Lampadina a incandescenza a spirale. Lampadina a incandescenza: un'intera era nell'illuminazione

Nonostante l'attiva offensiva delle lampadine a risparmio energetico, le lampade a incandescenza rimangono di gran lunga la fonte di luce più comune. Il design fondamentale di una lampada a incandescenza elettrica non è cambiato da più di 100 anni ed è costituito da una base, conduttori di contatto e un bulbo di vetro che protegge la sottile elica del filamento dall'esposizione ambiente. Il principio di funzionamento delle lampade a incandescenza si basa sulla radiazione ottica ottenuta da un conduttore riscaldato ad alta temperatura in un ambiente inerte.

Storia

Primo fonte elettrica Sveta - arco elettrico fu acceso nel 1802 dallo scienziato russo V.V. Petrov. Come fonte di corrente, ha usato un enorme batteria di 2100 elementi in rame-zinco, dal nome di uno dei creatori dell'energia elettrica Volta, "voltaico". Petrov ha utilizzato una coppia di barre di carbonio collegate a diversi poli di una batteria galvanica. Quando le estremità delle aste si avvicinarono a una distanza ravvicinata, una scarica elettrica ruppe il traferro, mentre le estremità delle aste divennero incandescenti e tra di loro apparve un arco di fuoco. Era difficile usare una lampada del genere: le barre di carbonio bruciavano rapidamente e in modo non uniforme e l'arco emetteva una luce troppo calda e brillante.

Alexander Nikolaevich Lodygin nel 1872 presentò una domanda e poi ricevette un brevetto (n. 1619, datato 11 luglio 1874) per un dispositivo: una lampada a incandescenza e un metodo di illuminazione elettrica a basso costo. Brevettò questa invenzione prima in Russia, e poi anche in Austria, Gran Bretagna, Francia, Belgio. Nella lampada Lodygin, il corpo riscaldante era una sottile bacchetta di carbone di storta posta sotto un tappo di vetro. Nel 1875, le lampadine di Lodygin illuminarono il negozio di Floran in Bolshaya Morskaya Street a San Pietroburgo, che fu onorato di diventare il primo negozio al mondo con illuminazione elettrica. La prima installazione in Russia di illuminazione elettrica per esterni con lampade ad arco fu messa in funzione il 10 maggio 1880 sul ponte Liteiny a San Pietroburgo. I bulbi di Lodygin sono serviti per circa due mesi fino a quando i carboni si sono esauriti (c'erano quattro di questi carboni nella nuova lampada di Lodygin - quando un carbone si è esaurito, un altro ha preso il suo posto).

Lo scienziato russo Pavel Nikolaevich Yablochkov ha disposto le barre di carbone in parallelo, separandole con uno strato di argilla, che gradualmente è evaporata. Le "candele" di Yablochkov bruciavano di un bel rosa e viola. Nel 1877 illuminarono una delle strade principali di Parigi. E l'illuminazione elettrica iniziò a essere chiamata "la lumiere russe" - "luce russa".

Tuttavia, l'inventore della moderna lampadina elettrica si chiama Thomas Edison. Il 1 gennaio 1880, a Menlo Park (USA), si tenne una dimostrazione di illuminazione elettrica per case e strade, proposta da Thomas Edison, alla quale parteciparono tremila persone. Edison apportò i miglioramenti più importanti nel design della lampada a incandescenza di Lodygin: ottenne una significativa rimozione d'aria dalla lampada, grazie alla quale il filamento incandescente brillava senza bruciarsi.

Edison ha progettato la famosa base filettata delle lampade moderne, che porta il suo nome. Oggi, dal nome completo è sopravvissuta solo la prima lettera "E" nella sua designazione. Edison ha inoltre proposto un sistema per la produzione e distribuzione di energia elettrica per l'illuminazione.

Il miglioramento della lampada a incandescenza continua ancora oggi. Invece del carbone, i filamenti iniziarono a essere realizzati con metalli resistenti al calore, prima da osmio e tantalio, quindi da tungsteno. Per ridurre l'evaporazione e aumentare la forza, dagli anni '10 hanno imparato a torcere un filo di metallo in spirali singole e ripetute ripetutamente. Per evitare che i vapori metallici si depositassero sul vetro, i flaconi iniziarono a riempirlo con azoto o gas inerti.

Tutto ciò ha permesso di aumentare l'efficienza luminosa delle lampade a incandescenza dall'originale 4-6 a 10-15 lm / W e la durata da 50-100 al valore ormai familiare di 1000 ore. principio termico ottenere la luce ha trovato applicazione nelle lampade alogene a incandescenza.

Nota. Perché il metallo caldo si illumina? Secondo la teoria quantistica, se a un elettrone viene impartita energia sufficiente in qualsiasi modo, allora andrà a un livello superiore livello di energia, a tornerà al suo stato fondamentale originale in 10–13 s, emettendo un fotone. Questo fatto determina non solo il bagliore di un metallo caldo, ma anche la fluorescenza "fredda" delle lucciole, in cui gli elettroni sono eccitati a causa dell'energia di scissione dell'ATP, così come il bagliore dei fosfori che sono stati nel sole, emettendo luce verde Nell'oscurità.

