Żarówka spiralna. Żarówka żarowa: cała era w oświetleniu

Pomimo aktywnej ofensywy żarówek energooszczędnych, żarówki pozostają zdecydowanie najczęstszym źródłem światła. Podstawowa konstrukcja żarówki elektrycznej nie zmieniła się od ponad 100 lat i składa się z podstawy, przewodników stykowych i szklanej bańki, która chroni cienką spiralę żarnika przed ekspozycją środowisko. Zasada działania żarówek opiera się na promieniowaniu optycznym uzyskiwanym z przewodnika nagrzanego do wysokiej temperatury w środowisku obojętnym.

Historia

Pierwszy źródło elektryczne Sveta - łuk elektryczny został zapalony w 1802 roku przez rosyjskiego naukowca V.V. Pietrow. Jako źródło prądu wykorzystał ogromny bateria 2100 pierwiastków miedziano-cynkowych, nazwanych na cześć jednego z twórców elektryki Volta, „voltaic”. Pietrow użył pary prętów węglowych połączonych z różnymi biegunami baterii galwanicznej. Kiedy końce prętów zbliżyły się na niewielką odległość, wyładowanie elektryczne przebiło się przez szczelinę powietrzną, podczas gdy końce prętów rozgrzały się do białości, a między nimi pojawił się ognisty łuk. Trudno było użyć takiej lampy - pręty węglowe paliły się szybko i nierównomiernie, a łuk dawał zbyt gorące i jasne światło.

Aleksander Nikołajewicz Łodygin w 1872 r. złożył wniosek, a następnie otrzymał patent (nr 1619, z dnia 11 lipca 1874 r.) na urządzenie - żarówkę i metodę taniego oświetlenia elektrycznego. Ten wynalazek opatentował najpierw w Rosji, a potem także w Austrii, Wielkiej Brytanii, Francji, Belgii. W lampie Lodygin korpusem grzewczym był cienki pręt węgla retortowego umieszczony pod szklaną nasadką. W 1875 r. żarówki Lodygina oświetliły sklep Florana przy ulicy Bolszaja Morska w Petersburgu, który miał zaszczyt stać się pierwszym na świecie sklepem z oświetleniem elektrycznym. Pierwsza w Rosji instalacja zewnętrznego oświetlenia elektrycznego z lampami łukowymi została uruchomiona 10 maja 1880 r. na moście Liteiny w Petersburgu. Żarówki Lodygina służyły przez około dwa miesiące, aż węgle się wypaliły (w nowej lampie Lodygina były cztery takie węgle - gdy jeden węgiel się wypalił, drugi zajął jego miejsce).

Rosyjski naukowiec Paweł Nikołajewicz Jabłochkow ułożył pręty węglowe równolegle, oddzielając je warstwą gliny, która stopniowo odparowywała. „Świece” Jabłoczkowa spalone pięknym różowym i purpurowy. W 1877 roku oświetlili jedną z głównych ulic Paryża. A oświetlenie elektryczne zaczęto nazywać „la lumiere russe” - „rosyjskie światło”.

Niemniej jednak wynalazca nowoczesnej żarówki elektrycznej nazywa się Thomas Edison. 1 stycznia 1880 r. w Menlo Park (USA) odbył się pokaz oświetlenia elektrycznego domów i ulic, zaproponowany przez Thomasa Edisona, w którym wzięło udział trzy tysiące osób. Edison dokonał najważniejszych ulepszeń w konstrukcji żarówki Lodygina: osiągnął znaczne usunięcie powietrza z lampy, dzięki czemu żarnik świecił bez wypalania.

Edison zaprojektował znaną gwintowaną podstawę nowoczesnych lamp, którą nazwano jego imieniem. Dziś z pełnej nazwy zachowała się tylko pierwsza litera „E” w jej oznaczeniu. Ponadto Edison zaproponował system do produkcji i dystrybucji energii elektrycznej do oświetlenia.

Ulepszanie lampy żarowej trwa do dziś. Zamiast węgla zaczęto wytwarzać włókna z metali żaroodpornych - najpierw z osmu i tantalu, a następnie z wolframu. Aby zmniejszyć parowanie i zwiększyć wytrzymałość, od 1910 roku nauczyli się skręcać metalową nitkę w pojedyncze i wielokrotnie powtarzające się spirale. Aby opary metali nie osadzały się na szkle, kolby zaczęły wypełniać je azotem lub gazami obojętnymi.

