reciproce, ceea ce înseamnă:

În acest caz, înmulțind laturile drepte și stângi în perechi (în sistemul de ecuații), revenim la notația originală a legii lui Ohm:

I * R = U

Derivarea finală a formulei

Să luăm în considerare mai detaliat sistemul de ecuații:

Să punem la pătrat prima ecuație și să le înmulțim în perechi.

În partea stângă vedem expresia pentru putere și, de asemenea, ținând cont de faptul că produsul coeficienților este egal cu unu, vom rescrie în cele din urmă:

De aici obținem expresia pentru coeficientul curent:

Și pentru coeficientul rezistiv (sunt reciproc):
unde Pnom și Unom sunt puterea nominală și tensiunea marcate pe bază sau pe becul lămpii.

Rămâne să înlocuim aceste valori ale coeficienților în formula „DIVIAT” a ​​Legii lui Ohm și vom primi expresiile finale pentru curent și rezistență.

Înmulțind ultimul raport cu Ux, obținem:

Pentru a nu vă deranja cu aceste pătrate, cuburi și rădăcini, este suficient să vă amintiți o relație simplă care decurge din ultima relație. Punând la pătrat ultimul raport, obținem o formulă clară și de înțeles:

Pentru orice bec cu filament de wolfram, raportul dintre cubul de tensiune și puterea pătrat este o valoare CONSTANTĂ.

Rapoartele obținute au arătat o concordanță excelentă cu rezultatele practice (măsurători) într-o gamă largă de parametri de tensiune și pentru tipuri foarte diferite de lămpi cu incandescență, variind de la interior, auto și terminând cu becuri pentru lanterne...

Câteva considerații generale privind rezistența becurilor cu incandescență

Desigur, pentru valorile de tensiune joasă (când tensiunea aplicată este SEMNIFICAT diferită de tensiunea nominală), formulele noastre se vor „răuci”.

De exemplu, atunci când se calculează rezistența unei lămpi cu incandescență de cameră 95W, 230V, conectată la o sursă de tensiune de 1 volt, formula

oferă o valoare a rezistenței filamentului de 36,7171 ohmi.

Dacă presupunem că am aplicat o tensiune de 0,1 volți lampii, atunci rezistența calculată a filamentului va fi de 11,611 ohmi ...

Intuiția sugerează că nu este deloc așa, ci mai degrabă deloc așa...

În regiunea tensiunilor joase, formula va „scădea” stabil valoarea rezistenței de proiectare în comparație cu cea reală, si ideea este asta...

În conceptul luat în considerare, se presupune implicit că mișcarea haotică a electronilor se va „OPRIT” în absența unei tensiuni externe aplicate. Cu toate acestea, este evident că mișcarea electronilor nu „îngheață” chiar și în absența unei tensiuni externe aplicate (dacă lampa stă doar pe masă și nu este aprinsă nicăieri).

Mișcarea haotică a electronilor este de natură TERMICĂ și se datorează TEMPERATURII NATURALE a filamentului.

Acest moment nu este luat în considerare de formulă, iar o măsurare directă a rezistenței firului de către dispozitiv va arăta inevitabil diferența dintre valoarea rezistenței măsurată față de cea calculată.

Radiația și eficiența unui bec cu incandescență

Înainte de a aborda problema aplicabilității formulei pentru calcularea modurilor de „joasă tensiune”, ar trebui să se concentreze asupra unui punct.

Un bec este un convertor aproape perfect de energie electrică în energie radiantă.

Faptul că dezvoltatorii de becuri se luptă din greu pentru a îmbunătăți eficiența becului nu afectează în niciun fel această afirmație. O lampă cu incandescență este un convertor ideal de energie electrică în radiație.

Faptul este că dezvoltatorii se străduiesc să crească producția de energie LUMINA și tocmai în acest sens se calculează eficiența. Dezvoltatorul urmărește să crească coeficientul de conversie a puterii electrice în radiații LUMINOARE, în radiații în domeniul vizibil.

Această eficiență a unui bec este într-adevăr Scăzută. Totuși, becul emite excelent în spectrul ALL și foarte mult în domeniul infraroșu, acolo unde ochii noștri nu văd.

Pentru calculul parametrilor pur electrici nu este deloc important pentru noi ÎN CE interval emite becul. Este important doar pentru noi să ne amintim că becul RADIEȘTE ÎNTOTDEAUNA, dacă i se aplică doar o oarecare tensiune (chiar și cea mai mică). Și este important să ne amintim că puterea furnizată este disipată tocmai sub formă de radiație.

Cât de multă energie electrică este furnizată lampii, este ASA putere care se va disipa sub formă de radiații.