Informazioni tecniche

L'efficienza luminosa delle lampade a incandescenza è relativamente bassa. È la più bassa tra le moderne lampade elettriche e si trova nella gamma da 4 a 15 lm / W. L'elevata luminosità del filamento, unita alle sue dimensioni miniaturizzate, consente l'utilizzo di lampade ad incandescenza in sistemi ottici e faretti. Le lampade a incandescenza hanno un'ampia gamma di tensioni e potenze nominali. Questo tipo di lampada può funzionare in un'ampia gamma di temperature ambiente, limitata solo dalla resistenza al calore dei materiali utilizzati nella sua fabbricazione (-100...+300°C). Il flusso luminoso delle lampade a incandescenza è regolato modificando la tensione di esercizio, ottenibile con un dimmer (dimmer) di qualsiasi design.

Lo svantaggio è l'elevata temperatura di esercizio e la quantità di calore generata durante il funzionamento. Le lampade a incandescenza sono sensibili all'ingresso di acqua, poiché una parte del bulbo di vetro si rompe a causa dell'improvviso raffreddamento di una parte del bulbo di vetro e sono potenzialmente pericolose per l'incendio a causa dell'elevata temperatura di esercizio.

Oggi nel mondo si registra una costante tendenza al ribasso della quota di lampade a incandescenza sul volume totale degli apparecchi di illuminazione. Nel settore professionale del mercato dell'illuminazione nei paesi sviluppati, questa quota già oggi non supera il 10%, essendo sostituita da dispositivi di illuminazione alogeni e LED più economici.

Questo argomento è piuttosto ampio, quindi voglio subito notare che in questo articolo considereremo il problema del rischio di incendio delle lampade utilizzate esclusivamente nella vita di tutti i giorni.

Pericolo di incendio dei portalampada elettrici

Durante il funzionamento, i portalampada del prodotto possono provocare un incendio per cortocircuito all'interno del portalampada, per correnti di sovraccarico, per resistenza di contatto nelle parti di contatto.

Da cortocircuiti, può essere possibile un cortocircuito tra fase e zero nei portalampada. In questo caso, la causa dell'incendio è il cortocircuito associato, nonché il surriscaldamento delle parti di contatto a causa degli effetti termici delle correnti di cortocircuito.

Le cartucce di sovracorrente sono possibili quando si collegano lampadine con una potenza che supera il valore nominale per questa cartuccia. Solitamente, gli incendi durante i sovraccarichi sono anche associati a un aumento della caduta di tensione nei contatti.

La crescita della caduta di tensione nei contatti aumenta con l'aumento della resistenza di contatto dei contatti e della corrente di carico. Maggiore è la caduta di tensione nei contatti, maggiore è il loro riscaldamento e maggiore è la probabilità di accensione della plastica o dei fili collegati ai contatti.

In alcuni casi è anche possibile incendiare l'isolamento dei fili e dei cavi di alimentazione, a causa dell'usura dei nuclei conduttivi e dell'invecchiamento dell'isolamento.

Tutto quanto qui descritto vale anche per altri prodotti di installazione elettrica (prese, interruttori). Particolarmente pericolosi sono i prodotti per installazioni elettriche che presentano un assemblaggio di scarsa qualità o alcuni difetti di progettazione, ad esempio la mancanza di meccanismi di rilascio istantaneo dei contatti per interruttori economici, ecc.

Ma torniamo alla questione del rischio di incendio delle sorgenti luminose.

La principale causa di incendi di qualsiasi lampada elettrica è l'accensione di materiali e strutture dagli effetti termici delle lampade in condizioni di limitata rimozione del calore. Ciò può accadere a causa dell'installazione della lampada direttamente su materiali e strutture combustibili, coprendo le lampade con materiali combustibili, nonché a causa di difetti di progettazione negli apparecchi o posizione errata dell'apparecchio - senza rimozione del calore, previsto dai requisiti secondo documentazione tecnica sulla lampada.

Pericolo di incendio delle lampade a incandescenza

Nelle lampade a incandescenza, l'energia elettrica viene convertita in luce e energia termica, e l'energia termica costituisce una grande parte dell'energia totale, quindi le lampadine delle lampade a incandescenza si riscaldano in modo molto decente e hanno effetti termici significativi sugli oggetti e sui materiali che circondano le lampade lampada.

Il riscaldamento durante la combustione della lampada è distribuito in modo non uniforme sulla sua superficie. Quindi, per una lampada a gas con una potenza di 200 W, la temperatura della parete del pallone lungo la sua altezza con una sospensione verticale durante le misurazioni era: sulla base - 82 ° C, a metà dell'altezza del pallone - 165 ° C, nella parte inferiore del pallone - 85 ° C.

