Spiralna žarulja sa žarnom niti. Žarulja sa žarnom niti: čitava era u rasvjeti

Unatoč aktivnoj ofenzivi štednih žarulja, žarulje sa žarnom niti ostaju daleko najčešći izvor svjetlosti. Temeljni dizajn električne žarulje sa žarnom niti nije se mijenjao više od 100 godina i sastoji se od postolja, kontaktnih vodiča i staklene žarulje koja štiti tanku spiralu niti od izlaganja okoliš. Princip rada žarulja sa žarnom niti temelji se na optičkom zračenju dobivenom iz vodiča zagrijanog na visoku temperaturu u inertnom okruženju.

Priča

Prvi električni izvor Sveta - električni luk osvijetlio je 1802. ruski znanstvenik V.V. Petrov. Kao izvor struje koristio je golem baterija od 2100 bakreno-cink elemenata, nazvanih po jednom od tvoraca električne energije Volti, "voltaik". Petrov je koristio par karbonskih šipki spojenih na različite polove galvanske baterije. Kad su se krajevi štapova približili na blisku udaljenost, kroz zračni je raspor probio električni pražnjenje, dok su krajevi šipki postali bijeli užareni, a između njih se pojavio vatreni luk. Bilo je teško koristiti takvu svjetiljku - karbonske šipke su brzo i neravnomjerno gorjele, a luk je davao previše vruće i jako svjetlo.

Alexander Nikolaevich Lodygin je 1872. godine podnio prijavu, a zatim je dobio patent (br. 1619, od 11. srpnja 1874.) za uređaj - žarulju sa žarnom niti i metodu jeftine električne rasvjete. Ovaj izum patentirao je prvo u Rusiji, a potom i u Austriji, Velikoj Britaniji, Francuskoj, Belgiji. U Lodygin svjetiljci tijelo za grijanje bilo je tanka šipka retortnog ugljena smještena ispod staklenog poklopca. Godine 1875. Lodyginove žarulje osvijetlile su Florentovu trgovinu u ulici Bolshaya Morskaya u Sankt Peterburgu, kojoj je pripala čast postati prva trgovina na svijetu s električnom rasvjetom. Prva u Rusiji instalacija vanjske električne rasvjete s lučnim svjetiljkama puštena je u rad 10. svibnja 1880. na mostu Liteiny u Sankt Peterburgu. Lodyginove žarulje služile su oko dva mjeseca dok ugljen nije izgorio (u Lodyginovoj novoj svjetiljci bila su četiri takva ugljena - kada je jedan ugljen izgorio, njegovo je mjesto zauzeo drugi).

Ruski znanstvenik Pavel Nikolajevič Yablochkov poredao je ugljene šipke paralelno, odvajajući ih slojem gline, koja je postupno isparavala. Jabločkovove "svijeće" gorjele su prekrasnom ružičastom i ljubičasta. Godine 1877. osvijetlili su jednu od glavnih ulica u Parizu. I električna rasvjeta počela se zvati "la lumiere russe" - "rusko svjetlo".

Ipak, izumitelj moderne električne žarulje zove se Thomas Edison. 1. siječnja 1880. u Menlo Parku (SAD) održana je demonstracija električne rasvjete za kuće i ulice, koju je predložio Thomas Edison, kojoj je prisustvovalo tri tisuće ljudi. Edison je napravio najvažnija poboljšanja u dizajnu Lodyginove žarulje sa žarnom niti: postigao je značajno uklanjanje zraka iz svjetiljke, zbog čega je žarna nit sjajila bez izgaranja.

Edison je dizajnirao dobro poznatu navojnu bazu modernih svjetiljki koja je nazvana po njemu. Danas je od punog imena preživjelo samo prvo slovo "E" u njegovoj oznaci. Osim toga, Edison je predložio sustav za proizvodnju i distribuciju električne energije za rasvjetu.

Poboljšanje žarulje sa žarnom niti nastavlja se do danas. Umjesto ugljena, filamenti su se počeli izrađivati ​​od metala otpornih na toplinu - prvo od osmija i tantala, a zatim od volframa. Kako bi smanjili isparavanje i povećali čvrstoću, od 1910-ih, naučili su uvijati metalnu nit u pojedinačne spirale koje se ponavljaju. Kako bi spriječili taloženje metalnih para na staklu, tikvice su ga počele puniti dušikom ili inertnim plinovima.

Sve je to omogućilo povećanje svjetlosne učinkovitosti žarulja sa žarnom niti s izvornih 4-6 na 10-15 lm/W, a vijek trajanja s 50-100 na sada već poznatu vrijednost od 1000 sati. toplinski princip dobivanje svjetlosti našlo je primjenu u halogenim žaruljama sa žarnom niti.