Nimeni nu a anulat legea conservării energiei și nimeni nu a anulat nici a doua lege a termodinamicii. Aceasta înseamnă că cât de mult profit - atât de mult ar trebui să scadă. Și va scădea tocmai sub formă de radiație, pentru că pur și simplu nu există unde să meargă mai multă energie - doar în radiație. Aceasta este o circumstanță foarte importantă.

Din punct de vedere structural, filamentul este un fir subțire de tungsten cu un diametru de aproximativ 50 de microni și o lungime de aproximativ jumătate de metru, înfășurat într-o spirală cu o configurație complicată.

Vidul din balon exclude posibilitatea schimbului de căldură prin convecție – NUMAI PRIN RADIAȚIE.

Desigur, o parte din căldură se stinge prin antenele lămpii pe care este atașată spirala, dar aceasta este minusculă.

Pentru a vizualiza această mică mică, puteți face o analogie.

Repet, firul de tungsten în sine are exact dimensiunea unui fir de păr de la coada unui copil de clasa întâi, 50 cm lungime și 50 microni în diametru.

Daca mariti vizual acest par... parca avem fire cu diametrul de 1 mm si lungimea de 10 metri! Bunul simț spune că acest cablaj NU este răcit deloc prin schimbul de căldură la margini. Da, ceva va dispărea în locurile de contact, dar puterea principală va fi disipată pe toată lungimea cablajului.

Pentru cazul unei spirale situate în vid, toată puterea va intra în RADIAȚIE, indiferent în ce domeniu al spectrului...

Un experiment important cu măsurarea rezistenței cu un ohmmetru

Orice, chiar și cel mai mic curent, VA avea un efect termic asupra cablajului, ÎNCALZIND-L...

Măsurând rezistența unui bec cu un tester, noi... trecem un CURENT prin el. Curentul de la tester este mic, dar ESTE. Prin urmare, prin măsurarea rezistenței firului, ÎNCĂLZIM firul și, în consecință, modificăm valoarea parametrului prin însuși faptul măsurării.

În linii mari, testerul MINTE ȘI. Testerul arată valoarea rezistenței bobinei NU ADEVĂRATĂ.

Pentru a te convinge de această împrejurare, poți face un experiment simplu. Oricine o poate face.

Puteți folosi ACELAȘI tester pentru a selecta două becuri cu aceleași valori (aproape) ale rezistenței „la rece” a filamentului și pentru a măsura rezistența a DOUA becuri, mai întâi fiecare separat, apoi conectate în serie.

Măsurătorile repetate arată că suma rezistențelor măsurate separat NU SE POTRIVĂ cu rezistența totală a conexiunii în serie...

Măsurăm separat rezistențele becurilor.

Apoi măsuram rezistența conexiunii în serie.

Și observăm STABIL că suma rezistențelor măsurate „una câte una” se dovedește a fi MAI MULTĂ decât rezistența totală a becurilor conectate în serie.

Dispozitivul este același, domeniul de măsurare nu a fost schimbat, astfel încât erorile metodice de măsurare sunt excluse.

Și totul devine CLAR.

Rezistenta in serie a celor doua bobine REDUCE curentul de la tester iar filamentele se incalzesc mai putin.

Și când măsurăm becurile separat, atunci curentul de măsurare este mai mare și, în consecință, citirile dispozitivului cresc chiar și din cauza unei creșteri mici, dar a temperaturii filamentelor din cauza încălzirii în timpul procesului de măsurare ...

Mai devreme (acum un sfert de secol, când testerele digitale erau încă exotice), era imposibil să se constate această diferență cu un indicator săgeată. Acum, în orice casă există un tester digital chinezesc și oricine poate face acest experiment simplu.

Diferența de rezistențe este mică, dar diferența este EVIDENTĂ, ceea ce exclude chiar și un indiciu al unei posibile experiențe incorecte.

Am conectat becurile, am conectat testerul și am fotografiat rezultatele unor astfel de experimente. Fotografiile arată clar că testerul arată o rezistență redusă a becurilor conectate în serie.

În fotografiile pentru becuri de uz casnic 60 W 220 Volți, suma rezistențelor măsurate separat: 72,0 + 65,2 = 137,2 ohmi.

Cu toate acestea, măsurând rezistența în serie, dispozitivul „coboară” citirea la 136,8 ohmi!

O imagine similară se observă pentru becurile de ghirlande:

Ieșire. Formula de calcul arată valoarea REDUCĂ a rezistenței bobinei „rece”.

Măsurarea cu un tester arată rezistența DEPĂȘITĂ a bobinei „rece”.

Apare un gând firesc - Cât de înfricoșător să trăiești !!! Pe cine sa creada?

Să încercăm să înțelegem această problemă...

Puterea radiației în raport cu fundalul înconjurător

Să estimăm puterea de radiație a lămpii corespunzătoare temperaturii fondului ambiental.