La presenza di un'intercapedine d'aria tra la lampada e qualsiasi oggetto ne riduce notevolmente il riscaldamento. Se la temperatura del bulbo alla sua estremità è pari a 80 ° C per una lampada a incandescenza con una potenza di 100 W, la temperatura a una distanza di 2 cm dall'estremità del bulbo era già di 35 ° C, a distanza di 10 cm - 22 ° C, e ad una distanza di 20 cm - 20 ° C CON.

Se il bulbo di una lampada a incandescenza viene a contatto con corpi a bassa conducibilità termica (tessuto, carta, legno, ecc.), è possibile un forte surriscaldamento nella zona di contatto a causa di un deterioramento della dissipazione del calore. Quindi, ad esempio, ho una lampadina a incandescenza da 100 watt avvolta in un panno di cotone, dopo 1 minuto dall'accensione in posizione orizzontale, si è riscaldata fino a 79 ° C, dopo due minuti - fino a 103 ° C e dopo 5 minuti - fino a 340 ° C, dopo di che ha iniziato a covare sotto la cenere (e questo potrebbe causare un incendio).

Le misurazioni della temperatura sono state effettuate utilizzando una termocoppia.

Darò alcune altre cifre ottenute a seguito di misurazioni. Forse qualcuno li troverà utili.

Quindi la temperatura sulla lampadina di una lampada a incandescenza da 40 W (una delle potenze più comuni nelle lampade da casa) è di 113 gradi 10 minuti dopo l'accensione della lampada, dopo 30 minuti. - 147 circa C.

Una lampada da 75 W riscaldata fino a 250 gradi dopo 15 minuti. È vero, in futuro la temperatura sul bulbo della lampada si stabilizza e praticamente non cambia (dopo 30 minuti era all'incirca gli stessi 250 gradi).

Una lampadina a incandescenza da 25 W si riscalda fino a 100 gradi.

Le temperature più severe sono state registrate sul bulbo di una lampada fotografica da 275 W. Entro 2 minuti dall'accensione, la temperatura ha raggiunto 485 gradi e dopo 12 minuti - 550 gradi.

Quando si utilizzano lampade alogene (secondo il principio di funzionamento, sono parenti stretti delle lampade a incandescenza), anche il problema del loro rischio di incendio è, se non più acuto.

È particolarmente importante tenere conto della capacità di generare calore all'interno grandi formati lampade alogene, se necessario, utilizzarle superfici in legno cosa che tra l'altro accade abbastanza spesso. In questo caso si consiglia di utilizzare lampade alogene a bassa tensione (12 V) di bassa potenza. Quindi, già con una lampadina alogena da 20 W, le strutture in pino iniziano a seccarsi e i materiali di truciolare emettono formaldeide. Le lampadine con una potenza superiore a 20 W sono ancora più calde, il che è irto di combustione spontanea.

Particolare attenzione dovrebbe essere prestata nella scelta del design degli apparecchi per lampade alogene. Le moderne lampade di alta qualità isolano abbastanza bene dal calore i materiali che circondano la lampada. La cosa principale è che la lampada potrebbe perdere liberamente questo calore e il design della lampada, in generale, non era un thermos per il calore.

Se tocchiamo l'opinione generalmente accettata secondo cui le lampade alogene con riflettori speciali (ad esempio le cosiddette lampade dicroiche) praticamente non emettono calore, questa è una chiara illusione. Un riflettore dicroico agisce come uno specchio per la luce visibile, ma blocca la maggior parte della radiazione infrarossa (termica). Tutto il calore viene restituito alla lampada. Pertanto, le lampade dicroiche riscaldano meno l'oggetto illuminato (fascio di luce freddo), ma allo stesso tempo riscaldano la lampada stessa molto più delle tradizionali lampade alogene e delle lampade a incandescenza.

Pericolo d'incendio lampade fluorescenti

Per quanto riguarda le moderne lampade fluorescenti (ad esempio, T5 e T2) e tutte le lampade fluorescenti con alimentazione elettronica, non ho ancora informazioni sui loro grandi effetti termici. Tenere conto possibili ragioni la comparsa di alte temperature su lampade fluorescenti con alimentazione elettromagnetica standard. Nonostante il fatto che tali reattori siano quasi completamente vietati in Europa, sono ancora molto, molto comuni nel nostro paese e passerà molto tempo prima che vengano completamente sostituiti dai reattori elettronici.

Dal punto di vista processo fisico Le lampade fluorescenti convertono più elettricità in luce visibile rispetto alle lampade a incandescenza. Tuttavia, in determinate condizioni associate a malfunzionamenti dei reattori delle lampade fluorescenti ("attaccamento" del motorino di avviamento, ecc.), È possibile il loro forte riscaldamento (in alcuni casi, il riscaldamento delle lampade è possibile fino a 190 - 200 gradi e - fino a 120).