Bilješka. Zašto vrući metal svijetli? Prema kvantnoj teoriji, ako se elektronu na bilo koji način prenese dovoljna energija, on će ići u višu energetska razina, a će se vratiti u prvobitno osnovno stanje za 10-13 s, emitirajući foton. Ova činjenica određuje ne samo sjaj vrućeg metala, već i "hladnu" fluorescenciju krijesnica, u kojoj se elektroni pobuđuju zbog energije cijepanja ATP-a, kao i sjaj fosfora koji je bio na suncu, emitirajući zeleno svjetlo Po mraku.

Tehničke informacije

Svjetlosna učinkovitost žarulja sa žarnom niti je relativno niska. Najniža je među modernim električnim svjetiljkama i nalazi se u rasponu od 4 do 15 lm / W. Visoka svjetlina niti, u kombinaciji s njegovom minijaturnom veličinom, omogućuje korištenje žarulja sa žarnom niti u optičkim sustavima i reflektorima. Žarulje sa žarnom niti imaju širok raspon nazivnih napona i snaga. Ova vrsta svjetiljke može raditi u širokom rasponu temperatura okoline, što je ograničeno samo otpornošću na toplinu materijala koji se koriste u njegovoj proizvodnji (-100...+300°C). Svjetlosni tok žarulja sa žarnom niti regulira se promjenom radnog napona, što se može postići dimmerom (dimerom) bilo kojeg dizajna.

Nedostatak je visoka radna temperatura i količina topline koja se stvara tijekom rada. Žarulje sa žarnom niti su osjetljive na prodor vode, jer će dio staklene žarulje puknuti zbog naglog hlađenja dijela staklene žarulje, a zbog visoke radne temperature potencijalno su opasne od požara.

Danas u svijetu postoji stalni trend smanjenja udjela žarulja sa žarnom niti u ukupnom volumenu rasvjetnih tijela. U profesionalnom sektoru tržišta rasvjete u razvijenim zemljama taj udio već danas ne prelazi 10%, ističući ga ekonomičniji halogena i LED rasvjetna oprema.

Ova tema je prilično opsežna, stoga želim odmah napomenuti da ćemo u ovom članku razmotriti pitanje opasnosti od požara svjetiljki koje se koriste isključivo u svakodnevnom životu.

Opasnost od požara utičnica električnih svjetiljki

Tijekom rada, držači žarulja proizvoda mogu uzrokovati požar zbog kratkog spoja unutar držača žarulje, od struja preopterećenja, od velikih kontaktni otpor u kontaktnim dijelovima.

Od kratkih spojeva može biti moguć kratki spoj između faze i nule u utičnicama svjetiljki. U ovom slučaju uzrok požara je popratni kratki spoj, kao i pregrijavanje kontaktnih dijelova zbog toplinskog djelovanja struja kratkog spoja.

Prekostrujni ulošci su mogući kada se spajaju žarulje snage koje premašuju nazivnu za ovaj uložak. Obično su požari tijekom preopterećenja također povezani s povećanim padom napona u kontaktima.

Rast pada napona u kontaktima raste s povećanjem kontaktnog otpora kontakata i struje opterećenja. Što je veći pad napona u kontaktima, to je veće njihovo zagrijavanje i veća je vjerojatnost zapaljenja plastike ili žica spojenih na kontakte.

U nekim slučajevima također je moguće zapaliti izolaciju dovodnih žica i kabela, kao rezultat trošenja vodljivih žica i starenja izolacije.

Sve ovdje opisano vrijedi i za ostale proizvode za elektroinstalaciju (utičnice, prekidači). Posebno su požarno opasni proizvodi električnih instalacija koji imaju nekvalitetnu montažu ili određene nedostatke u dizajnu, na primjer, nedostatak mehanizama za trenutni kontakt za jeftine sklopke itd.

No, vratimo se pitanju opasnosti od požara izvora svjetlosti.

Glavni uzrok požara od bilo koje električne svjetiljke je paljenje materijala i konstrukcija od toplinskih učinaka svjetiljki u uvjetima ograničenog odvođenja topline. To se može dogoditi zbog ugradnje svjetiljke izravno na zapaljive materijale i konstrukcije, prekrivanja svjetiljki zapaljivim materijalima, kao i zbog nedostataka u dizajnu svjetiljki ili pogrešnog položaja svjetiljke - bez odvođenja topline, predviđenog zahtjevima u skladu s tehnička dokumentacija na svjetiljci.

Opasnost od požara žarulja sa žarnom niti

U žaruljama sa žarnom niti električna energija se pretvara u svjetlosnu i toplinsku energiju, a toplinska energija čini veliki udio ukupne energije, pa se žarulje žarulja sa žarnom niti zagrijavaju vrlo pristojno i imaju značajne toplinske učinke na predmete i materijale koji okružuju svjetiljka.

Zagrijavanje tijekom gorenja svjetiljke je neravnomjerno raspoređeno po njegovoj površini. Dakle, za svjetiljku punjenu plinom snage 200 W, temperatura stijenke tikvice duž njene visine s okomitim ovjesom tijekom mjerenja bila je: na postolju - 82 ° C, na sredini visine tikvica - 165 °C, u donjem dijelu tikvice - 85 °C.

