Apăsați întrerupătorul - și camera întunecată s-a schimbat instantaneu, detaliile celor mai mici elemente ale interiorului au devenit vizibile. Așa se răspândește instantaneu energia dintr-un dispozitiv mic, inundând totul în jur cu lumină. Ce te face să creezi o radiație atât de puternică? Răspunsul este ascuns în numele dispozitivului de iluminat, care se numește lampă cu incandescență.
Istoria creării primelor elemente de iluminat
Originile primelor lămpi cu incandescență datează de la începutul secolului al XIX-lea. Sau mai degrabă, lampa a apărut puțin mai târziu, dar efectul strălucirii tijelor de platină și carbon sub acțiunea energiei electrice a fost deja observat. Două întrebări dificile au apărut în fața oamenilor de știință:
- găsește materiale de în altă rezistență capabile să se încălzească sub influența curentului până la o stare de emisie de lumină;
- Prevenirea arderii rapide a materialului în aer.
Cercetare șiinvenții ale omului de știință rus Alexander Nikolaevich Lodygin și americanului Thomas Edison.
Lodygin a sugerat folosirea tijelor de carbon ca element incandescent, care se aflau într-un balon etanș. Dezavantajul designului a fost dificultatea de a pompa aer, ale cărui rămășițe au contribuit la arderea rapidă a tijelor. Cu toate acestea, lămpile lui au ars câteva ore, iar dezvoltările și brevetele au devenit baza pentru crearea de dispozitive mai durabile.
Omul de știință american Thomas Edison, familiarizându-se cu lucrările lui Lodygin, a realizat un balon de vid eficient, în care a pus un fir de carbon din fibră de bambus. Edison a furnizat, de asemenea, baza lămpii o conexiune filetată inerentă lămpilor moderne și a inventat multe elemente electrice, cum ar fi: un ștecher, o siguranță, un comutator rotativ și multe altele. Eficiența lămpii cu incandescență Edison a fost mică, deși putea funcționa până la 1000 de ore și a primit o utilizare practică.
Ulterior, în locul elementelor de carbon, s-a propus folosirea metalelor refractare. Filamentul de wolfram folosit în lămpile moderne cu incandescență a fost, de asemenea, brevetat de Lodygin.
Dispozitivul și principiul de funcționare al lămpii
Designul unei lămpi cu incandescență nu s-a schimbat fundamental de mai bine de o sută de ani. Include:
- Un balon închis ermetic care delimitează spațiul de lucru și este umplut cu un gaz inert.
- Socul care areformă spirală. Servește pentru a ține lampa în priză și pentru a o conecta electric la părțile care transportă curent.
- Conductori care conduc curentul de la bază la spirală și îl țin.
- Spirală incandescentă, a cărei încălzire creează emisia de energie luminoasă.
Când un curent electric trece printr-o bobină, se încălzește instantaneu la cele mai ridicate temperaturi de până la 2700 de grade. Acest lucru se datorează faptului că spirala are o rezistență mare la curent și se cheltuiește multă energie pentru a depăși această rezistență, care este eliberată sub formă de căldură. Căldura încălzește metalul (tungsten) și începe să emită fotoni de lumină. Datorită faptului că balonul nu conține oxigen, wolfram nu se oxidează în timpul încălzirii și nu se arde. Un gaz inert împiedică evaporarea particulelor fierbinți de metal.
Care este eficiența unei lămpi cu incandescență
Eficiența arată ce procent din energia cheltuită este transformat în muncă utilă și ce nu. În cazul unei lămpi cu incandescență, eficiența este scăzută, deoarece doar 5-10% din energie merge să emită lumină, restul este eliberat sub formă de căldură.
Eficiența primelor lămpi cu incandescență, unde tija de carbon acționa ca filament, a fost și mai mică în comparație cu dispozitivele moderne. Acest lucru se datorează pierderilor suplimentare datorate convecției. Filamentele spiralate au un procent mai mic din aceste pierderi.
Eficiența unei lămpi cu incandescență depinde direct de temperatura de încălzire a spiralei. Ca standard, o bobină de lampă de 60 W încălzește până la 2700 ºС, laaceastă eficiență este de numai 5%. Este posibil să creșteți valoarea de încălzire la 3400 ºС prin creșterea tensiunii, dar acest lucru va reduce durata de viață a dispozitivului cu mai mult de 90%, deși lampa va străluci mai puternic și eficiența va crește la 15%.
Este greșit să credem că o creștere a puterii lămpii (100, 200, 300 W) duce la o creștere a eficienței doar pentru că luminozitatea dispozitivului a crescut. Lampa a început să strălucească mai strălucitor datorită puterii mai mari a spiralei în sine și ca urmare a unei eliberări mai mari de lumină. Dar și costurile cu energia au crescut. Prin urmare, eficiența unei lămpi cu incandescență de 100 W va fi, de asemenea, între 5-7%.
Soiuri de lămpi cu incandescență
Lămpile cu incandescență vin în diferite modele și scopuri funcționale. Acestea sunt împărțite în corpuri de iluminat:
- Utilizare generală. Acestea includ lămpi de uz casnic de diferite puteri, concepute pentru o tensiune de rețea de 220 V.
- Design decorativ. Au tipuri nestandard de baloane sub formă de lumânări, sfere și alte forme.
- Tip de iluminare. Lămpi colorate cu putere redusă pentru lumini colorate.
- Destinație locală. Dispozitive sigure de tensiune de până la 40 V. Sunt folosite pe mesele de producție, pentru a ilumina locurile de lucru ale mașinilor-unelte.