Tali temperature sulle lampade sono il risultato della fusione degli elettrodi. Inoltre, se gli elettrodi si avvicinano al vetro della lampada, il riscaldamento può essere ancora più significativo (il punto di fusione degli elettrodi, a seconda del loro materiale, è 1450 - 3300°C). Per quanto riguarda l'eventuale temperatura alla farfalla (100 - 120°C), è anche pericolosa, poiché la temperatura di rammollimento per la massa di riempimento secondo le norme è di 105°C.

certo Pericolo d'incendio rappresentano gli starter: contengono materiali facilmente combustibili (condensatori di carta, guarnizioni di cartone, ecc.).

Richiedono che il surriscaldamento massimo delle superfici di appoggio degli apparecchi di illuminazione non superi i 50 gradi.

In generale, l'argomento toccato oggi è molto interessante e abbastanza ampio, quindi in futuro ci torneremo sicuramente.

Il moderno mercato dell'illuminazione oggi è rappresentato non solo da una varietà di lampade, ma anche da sorgenti luminose. Una delle lampadine più antiche del nostro tempo sono le lampade a incandescenza (LN).

Anche tenendo conto del fatto che oggi esistono sorgenti luminose più avanzate, le lampade a incandescenza sono ancora ampiamente utilizzate dalle persone per illuminare vari tipi di locali. Qui considereremo un parametro così importante di queste lampade come la temperatura di riscaldamento durante il funzionamento e la temperatura del colore.

Caratteristiche della sorgente luminosa

Le lampade a incandescenza sono la prima fonte di luce elettrica inventata dall'uomo. Questo prodotto potrebbe avere potere diverso(da 5 a 200 W). Ma i modelli più comunemente usati sono 60 watt.

Nota! Il più grande svantaggio delle lampade a incandescenza è l'elevato consumo energetico. Per questo motivo, il numero di LN che vengono utilizzati attivamente come fonte di luce diminuisce ogni anno.

Prima di procedere alla considerazione di parametri come la temperatura di riscaldamento e la temperatura di colore, è necessario comprendere le caratteristiche progettuali di tali lampade, nonché il principio del suo funzionamento.
Le lampade a incandescenza nel corso del loro lavoro convertono l'energia elettrica che passa attraverso il filamento di tungsteno (spirale) in luce e calore.
Ad oggi, radiazioni, a modo suo caratteristiche fisiche, si divide in due tipologie:

Dispositivo a lampada a incandescenza

• termico;
• luminescente.

Termico, che è caratteristico delle lampade a incandescenza, si riferisce alla radiazione luminosa. È sulla radiazione termica che si basa il bagliore di una lampadina elettrica a incandescenza.
Le lampade a incandescenza sono composte da:

• fiaschetta di vetro;
• filamento di tungsteno refrattario (parte della spirale). Elemento importante l'intera lampada, poiché se il filamento è danneggiato, la lampadina smette di accendersi;
• zoccolo.

Durante il funzionamento di tali lampade, il t0 del filamento aumenta a causa del passaggio attraverso di esso energia elettrica sotto forma di corrente. Per evitare una rapida combustione del filo nella spirale, l'aria viene pompata fuori dal pallone.
Nota! Nei modelli più avanzati di lampade a incandescenza, che sono lampadine alogene, nel bulbo viene pompato un gas inerte invece del vuoto.
Il filamento di tungsteno è installato a spirale, che è fissata sugli elettrodi. In una spirale, il filo è nel mezzo. Gli elettrodi su cui sono installati rispettivamente la spirale e il filamento di tungsteno sono saldati a diversi elementi: uno al manicotto metallico della base e il secondo alla piastra metallica di contatto.
Come risultato di questa progettazione di una lampadina, la corrente che passa attraverso la spirale provoca il riscaldamento (un aumento di t0 all'interno della lampadina) del filamento, poiché vince la sua resistenza.

Il principio della lampadina

Lampada a incandescenza funzionante

Il riscaldamento dell'LN durante il funzionamento si verifica a causa delle caratteristiche di progettazione della sorgente luminosa.È a causa del forte riscaldamento durante il funzionamento che il tempo di funzionamento delle lampade è notevolmente ridotto, il che le rende oggi non così redditizie. In questo caso, a causa del riscaldamento del filamento, si verifica un aumento di t0 del bulbo stesso.

Il principio di funzionamento della LN si basa sulla conversione dell'energia elettrica che passa attraverso i filamenti della spirale in radiazione luminosa. In questo caso, la temperatura del filo riscaldato può raggiungere i 2600-3000 °C.

Nota! Il punto di fusione del tungsteno, da cui sono fatti i filamenti a spirale, è 3200-3400 °C. Come puoi vedere, normalmente la temperatura di riscaldamento del filo non può portare all'inizio del processo di fusione.