Se știe că constanta Stefan-Boltzmann σ = 5,670373 · 10 -8, apoi puterea de radiație pe metru pătrat

P = σ ST 4

Ca valoare estimată arbitrară, vom lua diametrul spiralei 40 microni, iar lungimea 50 cm.Temperatura în condiții normale este de 293K (20C). Înlocuind aceste date în formula Stefan-Boltzmann, obținem puterea de radiație la o temperatură de 0,026258 wați.

Pentru interes, să calculăm puterea la diferite temperaturi ambientale:

Minus 40 (233K) 0,0105 Watt

Minus 20 (253K) 0,0146 Watt

Zero (273K) 0,0198 Watt

Plus 20 (293K) 0,026258 Watt (condiții normale)

Plus 40 (313K) 0,0342 Watt

Pentru o curiozitate, puteți da un calcul al radiației lămpii când temperatura ambiantă este de 2300K:

P = 99,7 wați.

Acest lucru, în general, este în acord cu starea reală a lucrurilor - o lampă proiectată pentru 100 de wați se încălzește până la o temperatură de 2300K.

Putem spune cu un grad ridicat de încredere că această geometrie spirală corespunde unui bec de „o sută de wați” proiectat pentru 220 de volți.

Și acum să recalculăm aceste valori ale puterilor la tensiunea „redusă”. Ca și cum temperatura ambientală ar fi zero absolut și s-a aplicat o oarecare tensiune lampii, încălzind bobina.

Pentru recalculare, folosim raportul obținut conform căruia tensiunile și puterile corespund gradelor „trei” și „două”.

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

Tabelul arată că puterea „actuală” a becului cu o tensiune de 0,902 ... Volt încălzește bobina la o temperatură de 293K. De asemenea, puterea „actuală” la 1,0758 volți va încălzi bobina la 313K (cu 20 de grade mai mare).

Repet încă o dată, asta cu condiția ca temperatura mediului să fie egală cu Zero Absolut.

Ieșire... O schimbare foarte mică a tensiunii are un efect semnificativ asupra temperaturii filamentului. Tensiunea a fost schimbată cu aproximativ șaptesprezece sutimi de volt (1,0758 - 0,902 = 0,1738) și temperatura a crescut cu 20 de grade.

Aceste calcule sunt foarte arbitrare, dar pot fi folosite ca valori ESTIMATE.

Estimarea este în mod firesc foarte grosieră, deoarece legea Stefan-Boltzmann descrie radiația unui emițător „ideal” - un corp absolut negru (BBB), iar spirala este foarte diferită de BBB, dar, cu toate acestea, am obținut o valoare foarte plauzibilă. „figura”...

Din placa Excel se vede ca deja cu o tensiune de 1 volt la lampa temperatura spiralei va fi de 40 de grade Celsius. Dacă aplicăm mai multe, vor fi mai multe.

O concluzie firească sugerează că la o tensiune de 10-15 volți, firul va fi destul de fierbinte, deși vizual nu va fi vizibil.

Pentru ochi, firul va apărea „NEGRU” (rece) până la temperaturi de 600 de grade (începutul radiației în domeniul vizibil).

Cei care vor să „conducă cifrele” o pot face singuri folosind formula Stefan-Boltzmann.

Rezultatele vor fi arbitrare, deoarece (așa cum sa menționat mai sus) spirala are ceva albedo și nu corespunde emițătorului de corp negru, DAR (!) Estimarea temperaturii va fi destul de fiabilă ...

Repet - este o EVALUARE. Firul începe să strălucească la aproximativ 20 de volți.

În plus, aș dori să vă atrag atenția asupra răspândirii parametrilor becurilor.

În fotografia cu testerul, becurile mici (daisy chain) au fost selectate și calibrate de mine cu mare atenție. Pentru diverse scopuri de măsurare și experimente. De aceea ei manifestă aceeași rezistență, care se numește „glonț la glonț”.

Expresiile pentru curenți sunt echivalate. Mici transformări algebrice. Și se obține ecuația pătrată finală pentru necunoscutul Us.

Din figură reiese clar că Us este tensiunea pe lampă.

De la administratorul blogului.

Acest articol participă la Concursul de articole din vara 2018. În rezumat (provizoriu) - în iunie 2018. Abonează-te pentru a primi articole noi și alătură-te grupului VK, întotdeauna sunt mai multe știri decât pe un blog!

Se întâmplă adesea ca un dispozitiv folosit în viața de zi cu zi, care este de mare importanță pentru întreaga omenire, să nu ne amintească în niciun fel de creatorul său. Dar în casele noastre s-a luminat datorită eforturilor unor anumiți oameni. Meritul lor pentru umanitate este neprețuit - casele noastre sunt pline de lumină și căldură. Povestea de mai jos vă va prezenta această mare invenție și numele celor cu care este asociată.