Prisutnost zračnog raspora između svjetiljke i bilo kojeg predmeta značajno smanjuje njegovo zagrijavanje. Ako je temperatura žarulje na njenom kraju jednaka 80 ° C za žarulju sa žarnom niti snage 100 W, tada je temperatura na udaljenosti od 2 cm od kraja žarulje već bila 35 ° C, na udaljenosti od 10 cm - 22 °C, a na udaljenosti od 20 cm - 20 °C OD.

Ako žarulja žarulje sa žarnom niti dođe u dodir s tijelima niske toplinske vodljivosti (tkanina, papir, drvo itd.), moguće je ozbiljno pregrijavanje u zoni kontakta kao posljedica pogoršanja odvođenja topline. Tako, na primjer, imam žarulju sa žarnom niti od 100 W omotanu u pamučnu tkaninu, nakon 1 minute nakon uključivanja u vodoravnom položaju, zagrijala se do 79 ° C, nakon dvije minute - do 103 ° C, a nakon 5 minuta - do 340 ° C, nakon čega je počelo tinjati (a to može izazvati požar).

Mjerenja temperature vršena su termoelementom.

Navest ću još nekoliko brojki dobivenih kao rezultat mjerenja. Možda će ih netko smatrati korisnima.

Dakle, temperatura na žarulji žarulje sa žarnom niti od 40 W (jedna od najčešćih snaga žarulja u kućnim žaruljama) iznosi 113 stupnjeva 10 minuta nakon što se lampa uključi, nakon 30 minuta. - 147 o C.

Lampa od 75 W zagrijala se na 250 stupnjeva nakon 15 minuta. Istina, u budućnosti se temperatura na žarulji žarulje stabilizira i praktički se ne mijenja (nakon 30 minuta bila je otprilike istih 250 stupnjeva).

Žarulja sa žarnom niti od 25 W zagrijava se do 100 stupnjeva.

Najviše temperature zabilježene su na žarulji fotolampe od 275 W. U roku od 2 minute nakon uključivanja, temperatura je dosegnula 485 stupnjeva, a nakon 12 minuta - 550 stupnjeva.

Pri korištenju halogenih žarulja (prema principu rada bliski su srodnici žarulja sa žarnom niti), pitanje njihove opasnosti od požara je također, ako ne i još akutnije.

Posebno je važno uzeti u obzir sposobnost stvaranja topline velike veličine halogene žarulje, ako je potrebno, koristite ih na drvene površinešto se inače događa prilično često. U tom slučaju preporučljivo je koristiti niskonaponske halogene žarulje (12 V) male snage. Dakle, već s halogenom žaruljom od 20 W konstrukcije od bora počinju se sušiti, a materijali od iverice ispuštaju formaldehid. Žarulje snage veće od 20 W su još toplije, što je ispunjeno spontanim izgaranjem.

Posebnu pozornost treba posvetiti odabiru dizajna rasvjetnih tijela za halogene svjetiljke. Moderne visokokvalitetne svjetiljke same po sebi prilično dobro izoliraju materijale koji okružuju svjetiljku od topline. Glavna stvar je da je svjetiljka mogla slobodno gubiti ovu toplinu, a dizajn svjetiljke, općenito, nije bio termos za toplinu.

Ako se dotaknemo općeprihvaćenog mišljenja da halogene žarulje s posebnim reflektorima (na primjer, takozvane dikroične žarulje) praktički ne emitiraju toplinu, to je jasna zabluda. Dikroični reflektor djeluje poput ogledala za vidljivu svjetlost, ali blokira većinu infracrvenog (toplinskog) zračenja. Sva toplina se vraća nazad u lampu. Dakle, dikroične svjetiljke manje zagrijavaju osvijetljeni predmet (hladni snop svjetlosti), ali u isto vrijeme zagrijavaju samu svjetiljku mnogo više od konvencionalnih halogenih žarulja i žarulja sa žarnom niti.

požar fluorescentne svjetiljke

Što se tiče modernih fluorescentnih svjetiljki (npr. T5 i T2) i svih fluorescentnih svjetiljki s elektroničkim upravljačkim uređajem, još nemam podataka o njihovim velikim toplinskim učincima. Smatrati mogući razlozi pojava visokih temperatura na fluorescentnim svjetiljkama sa standardnim elektromagnetskim upravljačkim uređajem. Unatoč činjenici da su takve prigušnice već gotovo potpuno zabranjene u Europi, one su kod nas još uvijek vrlo, vrlo česte, a proći će dosta vremena prije nego što budu potpuno zamijenjene elektroničkim prigušnicama.