Lo spettro delle lampade con una tale struttura differisce notevolmente dallo spettro della luce diurna. Per una tale lampada, lo spettro della luce emessa sarà caratterizzato dalla predominanza dei raggi rossi e gialli.
Va notato che le boccette di più modelli moderni LN (alogeno) non vengono evacuati e inoltre non contengono una filettatura a spirale nella loro composizione. Nel pallone vengono invece pompati gas inerti (argon, azoto, krypton, xeno e argon). Tali miglioramenti strutturali hanno portato al fatto che la temperatura di riscaldamento del pallone durante il funzionamento è leggermente diminuita.

Vantaggi e svantaggi di una sorgente luminosa

Nonostante il fatto che oggi il mercato delle sorgenti luminose sia pieno di un'ampia varietà di modelli, le lampade a incandescenza sono ancora abbastanza comuni su di esso. Qui puoi trovare prodotti per varie quantità di watt (da 5 a 200 watt e oltre). Le lampadine più popolari vanno da 20 a 60 watt, oltre a 100 watt.

Gamma di scelta

Le LN continuano ad essere ampiamente utilizzate perché hanno i loro vantaggi:

• all'accensione l'accensione della luce avviene quasi istantaneamente;
• piccole dimensioni;
• basso costo;
• i modelli, all'interno del pallone di cui c'è solo il sottovuoto, sono prodotti ecocompatibili.

Sono questi vantaggi che hanno portato al fatto che le LN sono ancora piuttosto richieste mondo moderno. Nelle case e al lavoro oggi puoi facilmente incontrare rappresentanti di questo prodotto di illuminazione a 60 W e oltre.
Nota! Una grande percentuale dell'uso di LN si riferisce all'industria. Qui vengono utilizzati spesso modelli potenti (200 W).
Ma le lampade a incandescenza hanno anche un elenco piuttosto impressionante di svantaggi, che includono:

• la presenza di una luminosità accecante della luce emanata dalle lampade durante il funzionamento. Di conseguenza, è richiesto l'uso di speciali schermi protettivi;
• durante il funzionamento, il filamento viene riscaldato, così come il pallone stesso. A causa del forte riscaldamento del pallone, quando anche una piccola quantità d'acqua colpisce la sua superficie, è possibile un'esplosione. Inoltre, la lampadina è riscaldata per tutte le lampadine (almeno 60 W, almeno inferiore o superiore);

Nota! Aumentare il riscaldamento del pallone comporta comunque un certo grado di pericolo di lesioni. L'elevata temperatura del bulbo di vetro, se toccato con la pelle non protetta, può causare ustioni. Pertanto, tali lampade non dovrebbero essere collocate in quelle lampade che un bambino può facilmente raggiungere. Inoltre, danni al bulbo di vetro possono causare tagli o altre lesioni.

Incandescenza di un filamento di tungsteno

• elevato consumo di energia elettrica;
• in caso di guasto non possono essere riparati;
• vita di servizio bassa. Le lampade a incandescenza si guastano rapidamente a causa del fatto che nel momento in cui la luce viene accesa o spenta, il filo a spirale può essere danneggiato a causa del frequente riscaldamento.

Come puoi vedere, l'uso di LN comporta molto più contro rispetto ai vantaggi. Gli svantaggi più importanti delle zampe a incandescenza sono il riscaldamento dovuto all'aumento della temperatura all'interno del bulbo e all'elevato consumo energetico. E questo vale per tutte le opzioni per lampade con una potenza da 5 a 60 W e oltre.

Parametri di valutazione importanti

Uno dei parametri più importanti del funzionamento di LN è il fattore luce. Questo parametro ha la forma del rapporto tra la potenza di radiazione dello spettro visibile e la potenza dell'elettricità consumata. Per questo prodotto, si tratta di un valore abbastanza basso, che non supera il 4%. Cioè, LN è caratterizzato da una bassa emissione di luce.
Altri importanti parametri di prestazione includono:

• flusso luminoso;
• colore t0 o colore luminoso;
• potenza;
• tutta la vita.

Considera i primi due parametri, poiché abbiamo trattato della durata nel paragrafo precedente.

Flusso di luce

Il flusso luminoso è quantità fisica, che determina la quantità di potenza luminosa in un particolare flusso di emissione luminosa. Inoltre, ce n'è uno in più aspetto importante come l'emissione di luce. Determina per la lampada il rapporto della lampadina emessa flusso luminoso alla potenza che consuma. L'emissione luminosa è misurata in lm/W.

Nota! L'efficienza luminosa è un indicatore dell'economia e dell'efficienza delle sorgenti luminose.

Tabella del flusso luminoso e dell'efficienza luminosa delle lampade ad incandescenza

Come puoi vedere, per la nostra sorgente luminosa, i valori di cui sopra sono a un livello basso, il che indica la loro bassa efficienza.

Colore della lampadina

Anche la temperatura del colore (t0) è un indicatore importante.
Il colore t0 è una caratteristica dell'andamento dell'intensità luminosa della lampadina ed è funzione della lunghezza d'onda definita per il campo ottico. Questo parametro è misurato in kelvin (K).