Cât despre acesta din urmă, pot fi remarcate două nume - Alexander Lodygin și Thomas Edison. Deși meritul omului de știință rus a fost foarte mare, palma aparține inventatorului american. Prin urmare, vă vom spune pe scurt despre Lodygin și vom opri în detaliu realizările lui Edison. Cu numele lor este asociată istoria lămpilor cu incandescență. Se spune că Edison a avut nevoie de o cantitate enormă de timp pentru a face becurile. A trebuit să efectueze aproximativ 2 mii de experimente înainte ca construcția, cunoscută tuturor, să se nască.

Invenția făcută de Alexander Lodygin

Istoria lămpilor cu incandescență este foarte asemănătoare cu istoria altor invenții făcute în Rusia. Alexander Lodygin, un om de știință rus, a reușit să facă să strălucească o tijă de cărbune într-un vas de sticlă din care a fost evacuat aerul. Istoria creării unei lămpi cu incandescență începe în 1872, când a reușit să o facă. Alexander a primit un brevet pentru o lampă electrică cu incandescență din carbon în 1874. Puțin mai târziu, a propus înlocuirea tijei de carbon cu wolfram. Partea din wolfram este încă folosită în lămpile cu incandescență.

Meritul lui Thomas Edison

Cu toate acestea, inventatorul american a fost cel care a reușit să creeze un model durabil, fiabil și ieftin în 1878. În plus, a reușit să-și stabilească producția. În primele sale lămpi, așchii carbonizați din bambus japonez au fost folosiți ca filamente incandescente. Filamentele de wolfram, cunoscute nouă, au apărut mult mai târziu. Au început să fie folosite din inițiativa lui Lodygin, inginerul rus menționat mai sus. Dacă nu ar fi fost el, cine știe cum s-ar fi dezvoltat istoria lămpilor cu incandescență în anii următori.

Mentalitatea americană a lui Edison

Semnificativ diferit de rus. Cetăţeanul american Thomas Edison a înţeles totul bine. Interesant, în timp ce se gândea cum să facă banda telegrafică mai puternică, acest om de știință a inventat ceruirea hârtiei. Această hârtie a fost apoi folosită ca un ambalaj de bomboane. Șapte secole de istorie occidentală au precedat invenția lui Edison și nu atât dezvoltarea gândirii tehnice, cât atitudinea activă care se dezvoltă treptat față de viața oamenilor. Mulți oameni de știință talentați s-au încăpățânat să urmărească această invenție. Istoria originii lămpii incandescente este asociată, în special, cu numele de Faraday. A creat lucrări fundamentale despre fizică, fără sprijinul cărora invenția lui Edison ar fi fost cu greu fezabilă.

Alte invenții realizate de Edison

Thomas Edison s-a născut în 1847 în Port Heron, un mic oraș american. Faptul că tânărul inventator a avut capacitatea de a găsi instantaneu investitori pentru ideile sale, chiar și cele mai îndrăznețe, a jucat un rol în autorealizarea lui Thomas. Și erau dispuși să riște sume mari de bani. De exemplu, pe când era încă adolescent, Edison a decis să tipărească un ziar într-un tren în timp ce se afla în mișcare și apoi să-l vândă pasagerilor. Și știrile pentru ziar ar fi trebuit adunate chiar la stațiile de autobuz. Imediat au fost oameni care au împrumutat bani pentru a cumpăra o mică tipografie, precum și cei care l-au lăsat pe Edison să intre în vagonul cu bagaje cu această presă.

Invențiile înainte de Thomas Edison au fost făcute fie de oameni de știință și au fost un produs secundar al descoperirilor lor, fie de către practicieni care au perfecționat ceea ce trebuiau să lucreze. Edison a fost cel care a făcut din invenție o profesie separată. Avea o mulțime de idei și aproape fiecare dintre ele era un germen pentru următoarea, care necesita o dezvoltare ulterioară. Lui Thomas, de-a lungul vieții sale lungi, nu i-a păsat de confortul său personal. Se știe că atunci când a vizitat Europa, aflată deja la apogeul faimei, a fost dezamăgit de lenea și stăruința inventatorilor europeni.

A fost greu de găsit o zonă în care Thomas să nu fi făcut o descoperire. Se estimează că acest om de știință a făcut aproximativ 40 de descoperiri majore anual. În total, Edison a primit 1.092 de brevete.

Spiritul capitalismului american l-a împins pe Thomas Edison. A reușit să se îmbogățească la vârsta de 22 de ani, când a venit cu un ticker cotat pentru Bursa de Valori din Boston. Cu toate acestea, cea mai importantă invenție a lui Edison a fost tocmai crearea unei lămpi cu incandescență. Thomas a reușit cu ajutorul ei să electrizeze toată America, apoi întreaga lume.