- Acoperit cu oglindă. Lămpi care creează lumină direcțională.
- Tip de semnal. Folosit pentru a lucra în tablourile de bord ale diferitelor dispozitive.
- Pentru transport. O gamă largă de lămpi cu rezistență sporită la uzură și fiabilitate. Are un design ușor de utilizat pentru înlocuire rapidă.
- Pentru reflectoare. Lămpi cu putere crescută, ajungând până la 10.000 W.
- Pentru dispozitive optice. Lămpi pentru proiectoare de film și dispozitive similare.
- Commutator. Folosit ca segmente ale afișajului digital al instrumentelor de măsură.
Laturile pozitive și negative ale lămpilor cu filament
Dispozitivele de iluminat de tip incandescent au propriile lor caracteristici. Positivele includ:
- aprinderea instantanee a bobinei;
- siguranța mediului;
- dimensiune mică;
- preț corect;
- abilitatea de a crea dispozitive cu putere și tensiune de operare diferite, atât AC, cât și DC;
- versatilitatea aplicației.
La negativ:
- lampă incandescentă cu eficiență scăzută;
- susceptibilitate la supratensiuni de energie salvatoare;
- ore de lucru scurte care nu depășesc 1000;
- pericol de incendiu al lămpilor din cauza încălzirii puternice a becului;
- design fragil.
Alte tipuri de corpuri de iluminat
Există lămpi de iluminat, al căror principiu este fundamental diferit de funcționarea lămpilor cu incandescență. Acestea includ lămpi cu descărcare în gaz și LED.
Există o mulțime de lămpi cu arc sau cu descărcare în gaz, dar toate se bazează pe strălucirea gazului atunci când are loc un arc între electrozi. Strălucirea apare în spectrul ultraviolet, care este apoi transformat în vizibil pentru ochiul uman.prin trecerea prin stratul de fosfor.
Procesul care are loc într-o lampă cu descărcare în gaz include două etape de lucru: crearea unei descărcări cu arc și menținerea ionizării și strălucirii gazului din bec. Prin urmare, toate tipurile de astfel de corpuri de iluminat au un sistem de control al curentului. Dispozitivele fluorescente au o eficiență mai mare decât lămpile cu incandescență, dar sunt nesigure deoarece conțin vapori de mercur.
Dispozitivele de iluminat cu LED sunt cele mai moderne sisteme. Eficiența unei lămpi cu incandescență și a unei lămpi LED este incomparabilă. La acesta din urmă, ajunge la 90%. Principiul de funcționare al LED-ului se bazează pe strălucirea unui anumit tip de semiconductor sub influența tensiunii.
Ce nu-i place unui bec incandescent
Durata de viață a unei lămpi obișnuite cu incandescență va fi scurtată dacă:
- Tensiunea din rețea este în mod constant supraevaluată față de cea nominală, pentru care este proiectat dispozitivul de iluminat. Acest lucru se datorează creșterii temperaturii de funcționare a corpului de încălzire și, ca urmare, evaporării crescute a aliajului metalic, ducând la defectarea acestuia. Deși eficiența lămpii incandescente va fi mai mare.
- Agitați puternic lampa în timpul funcționării. Când metalul este încălzit într-o stare apropiată de topire, iar distanța dintre spirele spiralei este redusă din cauza expansiunii substanței, orice mișcare mecanică, bruscă, poate duce la un circuit între ture imperceptibil pentru ochi. Acest lucru reduce rezistența generală a bobinei la curent, contribuie la o încălzire mai mare și rapidăburnout.
- Apa va ajunge pe balonul încălzit. La punctul de impact are loc o diferență de temperatură, ceea ce face ca geamul să se spargă.
- Atingeți cu degetele becul lămpii cu halogen. O lampă cu halogen este un tip de lampă cu incandescență, dar are o putere de lumină și căldură semnificativ mai mare. Când este atins, o pată grasă invizibilă de pe deget rămâne pe balon. Sub influența temperaturii, grăsimea se arde, formând depozite de carbon care împiedică transferul de căldură. Ca urmare, în punctul de contact, sticla începe să se topească și se poate sparge sau umfla, perturbând regimul de gaz din interior, ceea ce duce la arderea spiralei. Lămpile cu incandescență cu halogen au o eficiență mai mare decât cele obișnuite.
Cum se schimbă lampa
Dacă lampa este arsă, dar becul nu s-a prăbușit, atunci îl puteți înlocui după ce s-a răcit complet. În acest caz, opriți alimentarea. Când înșurubați lampa, ochii nu trebuie îndreptați în direcția acesteia, mai ales dacă nu este posibilă oprirea curentului.
Când becul a spart, dar și-a păstrat forma, este indicat să luați o cârpă de bumbac, să o pliați în mai multe straturi și, înfășurând-o în jurul lămpii, să încercați să îndepărtați sticla. Apoi, folosind un clește cu mânere izolate, deșurubați cu grijă baza și înșurubați o lampă nouă. Toate operațiunile trebuie efectuate cu alimentarea oprită.
Concluzie
În ciuda faptului că eficiența unei lămpi cu incandescență este un procent mic și are din ce în ce mai mulți concurenți, aceasta este relevantă în multe domenii ale vieții. Există chiar și cel mai vechi bec, care funcționează continuu de mai bine de o sută de ani. Nu este aceasta o confirmare și perpetuare a geniului gândului unei persoane care se străduiește să schimbe lumea?