Sa gledišta fizički proces Fluorescentne svjetiljke pretvaraju više električne energije u vidljivu svjetlost od žarulja sa žarnom niti. Međutim, pod određenim uvjetima povezanim s kvarovima prigušnica fluorescentnih svjetiljki ("zalijepljenost" startera itd.), moguće je njihovo snažno zagrijavanje (u nekim slučajevima moguće je zagrijavanje svjetiljki do 190 - 200 stupnjeva, a - do 120).

Takve temperature na svjetiljkama rezultat su taljenja elektroda. Štoviše, ako se elektrode pomaknu bliže staklu svjetiljke, zagrijavanje može biti još značajnije (točka taljenja elektroda, ovisno o njihovom materijalu, je 1450 - 3300 ° C). Što se tiče moguće temperature na prigušnici (100 - 120 °C), ona je također opasna, jer je temperatura omekšavanja mase za punjenje prema standardima 105 °C.

izvjesni požar predstavljaju startere: sadrže lako zapaljive materijale (papirni kondenzator, kartonske brtve itd.).

Oni zahtijevaju da maksimalno pregrijavanje potpornih površina rasvjetnih tijela ne prelazi 50 stupnjeva.

Općenito, tema koja se danas dotiče vrlo je zanimljiva i prilično opsežna, pa ćemo joj se svakako vratiti u budućnosti.

Moderno tržište rasvjete danas je predstavljeno ne samo raznim svjetiljkama, već i izvorima svjetlosti. Jedna od najstarijih žarulja našeg vremena su žarulje sa žarnom niti (LN).

Čak i uzimajući u obzir činjenicu da danas postoje napredniji izvori svjetlosti, žarulje sa žarnom niti još uvijek se široko koriste za osvjetljavanje raznih vrsta prostora. Ovdje ćemo razmotriti tako važan parametar ovih svjetiljki kao što je temperatura grijanja tijekom rada, kao i temperatura boje.

Značajke izvora svjetlosti

Žarulje sa žarnom niti su prvi izvor električne svjetlosti koji je izumio čovjek. Ovaj proizvod može imati različita snaga(od 5 do 200 W). Ali najčešće korišteni modeli su 60 vata.

Bilješka! Najveći nedostatak žarulja sa žarnom niti je velika potrošnja energije. Zbog toga se svake godine smanjuje broj LN-ova koji se aktivno koriste kao izvor svjetlosti.

Prije nego što pređete na razmatranje parametara kao što su temperatura grijanja i temperatura boje, potrebno je razumjeti značajke dizajna takvih svjetiljki, kao i princip njegovog rada.
Žarulje sa žarnom niti tijekom svog rada pretvaraju električnu energiju koja prolazi kroz volframovu nit (spiralu) u svjetlost i toplinu.
Do danas, zračenje, na svoj način fizička karakteristika, podijeljen je u dvije vrste:

Uređaj žarulje sa žarnom niti

• toplinski;
• luminiscentna.

Toplinska, koja je karakteristična za žarulje sa žarnom niti, odnosi se na svjetlosno zračenje. Na toplinskom zračenju temelji se sjaj električne žarulje sa žarnom niti.
Žarulje sa žarnom niti sastoje se od:

• staklena tikvica;
• vatrostalna volframova nit (dio spirale). Važan element cijela svjetiljka, jer ako je nit oštećena, žarulja prestaje svijetliti;
• postolje.

Tijekom rada takvih svjetiljki povećava se t0 žarne niti zbog prolaska kroz nju električna energija u obliku struje. Kako bi se izbjeglo brzo izgaranje niti u spirali, iz tikvice se ispumpava zrak.
Bilješka! U naprednijim modelima žarulja sa žarnom niti, koje su halogene žarulje, umjesto vakuuma u žarulju se pumpa inertni plin.
Volframova nit je ugrađena u spiralu, koja je pričvršćena na elektrode. U spirali, nit je u sredini. Elektrode na koje se ugrađuje spirala, odnosno volframova nit, zalemljene su na različite elemente: jedna na metalni rukavac baze, a druga na metalnu kontaktnu ploču.
Kao rezultat ovakvog dizajna žarulje, struja koja prolazi kroz spiralu uzrokuje zagrijavanje (povećanje t0 unutar žarulje) žarulje jer svladava njezin otpor.

Princip rada žarulje

Radna žarulja sa žarnom niti

Zagrijavanje LN-a tijekom rada događa se zbog značajki dizajna izvora svjetlosti. Zbog jakog zagrijavanja tijekom rada vrijeme rada svjetiljki značajno je smanjeno, što ih danas čini manje isplativim. U tom slučaju zbog zagrijavanja žarne niti dolazi do povećanja t0 same žarulje.

Princip rada LN-a temelji se na pretvorbi električne energije koja prolazi kroz niti spirale u svjetlosno zračenje. U tom slučaju temperatura zagrijane niti može doseći 2600-3000 °C.

Bilješka! Talište za volfram, od kojeg se izrađuju spiralne niti, je 3200-3400 °C. Kao što vidite, normalno temperatura zagrijavanja niti ne može dovesti do početka procesa taljenja.