Construcția unei centrale electrice și primii consumatori de energie electrică

Istoria lămpii începe cu construcția unei mici centrale electrice. Omul de știință a construit-o în parcul său Menlo. Trebuia să servească nevoilor laboratorului lui. Cu toate acestea, energia primită s-a dovedit a fi mai mult decât era necesar. Apoi Edison a început să vândă surplusul fermierilor vecini. Este puțin probabil ca acești oameni să fi realizat că au fost primii consumatori plătiți de energie electrică din lume. Edison nu a aspirat niciodată să devină antreprenor, dar când a avut nevoie de ceva pentru munca sa, a deschis o mică producție în Menlo Park, care a crescut ulterior la o dimensiune mare și și-a urmat propriul drum de dezvoltare.

Istoricul modificărilor dispozitivului cu lămpi cu incandescență

O lampă electrică cu incandescență este o sursă de lumină în care transformarea în energie luminoasă electrică are loc datorită incandescenței unui conductor refractar cu curent electric. Energia luminoasă a fost obținută mai întâi în acest fel prin trecerea unui curent printr-o tijă de carbon. Această tijă a fost plasată într-un vas din care aerul a fost evacuat anterior. Thomas Edison în 1879 a creat o structură mai mult sau mai puțin durabilă folosind fibră de carbon. Cu toate acestea, există o istorie destul de lungă a lămpii cu incandescență în forma sa actuală. Ca corp incandescent în 1898-1908. a încercat să folosească diferite metale (tantal, wolfram, osmiu). Filamentul de tungsten în zigzag a fost folosit din 1909. Lămpile cu incandescență au început să fie umplute în 1912-1913. (cripton și argon) și azot. În același timp, filamentul de wolfram a început să fie realizat sub formă de spirală.

Istoria dezvoltării lămpii cu incandescență este în continuare marcată de îmbunătățirea acesteia prin îmbunătățirea eficienței luminoase. Acest lucru a fost realizat prin creșterea temperaturii corpului strălucirii. În același timp, durata de viață a lămpii a fost menținută. Umplerea acestuia cu gaze inerte cu greutate moleculară mare cu adăugarea unui halogen a redus contaminarea balonului cu particule de wolfram pulverizate în interiorul acestuia. În plus, a redus rata de evaporare. Utilizarea unui corp incandescent sub formă de bis-coil și tri-coil a condus la o reducere a pierderilor de căldură prin gaz.

Aceasta este istoria inventării lămpii cu incandescență. Cu siguranță veți fi interesat să aflați care sunt diversele sale soiuri.

Soiuri moderne de lămpi cu incandescență

Multe tipuri de lămpi electrice sunt formate din anumite părți de același tip. Ele diferă ca formă și dimensiune. Pe o tijă de metal sau sticlă din interiorul becului se fixează un corp de filament (adică o spirală din wolfram) cu ajutorul unor suporturi din sârmă de molibden. Capetele spiralei sunt atașate de capetele bucșelor. Pentru a crea o conexiune etanșă la vid cu o lamă din sticlă, partea de mijloc a bucșelor este realizată din molibden sau platină. Becul lămpii este umplut cu un gaz inert în timpul tratamentului cu vid. Apoi tija este sudată și se formează un gura de scurgere. Lampa este livrată cu o bază pentru fixarea în suport și protejarea gurii. Se ataseaza de balon cu mastic de baza.

Aspectul lămpilor

Astăzi, există multe incandescente cu incandescență, care pot fi împărțite în funcție de domenii de aplicare (pentru faruri auto, uz general etc.), în funcție de proprietățile de iluminare ale becului sau forma constructivă (decorativ, oglindă, cu un strat de difuzie, etc.), precum și după forma pe care o are corpul incandescent (cu bis-spirală, cu spirală plată etc.). In ceea ce priveste dimensiunile, sunt mari, normale, mici, miniaturale si subminiaturale. De exemplu, acestea din urmă includ lămpi cu o lungime mai mică de 10 mm, al căror diametru nu depășește 6 mm. În ceea ce privește cele de dimensiuni mari, acestea includ pe cele a căror lungime este mai mare de 175 mm, iar diametrul este de cel puțin 80 mm.

Puterea lămpii și durata de viață

Lămpile incandescente moderne pot funcționa la tensiuni de la o fracțiune de unitate la câteva sute de volți. Capacitatea lor poate fi de zeci de kilowați. Dacă tensiunea crește cu 1%, fluxul luminos va crește cu 4%. Cu toate acestea, acest lucru va reduce durata de viață cu 15%. Dacă aprindeți lampa pentru o perioadă scurtă de timp la o tensiune care depășește 15% din tensiunea nominală, aceasta va fi deteriorată. De aceea, atât de des căderile de tensiune provoacă arderea becurilor. Durata de viață a acestora variază de la cinci ore la o mie sau mai mult. De exemplu, farurile aeronavelor sunt proiectate pentru o perioadă scurtă de timp, iar cele de transport pot funcționa foarte mult timp. În acest din urmă caz, acestea ar trebui instalate în locații care să permită înlocuirea ușoară. Astăzi, eficacitatea luminoasă a lămpilor depinde de tensiune, design, durata de ardere și putere. Este de aproximativ 10-35 lm/W.