Temperatura colore per lampada a incandescenza

Va notato che la temperatura di colore per LN è approssimativamente al livello di 2700 K (per sorgenti luminose con potenza da 5 a 60 W e oltre). Il colore t0 LN è nella regione della tinta rossa e termica dello spettro visibile.
Il colore t0 corrisponde pienamente al grado di riscaldamento del filamento di tungsteno, che non consente all'LN di guastarsi rapidamente.

Nota! Per altre sorgenti luminose (ad esempio lampadine a LED), la temperatura del colore non indica quanto sono calde. Con un parametro di riscaldamento LN di 2700 K, il LED si riscalda di soli 80ºС.

Pertanto, maggiore è la potenza dell'LN (da 5 a 60 W e oltre), maggiore sarà il riscaldamento del filamento di tungsteno e della lampadina stessa. Di conseguenza, maggiore sarà il colore t0. Di seguito è riportata una tabella che confronta efficienza e consumo energetico tipi diversi lampadine. Come gruppo di controllo con il quale viene effettuato un confronto, qui vengono presi LN con una potenza da 20 a 60 e fino a 200 W.

Tabella di confronto della potenza fonti diverse Sveta

Come puoi vedere, le lampade a incandescenza in questo parametro sono significativamente inferiori in termini di consumo energetico ad altre sorgenti luminose.

Tecnologia di illuminazione e colore luminoso

In illuminotecnica, il parametro più importante per una sorgente luminosa è il suo colore t0. Grazie ad esso, puoi determinare la tonalità del colore e il colore delle sorgenti luminose.

Opzioni di temperatura del colore

Il colore t0 delle lampadine è determinato dalla tonalità del colore e può essere di tre tipi:

• freddo (da 5000 a 120000K);
• neutro (da 4000 a 50000K);
• caldo (da 1850 a 20000K). È dato da una candela di stearina.

Nota! Considerando la temperatura di colore della LN, va ricordato che non coincide con la temperatura termica effettiva del prodotto, che si avverte toccandolo con una mano.

Per LN, la temperatura del colore varia da 2200 a 30000 K. Pertanto, possono avere radiazioni vicine agli ultravioletti.

Conclusione

Per qualsiasi tipo di sorgente luminosa, la temperatura di colore è un parametro di valutazione importante. Allo stesso tempo, per LN serve come riflesso del grado di riscaldamento del prodotto durante il suo funzionamento. Tali lampadine sono caratterizzate da un aumento della temperatura di riscaldamento durante il funzionamento, che è un chiaro svantaggio, che fonti contemporanee luci come lampadine a LED. Pertanto, oggi molti danno la preferenza a luminescenti e Lampadine a LED, e le lampade a incandescenza stanno gradualmente diventando un ricordo del passato.

Attualmente, una lampada a incandescenza da 100 W ha il seguente design:

1. Fiaschetta di vetro sigillata a forma di pera. L'aria è stata parzialmente espulsa o sostituita con un gas inerte. Questo viene fatto in modo che il filamento di tungsteno non si bruci.
2. All'interno del pallone è presente una gamba, a cui sono fissati due elettrodi e diversi supporti in metallo (molibdeno), che sostengono il filamento di tungsteno, impedendogli di cedere e rompersi sotto il suo stesso peso durante il riscaldamento.
3. La parte stretta della fiaschetta a forma di pera è fissata custodia in metallo una base avente una filettatura a spirale per l'avvitamento in una presa. La parte filettata è un contatto, un elettrodo è saldato ad esso.
4. Il secondo elettrodo è saldato al contatto sul fondo della base. Ha un isolamento anulare attorno al corpo filettato.

A seconda delle specifiche condizioni operative, alcuni elementi strutturali possono essere assenti (ad esempio un plinto o supporti), essere modificati (ad esempio un plinto), integrati con altri dettagli (flacone aggiuntivo). Ma parti come filamento, lampadina ed elettrodi sono le parti principali.

Il principio di funzionamento di una lampada a incandescenza elettrica

Il bagliore di una lampada a incandescenza elettrica è dovuto al riscaldamento di un filamento di tungsteno attraverso il quale passa una corrente elettrica. La scelta a favore del tungsteno nella fabbricazione del corpo luminoso è stata fatta perché di molti materiali conduttivi refrattari è il meno costoso. Ma a volte il filamento delle lampade elettriche è fatto di altri metalli: osmio e renio.
La potenza della lampada dipende dalla dimensione del filamento utilizzato. Cioè, dipende dalla lunghezza e dallo spessore del filo. Quindi una lampada a incandescenza da 100 W avrà un filamento più lungo di una lampada a incandescenza da 60 W.