Spektar svjetiljki s takvom strukturom značajno se razlikuje od spektra dnevne svjetlosti. Za takvu svjetiljku, spektar emitirane svjetlosti bit će karakteriziran prevladavanjem crvenih i žutih zraka.
Valja napomenuti da tikvice od više moderni modeli LN (halogen) se ne evakuiraju, a također ne sadrže spiralni navoj u svom sastavu. Umjesto toga, inertni plinovi (argon, dušik, kripton, ksenon i argon) se pumpaju u tikvicu. Takva strukturna poboljšanja dovela su do činjenice da se temperatura zagrijavanja tikvice tijekom rada donekle smanjila.

Prednosti i nedostaci izvora svjetlosti

Unatoč činjenici da je danas tržište izvora svjetlosti prepuno široke palete modela, žarulje sa žarnom niti su još uvijek prilično česte na njemu. Ovdje možete pronaći proizvode za različite količine wata (od 5 do 200 vata i više). Najpopularnije žarulje su od 20 do 60 vata, kao i 100 vata.

Raspon izbora

LN i dalje se široko koriste jer imaju svoje prednosti:

• kada se uključi, paljenje svjetla događa se gotovo trenutno;
• male dimenzije;
• niska cijena;
• modeli, unutar čije tikvice postoji samo vakuum, ekološki su proizvodi.

Upravo su te prednosti dovele do činjenice da su LN-ovi još uvijek prilično traženi moderni svijet. U kućama i na poslu danas možete lako upoznati predstavnike ovog rasvjetnog proizvoda od 60 W i više.
Bilješka! Veliki postotak korištenja LN odnosi se na industriju. Ovdje se često koriste snažni modeli (200 W).
Ali žarulje sa žarnom niti imaju prilično impresivan popis nedostataka, koji uključuju:

• prisutnost zasljepljujuće svjetline svjetlosti koja izlazi iz svjetiljki tijekom rada. Kao rezultat toga, potrebna je uporaba posebnih zaštitnih zaslona;
• tijekom rada, žarna nit se zagrijava, kao i sama tikvica. Zbog jakog zagrijavanja tikvice, kada čak i mala količina vode udari na njenu površinu, moguća je eksplozija. Štoviše, žarulja se grije za sve žarulje (najmanje 60 W, barem niže ili više);

Bilješka! Povećanje zagrijavanja tikvice još uvijek nosi određeni stupanj opasnosti od ozljeda. Povišena temperatura staklene žarulje, kada se dodirne nezaštićenom kožom, može uzrokovati opekline. Stoga se takve svjetiljke ne smiju stavljati u one svjetiljke do kojih dijete može lako doći. Osim toga, oštećenje staklene žarulje može uzrokovati posjekotine ili druge ozljede.

Užarenost volframove niti

• visoka potrošnja električne energije;
• u slučaju kvara ne mogu se popraviti;
• nizak vijek trajanja. Žarulje sa žarnom niti brzo propadaju zbog činjenice da se u trenutku uključivanja ili isključivanja svjetla spiralna nit može oštetiti zbog čestog zagrijavanja.

Kao što vidite, korištenje LN-a nosi mnogo više kontra nego plusevi. Najvažniji nedostaci šapa sa žarnom niti su zagrijavanje zbog povećanja temperature unutar žarulje, kao i velika potrošnja energije. A to se odnosi na sve opcije za svjetiljke snage od 5 do 60 W i više.

Važni parametri evaluacije

Jedan od najvažnijih parametara rada LN je faktor svjetla. Ovaj parametar ima oblik omjera snage zračenja vidljivog spektra i snage potrošene električne energije. Za ovaj proizvod, ovo je prilično mala vrijednost, koja ne prelazi 4%. Odnosno, LN karakterizira slab izlaz svjetla.
Ostali važni parametri izvedbe uključuju:

• svjetlosni tok;
• boja t0 ili boja sjaja;
• vlast;
• doživotno.

Razmotrite prva dva parametra, budući da smo se u prethodnom odlomku pozabavili vijekom trajanja.

Svjetlosni tok

Svjetlosni tok je fizička veličina, koji određuje količinu svjetlosne snage u određenom svjetlosnom emisijskom toku. Osim toga, postoji još jedan važan aspekt poput izlazne svjetlosti. Određuje za žarulju omjer emitirane žarulje svjetlosni tok na snagu koju troši. Izlaz svjetlosti se mjeri u lm/W.

Bilješka! Svjetlosna učinkovitost je pokazatelj ekonomičnosti i učinkovitosti izvora svjetlosti.

Tablica svjetlosnog toka i svjetlosne učinkovitosti žarulja sa žarnom niti

Kao što možete vidjeti, za naš izvor svjetlosti gore navedene vrijednosti su na niskoj razini, što ukazuje na njihovu nisku učinkovitost.