Becuri cu incandescență astăzi

Lămpile cu incandescență, în ceea ce privește eficiența lor luminoasă, sunt cu siguranță inferioare surselor de lumină alimentate cu gaz (lampa fluorescentă). Cu toate acestea, sunt mai ușor de operat. Lămpile cu incandescență nu necesită accesorii sau demaroare complexe. Practic nu există restricții privind puterea și tensiunea pentru ei. În lumea de astăzi, aproximativ 10 miliarde de lămpi sunt produse în fiecare an. Și numărul soiurilor lor depășește 2 mii.

Lampa cu LED

Istoria originii lămpii a fost deja scrisă, în timp ce istoria dezvoltării acestei invenții nu a fost încă finalizată. Apar noi soiuri și devin din ce în ce mai populare. Vorbim în primul rând despre lămpi cu LED (una dintre ele este prezentată în fotografia de mai sus). Ele sunt, de asemenea, cunoscute ca fiind eficiente din punct de vedere energetic. Aceste lămpi au o eficiență luminoasă de peste 10 ori mai mare decât lămpile cu incandescență. Cu toate acestea, au un dezavantaj - sursa de alimentare trebuie să fie de joasă tensiune.

O lampă incandescentă este un dispozitiv de iluminat, o sursă de lumină artificială. Lumina este emisă de o bobină metalică încălzită pe măsură ce trece un curent electric prin ea.

Principiul de funcționare

O lampă cu incandescență folosește efectul de încălzire a unui conductor (filament) pe măsură ce trece un curent electric prin el. Temperatura filamentului de wolfram crește brusc după pornirea curentului. Filamentul emite radiații electromagnetice în conformitate cu legea Scândură... Funcția Planck are un maxim, a cărui poziție pe scara lungimii de undă depinde de temperatură. Acest maxim se deplasează odată cu creșterea temperaturii către lungimi de undă mai scurte (legea deplasării Vinovăţie). Pentru a obține radiații vizibile, temperatura trebuie să fie de ordinul a câteva mii de grade, ideal 6000 K (temperatura suprafeței Sorii). Cu cât temperatura este mai mică, cu atât proporția de lumină vizibilă este mai mică și radiația apare mai „roșie”.

Lampa cu incandescență transformă o parte din energia electrică consumată în radiație, o parte din frunze ca urmare a proceselor de conducție și convecție a căldurii. Doar o mică parte din radiație se află în regiunea luminii vizibile, fracțiunea principală este radiația infraroșie. Pentru a crește eficiența lămpii și a obține lumina „albă” maximă, este necesară creșterea temperaturii filamentului, care la rândul său este limitată de proprietățile materialului filamentului - temperatura de topire. Temperatura ideală de 6000 K este de neatins, deoarece la această temperatură orice material se topește, se prăbușește și încetează să conducă curentul electric. În lămpile moderne cu incandescență se folosesc materiale cu puncte maxime de topire - wolfram (3410 ° C) și, foarte rar, osmiu (3045 ° C).

La temperaturi practic realizabile de 2300-2900 ° C, departe de alb și nu este emisă lumină naturală. Din acest motiv, becurile cu incandescență emit lumină care pare mai mult „galben-roșu” decât lumina zilei. Pentru a caracteriza calitatea luminii, așa-numita. Temperatura de culoare.

În aerul normal la aceste temperaturi, tungstenul s-ar transforma instantaneu în oxid. Din acest motiv, filamentul de wolfram este protejat de un bec de sticlă umplut cu un gaz neutru (de obicei argon). Primele becuri au fost realizate cu becuri evacuate. Cu toate acestea, în vid la temperaturi ridicate, wolframul se evaporă rapid, făcând filamentul mai subțire și întunecând becul de sticlă atunci când este depus pe acesta. Ulterior, baloanele au fost umplute cu gaze neutre din punct de vedere chimic. Baloanele de vid sunt acum folosite doar pentru lămpi de putere mică.

Proiecta

O lampă incandescentă constă dintr-o bază, conductoare de contact, un filament, o siguranță și un bec de sticlă care protejează filamentul de mediul înconjurător.

balon

Un bec de sticlă protejează filamentul de arderea în aerul ambiant. Dimensiunile becului sunt determinate de rata de depunere a materialului filamentar. Pentru lămpile cu o putere mai mare sunt necesare becuri mai mari, astfel încât materialul de filament depus să fie răspândit pe o suprafață mare și să nu aibă un efect puternic asupra transparenței.