Alcune caratteristiche e scopo degli elementi strutturali di una lampada al tungsteno

Ogni parte di una lampada elettrica ha il suo scopo e svolge le sue funzioni:

1. Borraccia.È realizzato in vetro, un materiale abbastanza economico che soddisfa i requisiti di base:
   – l'elevata trasparenza consente il passaggio dell'energia luminosa e l'assorbimento minimo, evitando il riscaldamento aggiuntivo (questo fattore è di fondamentale importanza per gli apparecchi di illuminazione);
   - la resistenza al calore consente di resistere alle alte temperature dovute al riscaldamento di un filamento caldo (ad esempio, in una lampada da 100 W, la lampadina si riscalda fino a 290 ° C, 60 W - 200 ° C; 200 W - 330 ° C; 25 W - 100°C, 40 W - 145°C);
   - la durezza consente di resistere alla pressione esterna quando l'aria viene espulsa e di non collassare durante l'avvitamento.
2. Riempimento di fiaschette. Un mezzo altamente rarefatto consente di ridurre al minimo il trasferimento di calore dal filamento caldo alle parti della lampada, ma migliora l'evaporazione delle particelle del corpo caldo. Il riempimento con un gas inerte (argon, xeno, azoto, krypton) elimina la forte evaporazione del tungsteno dalla bobina, impedisce l'accensione del filamento e riduce al minimo il trasferimento di calore. L'uso di alogeni consente al tungsteno evaporato di rifluire nel filamento elicoidale.
3. Spirale.È fatto di tungsteno, che può resistere a 3400 ° C, renio - 3400 ° C, osmio - 3000 ° C. A volte, invece di un filo a spirale, nella lampada viene utilizzato un nastro o un corpo di forma diversa. Il filo utilizzato ha una sezione circolare, per ridurre le dimensioni e la perdita di energia per il trasferimento di calore, è attorcigliato a doppia o tripla elica.
4. I portaganci sono realizzati in molibdeno. Non consentono molto cedimento della spirale che è aumentata dal riscaldamento durante il funzionamento. Il loro numero dipende dalla lunghezza del filo, cioè dalla potenza della lampada. Ad esempio, una lampada da 100 W avrà 2 - 3 supporti. Le lampade a incandescenza più piccole potrebbero non avere supporti.
5. zoccolo in metallo con filettatura esterna. Svolge diverse funzioni:
   - collega più parti (beuta, elettrodi e contatto centrale);
   - serve per il fissaggio in una cartuccia a presa mediante una filettatura;
   - è un contatto.

Esistono diversi tipi e forme di plinti, a seconda dello scopo. dispositivo di illuminazione. Ci sono design che non hanno una base, ma con lo stesso principio di funzionamento di una lampada a incandescenza. I tipi più comuni di base sono E27, E14 ed E40.

Ecco alcuni tipi di plinti utilizzati per vari tipi lampade:

Oltre a vari tipi di plinto, ci sono diversi tipi borraccia

Oltre ai dettagli strutturali elencati, le lampade a incandescenza potrebbero averne alcuni elementi aggiuntivi: interruttori bimetallici, riflettori, zoccoli senza filo, rivestimenti vari, ecc.

La storia della creazione e del miglioramento del design di una lampada a incandescenza

Nei suoi oltre 100 anni di storia dell'esistenza di una lampada a incandescenza con un filamento di tungsteno, il principio di funzionamento e i principali elementi di design non sono quasi cambiati.
Tutto ebbe inizio nel 1840, quando fu realizzata una lampada che sfrutta il principio dell'incandescenza di una spirale di platino per l'illuminazione.
1854 - la prima lampada pratica. È stata utilizzata una nave con aria evacuata e filo di bambù carbonizzato.
1874 - un'asta di carbonio posta in un recipiente a vuoto viene utilizzata come corpo riscaldante.
1875 - una lampada a più steli che si accendono una dopo l'altra in caso di combustione della precedente.
1876 ​​- uso del filamento di caolino, che non richiedeva l'evacuazione dell'aria dalla nave.
1878 - L'uso della fibra di carbonio in un'atmosfera di ossigeno rarefatto. Ciò ha permesso di ottenere un'illuminazione brillante.
1880 - Viene creata una lampada in fibra di carbonio con un tempo di incandescenza fino a 40 ore.
1890 - uso di fili a spirale di metalli refrattari (ossido di magnesio, torio, zirconio, ittrio, osmio metallico, tantalio) e riempimento di flaconi con azoto.
1904 - il rilascio di lampade con un filamento di tungsteno.
1909 - riempimento dei flaconi con argon.
Da allora sono passati più di 100 anni. Il principio di funzionamento, i materiali delle parti, il riempimento del pallone sono rimasti praticamente invariati. Solo la qualità dei materiali utilizzati nella produzione delle lampade ha subito un'evoluzione, specifiche e piccole aggiunte.