Boja žarulje

Temperatura boje (t0) također je važan pokazatelj.
Boja t0 je karakteristika tijeka intenziteta emitiranja svjetlosti žarulje i funkcija je valne duljine definirane za optički raspon. Ovaj parametar se mjeri u kelvinima (K).

Temperatura boje za žarulje sa žarnom niti

Treba napomenuti da je temperatura boje za LN približno na razini od 2700 K (za izvore svjetlosti snage od 5 do 60 W i više). Boja t0 LN je u području crvene i toplinske nijanse vidljivog spektra.
Boja t0 u potpunosti odgovara stupnju zagrijavanja volframove niti, što ne dopušta da LN brzo propadne.

Bilješka! Za druge izvore svjetlosti (na primjer, LED žarulje), temperatura boje ne pokazuje koliko su topli. Uz LN parametar grijanja od 2700 K, LED će se zagrijati za samo 80ºS.

Dakle, što je veća snaga LN-a (od 5 do 60 W i više), to će više doći do zagrijavanja volframove niti i same žarulje. Prema tome, veća će biti boja t0. Ispod je tablica koja uspoređuje učinkovitost i potrošnju energije različiti tipovižarulje. Kao kontrolna skupina s kojom se radi usporedba ovdje su uzeti LN snage od 20 do 60 i do 200 W.

Tablica za usporedbu snage različiti izvori Sveta

Kao što vidite, žarulje sa žarnom niti u ovom parametru znatno su inferiornije u pogledu potrošnje energije u odnosu na druge izvore svjetlosti.

Tehnologija osvjetljenja i boja sjaja

U rasvjeti, najvažniji parametar za izvor svjetlosti je njegova boja t0. Zahvaljujući njemu možete odrediti ton boje i boju izvora svjetlosti.

Mogućnosti temperature boje

Boja t0 žarulja određena je tonom boje i može biti tri vrste:

• hladno (od 5000 do 120000K);
• neutralna (od 4000 do 50000K);
• toplo (od 1850 do 20000K). Daje se stearinskom svijećom.

Bilješka! Uzimajući u obzir temperaturu boje LN-a, treba imati na umu da se ona ne podudara sa stvarnom toplinskom temperaturom proizvoda, koja se osjeća kada ga dodirnete rukom.

Za LN, temperatura boje se kreće od 2200 do 30000K. Stoga mogu imati zračenje blizu ultraljubičastog.

Zaključak

Za bilo koju vrstu izvora svjetlosti, temperatura boje je važan parametar procjene. Istodobno, za LN služi kao odraz stupnja zagrijavanja proizvoda tijekom njegovog rada. Takve žarulje karakterizira povećanje temperature grijanja tijekom rada, što je jasan nedostatak, koji suvremeni izvori svjetla kao što su LED žarulje. Stoga danas mnogi daju prednost luminiscentnim i LED žarulje, a žarulje sa žarnom niti postupno postaju prošlost.

Trenutno, žarulja sa žarnom niti od 100 W ima sljedeći dizajn:

1. Zapečaćena staklena tikvica u obliku kruške. Zrak je djelomično ispumpan iz njega ili zamijenjen inertnim plinom. To je učinjeno tako da volframova nit ne izgori.
2. Unutar tikvice nalazi se nožica na koju su pričvršćene dvije elektrode i nekoliko držača izrađenih od metala (molibdena) koji podupiru volframovu nit, sprječavajući njeno opuštanje i lomljenje pod vlastitom težinom tijekom zagrijavanja.
3. Uski dio tikvice u obliku kruške je pričvršćen metalno kućište baza koja ima spiralni navoj za uvrtanje u utičnicu. Dio s navojem je jedan kontakt, na njega je zalemljena jedna elektroda.
4. Druga elektroda je zalemljena na kontakt na dnu baze. Oko sebe ima prstenastu izolaciju od tijela s navojem.

Ovisno o specifičnim uvjetima rada, neki strukturni elementi mogu biti odsutni (na primjer, postolje ili držači), biti izmijenjeni (na primjer, postolje), dopunjeni drugim detaljima (dodatna tikvica). Ali dijelovi kao što su žarna nit, žarulja i elektrode su glavni dijelovi.

Princip rada električne žarulje sa žarnom niti

Sjaj električne žarulje sa žarnom niti nastaje zbog zagrijavanja volframove niti kroz koju prolazi električna struja. Izbor u korist volframa u proizvodnji svjetlećeg tijela napravljen je iz razloga što je od mnogih vatrostalnih vodljivih materijala najjeftiniji. Ali ponekad je nit električnih svjetiljki izrađena od drugih metala: osmija i renija.
Snaga svjetiljke ovisi o veličini žarne niti koja se koristi. To jest, ovisi o duljini i debljini žice. Dakle, žarulja sa žarnom niti od 100 W ima dužu nit od žarulje sa žarnom niti od 60 W.