Gaz tampon

S-au evacuat baloanele primelor lămpi. Lămpile moderne sunt umplute cu un gaz tampon (cu excepția lămpilor de putere mică, care sunt încă făcute în vid). Aceasta reduce viteza de evaporare a materialului filamentar. Pierderile de căldură care apar în acest caz din cauza conductivității termice sunt reduse prin alegerea unui gaz cu cele mai grele molecule posibil. Amestecurile de azot/argon sunt un compromis acceptat în ceea ce privește economiile de costuri. Lămpile mai scumpe conțin kripton sau xenon (greutăți atomice: azot: 28,0134 g/mol; argon: 39,948 g/mol; cripton: 83,798 g/mol; xenon: 131,293 g/mol)

Filament

Filamentul din primele becuri era din cărbune (punct de sublimare 3559 ° C). În becurile moderne, spiralele din aliaj de osmiu-tungsten sunt folosite aproape exclusiv. Firul este adesea sub forma unui dublu helix pentru a reduce convecția prin reducerea stratului Langmuir.

Lămpile sunt fabricate pentru diferite tensiuni de funcționare. Puterea curentului este determinată conform legii lui Ohm (I = U / R) iar puterea după formula P = U \ cdot I, sau P = U2 / R. La o putere de 60 W și o tensiune de funcționare de 230 V , prin bec trebuie să circule un curent de 0,26 A, adică rezistența filamentului trebuie să fie de 882 ohmi. Deoarece metalele au rezistivitate scăzută, este necesar un fir lung și subțire pentru a obține această rezistivitate. Grosimea firului în becurile convenționale este de 40-50 microni.

Deoarece filamentul este la temperatura camerei când este pornit, rezistența sa este mult mai mică decât rezistența de funcționare. Prin urmare, atunci când este pornit, curge un curent foarte mare (de două până la trei ori curentul de funcționare). Pe măsură ce firul se încălzește, rezistența acestuia crește și curentul scade. Spre deosebire de lămpile moderne, lămpile incandescente cu filament de carbon timpuriu, atunci când erau aprinse, funcționau conform principiului opus - când sunt încălzite, rezistența lor a scăzut, iar strălucirea a crescut încet.

Un comutator bimetalic este încorporat în luminile intermitente în serie cu filamentul. Din acest motiv, astfel de lămpi funcționează independent într-un mod intermitent.

Plinta

A fost propusă forma bazei cu un fir de lămpi convenționale cu incandescență Thomas Alva Edison... Dimensiunile plintei sunt standardizate.

Siguranță

Siguranța (o bucată de sârmă subțire) este situată în baza lămpii cu incandescență și este concepută pentru a preveni apariția unui arc electric atunci când lampa se arde. Pentru lămpile de uz casnic cu o tensiune nominală de 220 V, aceste siguranțe sunt de obicei evaluate pentru 7 A.

Eficiență și durabilitate

Aproape toată energia furnizată lămpii este convertită în radiație. Pierderile datorate conducției și convecției căldurii sunt mici. Pentru ochiul uman, totuși, este disponibilă doar o gamă mică de lungimi de undă ale acestei radiații. Cea mai mare parte a radiației se află în domeniul infraroșu invizibil și este percepută ca căldură. Eficiența lămpilor cu incandescență atinge valoarea maximă de 15% la o temperatură de aproximativ 3400 K. La temperaturi practic realizabile de 2700 K, randamentul este de 5%.

Odată cu creșterea temperaturii, eficiența unei lămpi cu incandescență crește, dar durabilitatea acesteia este redusă semnificativ. La o temperatură a filamentului de 2700 K, durata de viață a lămpii este de aproximativ 1000 de ore, la 3400 K este de doar câteva ore. Când tensiunea crește cu 20%, luminozitatea se dublează. În același timp, durata de viață este redusă cu 95%.

Reducerea tensiunii la jumătate (de exemplu, cu o conexiune în serie), deși reduce eficiența, dar, pe de altă parte, crește durata de viață de aproape o mie de ori. Acest efect este adesea folosit atunci când este necesar să se asigure un iluminat de urgență fiabil, fără cerințe speciale pentru luminozitate, de exemplu, pe scări.

Durata de viață limitată a unei lămpi cu incandescență se datorează într-o măsură mai mică evaporării materialului din filament în timpul funcționării și, într-o măsură mai mare, neomogenităților care apar în filament. Evaporarea neuniformă a materialului filamentar duce la apariția unor zone subțiate cu rezistență electrică crescută, ceea ce, la rândul său, duce la o încălzire și o evaporare și mai mare a materialului în astfel de locuri. Când una dintre aceste constrângeri devine atât de subțire încât materialul filamentar se topește sau se evaporă complet în acest punct, curentul este întrerupt și lampa se defectează.