Vantaggi e svantaggi delle lampade a incandescenza rispetto ad altre sorgenti di luce artificiale

Creato per l'illuminazione. Molti di loro sono stati inventati negli ultimi 20-30 anni usando alta tecnologia, ma una normale lampada a incandescenza presenta ancora una serie di vantaggi o una serie di caratteristiche che sono più ottimali nell'uso pratico:

1. Economicità nella produzione.
2. Insensibile alle cadute di tensione.
3. Accensione rapida.
4. Nessuno sfarfallio. Questo fattore è molto rilevante durante l'utilizzo corrente alternata frequenza 50 Hz.
5. Possibilità di regolare la luminosità della sorgente luminosa.
6. Spettro costante della radiazione luminosa, vicino al naturale.
7. La nitidezza delle ombre, come alla luce del sole. Il che è normale anche per l'uomo.
8. Possibilità di funzionamento in condizioni di alte e basse temperature.
9. Possibilità di produrre lampade di varia potenza (da diversi W a diversi kW) e progettate per varie tensioni (da diversi Volt a diversi kV).
10. Facile smaltimento grazie all'assenza di sostanze tossiche.
11. Possibilità di utilizzare qualsiasi tipo di corrente con qualsiasi polarità.
12. Funzionamento senza dispositivi di avviamento aggiuntivi.
13. Funzionamento silenzioso.
14. Non crea interferenze radio.

Insieme a un elenco così ampio di fattori positivi, le lampade a incandescenza presentano anche una serie di svantaggi significativi:

1. Il principale fattore negativo è la bassissima efficienza. Raggiunge solo il 15% per una lampada da 100 W, per un dispositivo da 60 W questa cifra è solo del 5%. Uno dei modi per aumentare l'efficienza è aumentare la temperatura del filamento, ma ciò riduce drasticamente la durata della bobina di tungsteno.
2. Vita di servizio breve.
3. Elevata temperatura superficiale del bulbo, che può raggiungere i 300°C per una lampada da 100 watt. Ciò rappresenta una minaccia per la vita e la salute degli esseri viventi ed è un pericolo di incendio.
4. Sensibilità agli urti e alle vibrazioni.
5. Uso di raccordi resistenti al calore e isolamento di fili che trasportano corrente.
6. Elevato consumo energetico (da 5 a 10 volte nominale) durante l'avvio.

Nonostante la presenza di notevoli inconvenienti, una lampada a incandescenza elettrica è un dispositivo di illuminazione non alternativo. La bassa efficienza è compensata dal basso costo di produzione. Pertanto, nei prossimi 10 - 20 anni, sarà un prodotto molto richiesto.

Questo metallo è chiamato tungsteno. Fu scoperto alla fine del 1781 dal chimico svedese Scheele e per tutto il 19° secolo gli scienziati lo esplorarono attivamente. Oggi l'umanità ne sa abbastanza per utilizzare con successo il tungsteno e i suoi composti in vari settori.

Il tungsteno ha una valenza variabile, che è associata a una speciale disposizione degli elettroni negli orbitali atomici. Questo metallo è solitamente di colore bianco argenteo e ha una lucentezza caratteristica. Sembra platino.

Il tungsteno può essere attribuito a metalli senza pretese. Non un solo alcali lo dissolverà. Anche gli acidi forti, come l'acido cloridrico, non lo influenzeranno. Per questo motivo, gli elettrodi utilizzati nella zincatura e nell'elettrolisi sono realizzati in tungsteno.

Lampade al tungsteno e ad incandescenza

Perché il filamento nelle lampade a incandescenza è di tungsteno? Tutto sta nel suo essere unico Proprietà fisiche. Il ruolo chiave qui è giocato dal punto di fusione, che è di circa 3500 gradi Celsius. Questo è un ordine di grandezza superiore a molti metalli comunemente usati nell'industria. Ad esempio, l'alluminio fonde a 660 gradi.

Elettricità, passando attraverso il filamento, lo riscalda fino a 3000 gradi. spicca un gran numero di energia termica, che viene spesa inutilmente nello spazio circostante. Di tutti i metalli conosciuti dalla scienza, solo il tungsteno è in grado di resistere a una temperatura così elevata e non fondere, a differenza dello stesso alluminio. La semplicità del tungsteno consente alle lampadine di funzionare nelle case per un periodo piuttosto lungo. Tuttavia, dopo qualche tempo, il filamento si rompe e la lampada si guasta. Perché sta succedendo? Il fatto è che sotto l'influenza di una temperatura molto elevata durante il passaggio della corrente (circa 3000 gradi), il tungsteno inizia ad evaporare. Il filamento sottile della lampada diventa ancora più sottile nel tempo fino a rompersi.

Per fondere un campione di tungsteno, viene utilizzata la fusione del fascio di elettroni o dell'argon. Usando questi metodi, puoi facilmente riscaldare il metallo fino a 6000 gradi Celsius.

Ottenere tungsteno

È piuttosto difficile ottenere un campione di alta qualità di questo metallo, ma oggi gli scienziati affrontano questo compito con brillantezza. Sono state sviluppate diverse tecnologie uniche che consentono di coltivare monocristalli di tungsteno, enormi crogioli di tungsteno (con un peso fino a 6 kg). Questi ultimi sono ampiamente utilizzati per ottenere leghe costose.