Neke značajke i namjena strukturnih elemenata volframove svjetiljke

Svaki dio električne svjetiljke ima svoju svrhu i obavlja svoje funkcije:

1. Tikvica. Izrađen je od stakla, prilično jeftinog materijala koji zadovoljava osnovne zahtjeve:
   – visoka prozirnost omogućuje da svjetlosna energija prolazi i apsorbira je na minimum, izbjegavajući dodatno zagrijavanje (ovaj faktor je od iznimne važnosti za rasvjetna tijela);
   - otpornost na toplinu omogućuje izdržati visoke temperature zbog zagrijavanja iz vruće niti (na primjer, u žarulji od 100 W žarulja se zagrijava do 290 ° C, 60 W - 200 ° C; 200 W - 330 ° C; 25 W - 100 ° C, 40 W - 145 ° C);
   - tvrdoća vam omogućuje da izdržite vanjski pritisak kada se ispumpava zrak, a ne da se srušite prilikom uvrtanja.
2. Punjenje tikvice. Visoko razrijeđen medij omogućuje minimiziranje prijenosa topline s vruće niti na dijelove svjetiljke, ali pojačava isparavanje čestica vrućeg tijela. Punjenje inertnim plinom (argon, ksenon, dušik, kripton) eliminira snažno isparavanje volframa iz zavojnice, sprječava paljenje niti i minimizira prijenos topline. Korištenje halogena omogućuje da ispareni volfram teče natrag u spiralnu nit.
3. Spirala. Izrađen je od volframa, koji može izdržati 3400 ° C, renija - 3400 ° C, osmija - 3000 ° C. Ponekad se umjesto spiralne niti u svjetiljci koristi vrpca ili tijelo drugačijeg oblika. Korištena žica ima okrugli presjek, kako bi se smanjila veličina i gubitak energije za prijenos topline, uvijena je u dvostruku ili trostruku spiralu.
4. Držači kuka izrađeni su od molibdena. Ne dopuštaju puno progiba spirale koja se povećala od zagrijavanja tijekom rada. Njihov broj ovisi o duljini žice, odnosno o snazi ​​svjetiljke. Na primjer, svjetiljka od 100 W imat će 2 - 3 držača. Manje žarulje sa žarnom niti možda nemaju držače.
5. postolje izrađen od metala s vanjskim navojem. Obavlja nekoliko funkcija:
   - spaja više dijelova (tikvica, elektrode i središnji kontakt);
   - služi za pričvršćivanje u patronu utičnice pomoću navoja;
   - je jedan kontakt.

Postoji nekoliko vrsta i oblika postolja, ovisno o namjeni. rasvjetni uređaj. Postoje dizajni koji nemaju bazu, ali s istim principom rada žarulje sa žarnom niti. Najčešći tipovi baza su E27, E14 i E40.

Ovdje su neke vrste postolja za koje se koriste različite vrste lampe:

Osim raznih vrsta postolja, postoje različite vrste tikvicu

Osim navedenih strukturnih detalja, žarulje sa žarnom niti mogu imati neke dodatni elementi: bimetalni prekidači, reflektori, podnožja bez navoja, razni premazi itd.

Povijest stvaranja i poboljšanja dizajna žarulje sa žarnom niti

Tijekom više od 100 godina postojanja žarulje sa žarnom niti s volframovom niti, princip rada i glavni elementi dizajna gotovo se nisu promijenili.
Sve je počelo 1840. godine kada je stvorena svjetiljka koja za rasvjetu koristi princip žarenja platinaste spirale.
1854. - prva praktična svjetiljka. Korištena je posuda s evakuiranim zrakom i pougljenim bambusovim koncem.
1874. - ugljična šipka postavljena u vakuumsku posudu koristi se kao grijaće tijelo.
1875 - svjetiljka s nekoliko šipki koje svijetle jedna za drugom u slučaju izgaranja prethodne.
1876. - upotreba kaolinskog filamenta, koji nije zahtijevao evakuaciju zraka iz posude.
1878. - upotreba ugljičnih vlakana u atmosferi razrijeđenog kisika. To je omogućilo dobivanje jakog osvjetljenja.
1880. - Stvorena je lampa od ugljičnih vlakana s vremenom sjaja do 40 sati.
1890. - upotreba spiralnih niti od vatrostalnih metala (magnezijev oksid, torij, cirkonij, itrij, metalni osmij, tantal) i punjenje tikvica dušikom.
1904. - puštanje svjetiljki s volframom niti.
1909. - punjenje tikvica argonom.
Od tada je prošlo više od 100 godina. Princip rada, materijali dijelova, punjenje tikvice ostali su praktički nepromijenjeni. Samo je kvaliteta materijala korištenih u proizvodnji svjetiljki doživjela evoluciju, tehnički podaci i male dodatke.