Lămpi cu halogen

Adăugarea de brom sau iod halogeni la gazul tampon crește durata de viață a lămpii la 2000-4000 de ore. În același timp, temperatura de funcționare este de aproximativ 3000 K. Eficiența lămpilor cu halogen ajunge la 28 lm/W.

Iodul (împreună cu oxigenul rezidual) intră într-o combinație chimică cu atomii de wolfram evaporați. Acest proces este reversibil - la temperaturi ridicate, compusul se descompune în substanțele sale constitutive. Atomii de wolfram sunt eliberați în acest fel fie pe spirală în sine, fie în apropierea ei.

Adăugarea de halogeni previne depunerea tungstenului pe sticlă, cu condiția ca temperatura sticlei să fie peste 250 ° C. Datorită absenței înnegririi becului, lămpile cu halogen pot fi produse într-o formă foarte compactă. Volumul mic al balonului permite, pe de o parte, utilizarea unei presiuni de operare mai mari (ceea ce duce din nou la o scădere a vitezei de evaporare a firului) și, pe de altă parte, fără o creștere semnificativă a costului, să umpleți balonul cu gaze grele inerte, ceea ce duce la scăderea pierderilor de energie din cauza conductibilității termice. Toate acestea prelungesc durata de viață a lămpilor cu halogen și măresc eficiența acestora.

Datorită temperaturii ridicate a becului, orice contaminare a suprafeței (de exemplu, amprentele digitale) se va arde rapid în timpul funcționării, lăsând înnegrire. Acest lucru duce la creșteri locale ale temperaturii balonului, ceea ce poate provoca distrugerea acestuia. Tot din cauza temperaturii ridicate, baloanele sunt realizate din cuarț.

O nouă direcție în dezvoltarea lămpilor este așa-numita. Lămpi cu halogen IRC (IRC înseamnă acoperire cu infraroșu). Pe becurile unor astfel de lămpi se aplică un strat special, care permite trecerea luminii vizibile, dar reține radiația infraroșie (termică) și o reflectă înapoi în spirală. Acest lucru reduce pierderile de căldură și, ca rezultat, crește eficiența lămpii. Potrivit OSRAM, consumul de energie este redus cu 45%, iar durata de viață este dublată (comparativ cu o lampă cu halogen convențională).

Deși lămpile cu halogen IRC nu ating eficiența lămpilor fluorescente, avantajul lor este că pot fi folosite ca înlocuitor direct pentru lămpile cu halogen convenționale.

Lămpi speciale

Lămpi de proiecție - pentru proiectoare de film și filme. Au o temperatură crescută a filamentului (și, în consecință, luminozitate crescută și durată de viață redusă); de obicei firul este plasat astfel încât zona strălucitoare să formeze un dreptunghi.

Lămpi cu filament dublu pentru farurile auto. Un fir pentru faza lungă, celălalt pentru faza scurtă. În plus, astfel de lămpi conțin un ecran care, în modul faza scurtă, oprește razele care i-ar putea orbi pe șoferii care vin din sens opus.

Istoria inventiei

În 1854 un inventator german Heinrich Goebel a dezvoltat primul bec „modern”: filament de bambus carbonizat într-un vas evacuat. În următorii 5 ani, a dezvoltat ceea ce mulți numesc primul bec practic.

11 iulie 1874 inginer rus Alexandru Nikolaevici Lodighin a primit un brevet cu numărul 1619 pentru o lampă cu filament. Ca filament, a folosit o tijă de carbon plasată într-un vas evacuat

inventator englez Joseph Wilson Swann a primit un brevet britanic pentru o lampă cu filament de carbon în 1878. În lămpile sale, filamentul se afla într-o atmosferă de oxigen rarefiat, ceea ce făcea posibilă obținerea unei lumini foarte strălucitoare.

În a doua jumătate a anilor 1870, un inventator american Thomas Edison desfășoară lucrări de cercetare în care încearcă diferite metale ca fir. În cele din urmă, se întoarce la fibra de carbon și creează un bec cu o durată de viață de 40 de ore. În ciuda unei durate de viață atât de scurte, becurile sale înlocuiesc iluminatul pe gaz folosit până atunci.

În anii 1890, Lodygin inventează mai multe tipuri de lămpi cu filamente metalice.

În 1906, Lodygin a vândut un brevet pentru un filament de tungsten către General Electric. Datorită costului ridicat al wolframului, brevetul găsește doar o utilizare limitată.

În 1910 g. William David Coolidge inventează o metodă îmbunătățită pentru producerea filamentului de wolfram. Ulterior, filamentul de wolfram înlocuiește toate celelalte tipuri de filamente.

Problema rămasă cu evaporarea rapidă a unui filament în vid a fost rezolvată de un om de știință american Irving Langmuir, care, lucrând în companie din 1909 General Electric, a venit cu ideea de a umple becurile lămpii cu un gaz inert, ceea ce a crescut semnificativ durata de viață a lămpii.