Wszystko to pozwoliło zwiększyć skuteczność świetlną żarówek z pierwotnych 4-6 do 10-15 lm/W, a żywotność z 50-100 do znanej obecnie wartości 1000 godzin. zasada termiczna uzyskiwanie światła znalazło zastosowanie w żarówkach halogenowych.

Notatka. Dlaczego gorący metal świeci? Zgodnie z teorią kwantową, jeśli elektronowi w jakikolwiek sposób zostanie przekazana wystarczająca energia, to przejdzie on do wyższego poziom energii, a powróci do pierwotnego stanu podstawowego w ciągu 10–13 s, emitując foton. Fakt ten powoduje nie tylko świecenie gorącego metalu, ale także „zimną” fluorescencję świetlików, w której elektrony są wzbudzane energią rozszczepiania ATP, a także świecenie luminoforów, które były na słońcu, emitując zielone światło W ciemności.

Specyfikacja

Skuteczność świetlna żarówek jest stosunkowo niska. Jest najniższy wśród nowoczesnych lamp elektrycznych i mieści się w przedziale od 4 do 15 lm/W. Wysoka jasność żarnika w połączeniu z jego miniaturowymi rozmiarami pozwala na stosowanie żarówek w układach optycznych i reflektorach. Lampy żarowe mają szeroki zakres napięć i mocy znamionowych. Ten typ lampy może pracować w szerokim zakresie temperatur otoczenia, który ograniczony jest jedynie odpornością cieplną użytych do jej produkcji materiałów (-100...+300°C). Strumień świetlny lamp żarowych jest regulowany przez zmianę napięcia roboczego, co można osiągnąć za pomocą ściemniacza (ściemniacza) o dowolnej konstrukcji.

Wadą jest wysoka temperatura pracy i ilość ciepła wytwarzanego podczas pracy. Lampy żarowe są wrażliwe na wnikanie wody, ponieważ część szklanej bańki pęka z powodu nagłego ochłodzenia części szklanej bańki i mogą stwarzać zagrożenie pożarowe z powodu wysokiej temperatury pracy.

Dziś na świecie obserwuje się stały trend spadkowy udziału żarówek w całkowitej ilości opraw oświetleniowych. W profesjonalnym sektorze rynku oświetleniowego w krajach rozwiniętych udział ten już dziś nie przekracza 10%, wypierany przez oszczędniejsze oprawy halogenowe i LED.

Temat ten jest dość obszerny, dlatego od razu chcę zauważyć, że w tym artykule rozważymy kwestię zagrożenia pożarowego lamp używanych wyłącznie w życiu codziennym.

Zagrożenie pożarowe gniazd lamp elektrycznych

Podczas pracy oprawki produktu mogą wywołać pożar od zwarcia wewnątrz oprawki, od prądów przeciążeniowych, od dużych rezystancja styku w częściach stykowych.

Ze zwarć w oprawkach lamp może być możliwe zwarcie między fazą a zerem. W tym przypadku przyczyną pożaru jest towarzyszące mu zwarcie, a także przegrzanie części stykowych z powodu termicznych skutków prądów zwarciowych.

Wkłady nadprądowe są możliwe przy podłączeniu żarówek o mocy przekraczającej nominalną dla tego wkładu. Zwykle pożary podczas przeciążeń wiążą się również ze zwiększonym spadkiem napięcia na stykach.

Wraz ze wzrostem rezystancji styków i prądu obciążenia wzrasta spadek napięcia na stykach. Im większy spadek napięcia na stykach, tym większe ich nagrzewanie i większe prawdopodobieństwo zapłonu plastiku lub przewodów podłączonych do styków.

W niektórych przypadkach możliwe jest również zapalenie izolacji przewodów i przewodów zasilających w wyniku zużycia przewodów przewodzących i starzenia się izolacji.

Wszystko tutaj opisane dotyczy również innych produktów elektroinstalacyjnych (gniazd, przełączników). Szczególnie niebezpieczne dla pożaru są produkty elektroinstalacyjne, które mają słabą jakość montażu lub pewne wady konstrukcyjne, na przykład brak mechanizmów natychmiastowego wyzwalania styków dla tanich przełączników itp.

Wróćmy jednak do kwestii zagrożenia pożarowego źródeł światła.