Prednosti i nedostaci žarulja sa žarnom niti u odnosu na druge umjetne izvore svjetlosti

Stvoren za rasvjetu. Mnogi od njih su izumljeni u posljednjih 20-30 godina korištenjem visoka tehnologija, ali obična žarulja sa žarnom niti još uvijek ima niz prednosti ili skup karakteristika koje su optimalnije u praktičnoj upotrebi:

1. Jeftina u proizvodnji.
2. Neosjetljiv na pad napona.
3. Brzo paljenje.
4. Bez treperenja. Ovaj čimbenik je vrlo relevantan pri korištenju naizmjenična struja frekvencija 50 Hz.
5. Mogućnost podešavanja svjetline izvora svjetlosti.
6. Konstantan spektar svjetlosnog zračenja, blizak prirodnom.
7. Oštrina sjena, kao na suncu. Što je također normalno za ljude.
8. Mogućnost rada u uvjetima visokih i niskih temperatura.
9. Mogućnost proizvodnje svjetiljki različite snage (od nekoliko W do nekoliko kW) i dizajniranih za različite napone (od nekoliko volti do nekoliko kV).
10. Jednostavno odlaganje zbog odsutnosti otrovnih tvari.
11. Mogućnost korištenja bilo koje vrste struje s bilo kojim polaritetom.
12. Rad bez dodatnih uređaja za pokretanje.
13. Tih rad.
14. Ne stvara radio smetnje.

Uz tako veliki popis pozitivnih čimbenika, žarulje sa žarnom niti imaju niz značajnih nedostataka:

1. Glavni negativni čimbenik je vrlo niska učinkovitost. Dostiže samo 15% za lampu od 100 W, za uređaj od 60 W ta brojka iznosi samo 5%. Jedan od načina povećanja učinkovitosti je povećanje temperature niti, ali to naglo smanjuje vijek trajanja volframove svitke.
2. Kratak vijek trajanja.
3. Visoka temperatura površine žarulje, koja može doseći 300°C za svjetiljku od 100 W. To predstavlja prijetnju životu i zdravlju živih bića, te predstavlja opasnost od požara.
4. Osjetljivost na udarce i vibracije.
5. Korištenje spojnica otpornih na toplinu i izolacija strujnih žica.
6. Velika potrošnja energije (5 do 10 puta nominalna) tijekom pokretanja.

Unatoč prisutnosti značajnih nedostataka, električna žarulja sa žarnom niti je nealternativni rasvjetni uređaj. Niska učinkovitost kompenzira niska cijena proizvodnje. Stoga će u sljedećih 10 - 20 godina biti vrlo tražen proizvod.

Ovaj metal se zove volfram. Otkrio ju je krajem 1781. švedski kemičar Scheele, a tijekom 19. stoljeća znanstvenici su ga aktivno istraživali. Danas čovječanstvo zna dovoljno za uspješno korištenje volframa i njegovih spojeva u raznim industrijama.

Volfram ima promjenjivu valenciju, što je povezano s posebnim rasporedom elektrona u atomskim orbitalama. Ovaj metal je obično srebrnobijele boje i ima karakterističan sjaj. Izgleda kao platina.

Volfram se može pripisati nepretencioznim metalima. Niti jedna lužina ga neće otopiti. Čak i jake kiseline, poput klorovodične kiseline, neće utjecati na njega. Iz tog razloga, elektrode koje se koriste u galvanizaciji i elektrolizi izrađene su od volframa.

Volframove i žarulje sa žarnom niti

Zašto je žarna nit u žaruljama sa žarnom niti izrađena od volframa? Sve je u tome što je jedinstven fizikalna svojstva. Ključnu ulogu ovdje ima točka taljenja, koja je oko 3500 stupnjeva Celzija. Ovo je za red veličine više od mnogih metala koji se obično koriste u industriji. Na primjer, aluminij se topi na 660 stupnjeva.

Struja, prolazeći kroz nit, zagrijava je do 3000 stupnjeva. ističe veliki broj toplinska energija, koja se beskorisno troši u okolnom prostoru. Od svih metala poznatih znanosti, samo je volfram u stanju izdržati tako visoku temperaturu i ne rastopiti se, za razliku od istog aluminija. Nepretencioznost volframa omogućuje da žarulje dugo služe u kućama. Međutim, nakon nekog vremena, žarna nit se lomi i žarulja ne radi. Zašto se ovo događa? Stvar je u tome što pod utjecajem vrlo visoke temperature tijekom prolaska struje (oko 3000 stupnjeva), volfram počinje isparavati. Tanka nit svjetiljke s vremenom postaje još tanja dok ne pukne.

Za taljenje uzorka volframa koristi se elektronska zraka ili taljenje argona. Koristeći ove metode, lako možete zagrijati metal do 6000 stupnjeva Celzija.

Dobivanje volframa

Prilično je teško dobiti visokokvalitetan uzorak ovog metala, ali danas se znanstvenici s tim zadatkom nose sjajno. Razvijeno je nekoliko jedinstvenih tehnologija koje omogućuju uzgoj monokristala volframa, ogromnih volframovih lonaca (težine do 6 kg). Potonji se naširoko koriste za dobivanje skupih legura.