Główną przyczyną pożarów wszelkich lamp elektrycznych jest zapłon materiałów i konstrukcji w wyniku termicznych efektów lamp w warunkach ograniczonego odprowadzania ciepła. Może się to zdarzyć z powodu montażu lampy bezpośrednio na materiałach i konstrukcjach palnych, przykrycia lamp materiałami palnymi, a także z powodu wad konstrukcyjnych opraw lub nieprawidłowego ustawienia oprawy - bez odprowadzania ciepła, przewidzianych wymaganiami zgodnie z dokumentacja techniczna na lampie.

Niebezpieczeństwo pożaru lamp żarowych

W lampach żarowych energia elektryczna jest zamieniana na energię świetlną i cieplną, a energia cieplna stanowi dużą część całkowitej energii, dlatego żarówki żarówek nagrzewają się bardzo przyzwoicie i mają znaczny wpływ termiczny na przedmioty i materiały otaczające lampa.

Nagrzewanie podczas palenia lampy rozkłada się nierównomiernie na jej powierzchni. Tak więc dla lampy gazowej o mocy 200 W temperatura ścianki kolby wzdłuż jej wysokości z zawieszeniem pionowym podczas pomiarów wynosiła: na podstawie - 82°C, w połowie wysokości kolba - 165 ° C, w dolnej części kolby - 85 ° C.

Obecność szczeliny powietrznej między lampą a dowolnym przedmiotem znacznie zmniejsza jej nagrzewanie. Jeżeli temperatura żarówki na jej końcu wynosi 80 °C dla żarówki o mocy 100 W, to temperatura w odległości 2 cm od końca żarówki wynosiła już 35 °C, w odległości 10 cm - 22°C, aw odległości 20 cm - 20°C OD.

Jeśli żarówka żarówki zetknie się z ciałami o niskiej przewodności cieplnej (tkanina, papier, drewno itp.), możliwe jest silne przegrzanie w strefie kontaktu w wyniku pogorszenia rozpraszania ciepła. Czyli mam np. 100-watową żarówkę owiniętą bawełnianą szmatką, po 1 minucie od włączenia w pozycji poziomej nagrzewała się do 79°C, po 2 minutach do 103°C, a po 5 minut - do 340°C, po czym zaczęło się tlić (a to może równie dobrze wywołać pożar).

Pomiary temperatury przeprowadzono za pomocą termopary.

Podam jeszcze kilka liczb uzyskanych w wyniku pomiarów. Może komuś się przydadzą.

Tak więc temperatura na żarówce 40 W żarówki (jedna z najczęstszych mocy lamp w lampach domowych) wynosi 113 stopni po 10 minutach od włączenia lampy, po 30 minutach. - 147 około C.

Lampa o mocy 75 W rozgrzana do 250 stopni po 15 minutach. To prawda, że ​​w przyszłości temperatura na żarówce lampy ustabilizuje się i praktycznie się nie zmienia (po 30 minutach było to w przybliżeniu takie samo 250 stopni).

Żarówka 25W nagrzewa się do 100 stopni.

Najcięższe temperatury odnotowano na żarówce lampy fotograficznej o mocy 275 W. W ciągu 2 minut od włączenia temperatura osiągnęła 485 stopni, a po 12 minutach - 550 stopni.

W przypadku stosowania lamp halogenowych (zgodnie z zasadą działania są one bliskimi krewnymi żarówek) kwestia ich zagrożenia pożarowego jest również, jeśli nie bardziej dotkliwa.

Szczególnie ważne jest uwzględnienie możliwości wytwarzania ciepła w duże rozmiary lampy halogenowe, jeśli to konieczne, używaj ich na powierzchnie drewniane co zresztą zdarza się dość często. W takim przypadku wskazane jest zastosowanie niskonapięciowych lamp halogenowych (12 V) o małej mocy. Tak więc już przy żarówce halogenowej o mocy 20 W konstrukcje wykonane z sosny zaczynają wysychać, a materiały z płyty wiórowej wydzielają formaldehyd. Żarówki o mocy większej niż 20 W są jeszcze gorętsze, co jest obarczone samozapaleniem.

Szczególną uwagę należy zwrócić przy wyborze konstrukcji opraw do lamp halogenowych. Nowoczesne, wysokiej jakości lampy same w sobie dość dobrze izolują materiały otaczające lampę od ciepła. Najważniejsze, że lampa mogła swobodnie tracić to ciepło, a konstrukcja lampy w ogóle nie była termosem na ciepło.

Jeśli dotkniemy ogólnie przyjętej opinii, że lampy halogenowe ze specjalnymi odbłyśnikami (na przykład tak zwane lampy dichroiczne) praktycznie nie emitują ciepła, to jest to wyraźne złudzenie. Odbłyśnik dichroiczny działa jak lustro dla światła widzialnego, ale blokuje większość promieniowania podczerwonego (termicznego). Całe ciepło wraca z powrotem do lampy. Dlatego lampy dichroiczne mniej nagrzewają oświetlany przedmiot (zimny strumień światła), ale jednocześnie nagrzewają samą lampę znacznie bardziej niż konwencjonalne żarówki halogenowe i żarówki.

zagrożenie pożarowe świetlówki

Jeśli chodzi o nowoczesne świetlówki (np. T5 i T2) oraz wszystkie świetlówki z elektronicznym statecznikiem to nie mam jeszcze informacji o ich dużych efektach cieplnych. Rozważać możliwe przyczyny pojawienie się wysokich temperatur na świetlówkach ze standardowym osprzętem elektromagnetycznym. Pomimo tego, że takie stateczniki są prawie całkowicie zakazane w Europie, nadal są bardzo, bardzo powszechne w naszym kraju i minie sporo czasu, zanim zostaną całkowicie zastąpione statecznikami elektronicznymi.

Z punktu widzenia proces fizyczny Lampy fluorescencyjne przetwarzają więcej energii elektrycznej na światło widzialne niż żarówki. Jednak w pewnych warunkach związanych z nieprawidłowym działaniem stateczników lamp fluorescencyjnych („przyklejanie się” rozrusznika itp.) Możliwe jest ich silne nagrzewanie (w niektórych przypadkach możliwe jest nagrzewanie lamp do 190 - 200 stopni, oraz - do 120).

Takie temperatury na lampach są wynikiem stopienia elektrod. Co więcej, jeśli elektrody zbliżą się do szkła lampy, nagrzewanie może być jeszcze większe (temperatura topnienia elektrod, w zależności od ich materiału, wynosi 1450 - 3300 ° C). Jeśli chodzi o możliwą temperaturę na przepustnicy (100 - 120 ° C), to również jest niebezpieczna, ponieważ temperatura mięknienia masy wypełniającej według norm wynosi 105 ° C.

niektórzy zagrożenie pożarowe reprezentują startery: zawierają łatwopalne materiały (kondensator papierowy, uszczelki kartonowe itp.).

Wymagają, aby maksymalne przegrzanie powierzchni nośnych opraw nie przekraczało 50 stopni.

Ogólnie temat poruszony dzisiaj jest bardzo ciekawy i dość obszerny, więc na pewno wrócimy do niego w przyszłości.

Nowoczesny rynek oświetleniowy jest dziś reprezentowany nie tylko przez różnorodne lampy, ale także przez źródła światła. Jedną z najstarszych żarówek naszych czasów są żarówki (LN).

Nawet biorąc pod uwagę fakt, że w dzisiejszych czasach istnieją bardziej zaawansowane źródła światła, lampy żarowe są nadal szeroko stosowane przez ludzi do oświetlania różnego rodzaju pomieszczeń. Tutaj rozważymy tak ważny parametr tych lamp, jak temperatura nagrzewania podczas pracy, a także temperatura barwowa.

Cechy źródła światła

Lampy żarowe są pierwszym źródłem światła elektrycznego wynalezionym przez człowieka. Ten produkt może mieć inna moc(od 5 do 200 W). Ale najczęściej używane modele to 60 watów.

Notatka! Największą wadą żarówek jest wysoki pobór mocy. Z tego powodu liczba LN, które są aktywnie wykorzystywane jako źródło światła, zmniejsza się każdego roku.

Przed przystąpieniem do rozważenia parametrów takich jak temperatura nagrzewania i temperatura barwowa, konieczne jest zrozumienie cech konstrukcyjnych takich lamp, a także zasady ich działania.
Lampy żarowe w trakcie swojej pracy zamieniają energię elektryczną przechodzącą przez żarnik wolframowy (spiralę) na światło i ciepło.
Do tej pory promieniowanie na swój sposób cechy fizyczne, dzieli się na dwa rodzaje:

Urządzenie do lamp żarowych

• termiczny;
• świecący.

Ciepło, które jest charakterystyczne dla żarówek, odnosi się do promieniowania świetlnego. To właśnie na promieniowaniu cieplnym opiera się blask żarowej żarówki elektrycznej.
Lampy żarowe składają się z:

• szklana kolba;
• ogniotrwałe włókno wolframowe (część spirali). Ważny element cała lampa, ponieważ jeśli żarnik jest uszkodzony, żarówka przestaje świecić;
• cokół.

Podczas pracy takich lamp t0 żarnika wzrasta z powodu przejścia przez niego energia elektryczna w postaci prądu. Aby uniknąć szybkiego wypalenia nici w spirali, z kolby wypompowywane jest powietrze.
Notatka! W bardziej zaawansowanych modelach żarówek, którymi są żarówki halogenowe, do żarówki zamiast próżni wpompowywany jest gaz obojętny.
Włókno wolframowe jest zainstalowane w spiralę, która jest zamocowana na elektrodach. W spirali nitka znajduje się pośrodku. Elektrody, do których przymocowana jest odpowiednio spirala i żarnik wolframowy, są przylutowane do różnych elementów: jeden do metalowej tulei podstawy, a drugi do metalowej płytki stykowej.
W wyniku takiej konstrukcji żarówki przepływający przez spiralę prąd powoduje nagrzewanie się (wzrost t0 wewnątrz żarówki) żarnika, ponieważ pokonuje on jego opór.

Zasada żarówki

Działająca lampa żarowa

Ogrzewanie LN podczas pracy następuje ze względu na cechy konstrukcyjne źródła światła. To właśnie z powodu silnego nagrzewania się podczas pracy, czas pracy lamp ulega znacznemu skróceniu, co sprawia, że ​​nie są one dziś tak opłacalne. W tym przypadku, z powodu nagrzewania się żarnika, następuje wzrost t0 samej żarówki.

Zasada działania LN opiera się na konwersji energii elektrycznej przechodzącej przez włókna spirali na promieniowanie świetlne. W takim przypadku temperatura nagrzanej nici może osiągnąć 2600-3000 °C.

Notatka! Temperatura topnienia wolframu, z którego wykonane są włókna spiralne, wynosi 3200-3400 °C. Jak widać, normalnie temperatura nagrzewania nici nie może prowadzić do rozpoczęcia procesu topienia.

Widmo lamp o takiej strukturze znacznie odbiega od widma światła dziennego. Dla takiej lampy widmo emitowanego światła będzie charakteryzowało się przewagą promieni czerwonych i żółtych.
Należy zauważyć, że kolby więcej nowoczesne modele LN (halogen) nie są ewakuowane, a także nie zawierają w swoim składzie spiralnej nici. Zamiast tego do kolby pompowane są gazy obojętne (argon, azot, krypton, ksenon i argon). Takie ulepszenia konstrukcyjne doprowadziły do ​​tego, że temperatura nagrzewania kolby podczas pracy nieco się obniżyła.

Zalety i wady źródła światła

Pomimo tego, że dziś rynek źródeł światła jest pełen szerokiej gamy modeli, lampy żarowe są na nim nadal dość powszechne. Tutaj znajdziesz produkty na różne ilości watów (od 5 do 200 watów i więcej). Najpopularniejsze żarówki to od 20 do 60 watów, a także 100 watów.

Zakres wyboru

LN są nadal szeroko stosowane, ponieważ mają swoje zalety:

• po włączeniu zapłon światła następuje prawie natychmiast;
• małe wymiary;
• niska cena;
• modele, w których wewnątrz kolby znajduje się tylko próżnia, są produktami przyjaznymi dla środowiska.

To właśnie te zalety doprowadziły do ​​tego, że LNs są nadal dość poszukiwane w nowoczesny świat. W domach i w pracy dziś bez problemu można spotkać przedstawicieli tego produktu oświetleniowego o mocy 60 W i większej.
Notatka! Duży procent wykorzystania LN dotyczy przemysłu. Często używane są tutaj modele o dużej mocy (200 W).
Ale lampy żarowe mają również imponującą listę wad, do których należą:

• obecność oślepiającej jasności światła emanującego z lamp podczas pracy. W rezultacie wymagane jest użycie specjalnych ekranów ochronnych;
• podczas pracy nagrzewa się żarnik, a także sama kolba. Dzięki silnemu nagrzaniu kolby, gdy nawet niewielka ilość wody uderzy w jej powierzchnię, możliwa jest eksplozja. Ponadto żarówka jest podgrzewana dla wszystkich żarówek (co najmniej 60 W, co najmniej mniej lub więcej);

Notatka! Zwiększenie nagrzewania kolby nadal niesie ze sobą pewne niebezpieczeństwo zranienia. Podwyższona temperatura bańki szklanej w kontakcie z niechronioną skórą może spowodować oparzenia. Dlatego takich lamp nie należy umieszczać w tych lampach, do których dziecko może łatwo sięgnąć. Ponadto uszkodzenie szklanej bańki może spowodować skaleczenia lub inne obrażenia.

Żarówka żarnika wolframowego

• wysokie zużycie energii elektrycznej;
• w przypadku awarii nie można ich naprawić;
• niska żywotność. Lampy żarowe szybko zawodzą, ponieważ w momencie włączania lub wyłączania światła żarnik spirali może ulec uszkodzeniu z powodu częstego nagrzewania.

Jak widać, korzystanie z LN niesie ze sobą wiele więcej wad niż plusy. Za najważniejsze wady żarzących się łap uważa się nagrzewanie się ze względu na wzrost temperatury wewnątrz żarówki, a także wysokie zużycie energii. Dotyczy to wszystkich opcji lamp o mocy od 5 do 60 W i większej.

Ważne parametry oceny

Jednym z najważniejszych parametrów działania LN jest współczynnik światła. Parametr ten ma postać stosunku mocy promieniowania widma widzialnego do mocy zużytej energii elektrycznej. W przypadku tego produktu jest to dość niewielka wartość, która nie przekracza 4%. Oznacza to, że LN charakteryzuje się niską mocą świetlną.
Inne ważne parametry wydajności to:

• Lekki przepływ;
• kolor t0 lub kolor blasku;
• moc;
• dożywotni.

Rozważ dwa pierwsze parametry, ponieważ w poprzednim akapicie zajmowaliśmy się żywotnością.

Lekki przepływ

Strumień świetlny wynosi wielkość fizyczna, który określa ilość mocy światła w określonym strumieniu emisji światła. Poza tym jest jeszcze jeden ważny aspekt jak strumień świetlny. Określa dla lampy stosunek emitowanej żarówki Strumień świetlny do mocy, którą zużywa. Moc światła mierzona jest w lm/W.

Notatka! Skuteczność świetlna jest wskaźnikiem ekonomiczności i wydajności źródeł światła.

Tabela strumienia świetlnego i wydajności świetlnej żarówek

Jak widać, dla naszego źródła światła powyższe wartości są na niskim poziomie, co wskazuje na ich niską wydajność.

Kolor żarówki

Ważnym wskaźnikiem jest również temperatura barwowa (t0).
Barwa t0 jest charakterystyką przebiegu natężenia światła żarówki i jest funkcją długości fali określonej dla zakresu optycznego. Ten parametr jest mierzony w kelwinach (K).

Temperatura barwowa dla lampy żarowej

Należy zauważyć, że temperatura barwowa dla LN jest w przybliżeniu na poziomie 2700 K (dla źródeł światła o mocy od 5 do 60 W i powyżej). Barwa t0 LN znajduje się w obszarze czerwonego i termicznego zabarwienia widma widzialnego.
Barwa t0 w pełni odpowiada stopniowi nagrzania żarnika wolframowego, co nie pozwala na szybką awarię LN.

Notatka! W przypadku innych źródeł światła (na przykład żarówek LED) temperatura barwowa nie wskazuje, jak są ciepłe. Przy parametrze grzania LN wynoszącym 2700 K, dioda LED nagrzeje się tylko o 80ºС.

Zatem im większa moc LN (od 5 do 60 W i więcej), tym bardziej nastąpi nagrzewanie żarnika wolframowego i samej żarówki. W związku z tym większy będzie kolor t0. Poniżej znajduje się tabela porównująca wydajność i zużycie energii różne rodzajeżarówki. Jako grupę kontrolną, z którą dokonuje się porównania, brane są tutaj LN o mocy od 20 do 60 i do 200 W.

Tabela porównawcza mocy różne źródła Sveta

Jak widać, żarówki w tym parametrze są znacznie gorsze pod względem poboru mocy od innych źródeł światła.

Technologia oświetlenia i kolor blasku

W oświetleniu najważniejszym parametrem dla źródła światła jest jego barwa t0. Dzięki niemu można określić tonację barwną i barwę źródeł światła.

Opcje temperatury barwowej

Barwa t0 żarówek zależy od odcienia koloru i może mieć trzy rodzaje:

• zimno (od 5000 do 120000K);
• neutralny (od 4000 do 50000K);
• ciepły (od 1850 do 20000K). Podawana jest przez świecę stearynową.

Notatka! Biorąc pod uwagę temperaturę barwową LN, należy pamiętać, że nie pokrywa się ona z rzeczywistą temperaturą termiczną produktu, która jest wyczuwalna przy dotykaniu go dłonią.

W przypadku LN temperatura barwowa waha się od 2200 do 30000K. Dlatego mogą mieć promieniowanie zbliżone do ultrafioletu.

Wniosek

Dla każdego rodzaju źródła światła ważnym parametrem oceny jest temperatura barwowa. Jednocześnie dla LN służy jako odzwierciedlenie stopnia nagrzania produktu podczas jego pracy. Takie żarówki charakteryzują się wzrostem temperatury nagrzewania podczas pracy, co jest wyraźną wadą, która współczesne źródłaświatła, takie jak żarówki LED. Dlatego dzisiaj wielu preferuje luminescencyjne i Żarówki LED, a lampy żarowe stopniowo odchodzą w przeszłość.

W chwili obecnej żarówka o mocy 100 W ma następującą konstrukcję:

1. Uszczelniona szklana kolba w kształcie gruszki. Powietrze zostało z niego częściowo wypompowane lub zastąpione gazem obojętnym. Odbywa się to tak, aby żarnik wolframowy się nie wypalił.
2. Wewnątrz kolby znajduje się nóżka, do której przymocowane są dwie elektrody oraz kilka metalowych (molibdenowych) uchwytów, które podtrzymują żarnik wolframowy, zapobiegając jego zwisaniu i pękaniu pod własnym ciężarem podczas nagrzewania.
3. Wąska część kolby w kształcie gruszki jest zamocowana w metalowa skrzynka podstawa ze spiralnym gwintem do wkręcania w gniazdo. Część gwintowana to jeden styk, do której jest przylutowana jedna elektroda.
4. Druga elektroda jest przylutowana do styku na spodzie podstawy. Ma wokół siebie pierścieniową izolację od gwintowanego korpusu.

W zależności od konkretnych warunków pracy, niektóre elementy konstrukcyjne mogą być nieobecne (np. cokół lub uchwyty), modyfikowane (np. cokół), uzupełniane innymi detalami (dodatkowa kolba). Ale główne części to żarnik, żarówka i elektrody.

Zasada działania żarówki elektrycznej

Blask elektrycznej lampy żarowej jest spowodowany nagrzewaniem się żarnika wolframowego, przez który przepływa prąd elektryczny. Wybór na korzyść wolframu w produkcji korpusu żarowego został dokonany z tego powodu, że spośród wielu ogniotrwałych materiałów przewodzących jest on najtańszy. Ale czasami żarnik lamp elektrycznych jest wykonany z innych metali: osmu i renu.
Moc lampy zależy od rozmiaru użytego żarnika. Oznacza to, że zależy to od długości i grubości drutu. Tak więc żarówka o mocy 100 W będzie miała dłuższy żarnik niż żarówka o mocy 60 W.

Niektóre cechy i przeznaczenie elementów konstrukcyjnych lampy wolframowej

Każda część lampy elektrycznej ma swój własny cel i spełnia swoje funkcje:

1. Kolba. Wykonany jest ze szkła, dość taniego materiału, który spełnia podstawowe wymagania:
   – wysoka przezroczystość pozwala na przepuszczanie i pochłanianie energii świetlnej do minimum, unikając dodatkowego nagrzewania (czynnik ten ma ogromne znaczenie dla opraw oświetleniowych);
   - odporność na ciepło pozwala wytrzymać wysokie temperatury w wyniku nagrzewania gorącym żarnikiem (np. w lampie 100 W żarówka nagrzewa się do 290°C, 60 W - 200°C; 200 W - 330°C; 25 W - 100°C, 40 W - 145°C);
   - twardość pozwala wytrzymać ciśnienie zewnętrzne podczas wypompowywania powietrza i nie zapada się podczas wkręcania.
2. Napełnianie kolby. Silnie rozrzedzony ośrodek umożliwia zminimalizowanie przenoszenia ciepła z gorącego żarnika do części lampy, ale wzmaga parowanie cząstek gorącego ciała. Wypełnienie gazem obojętnym (argon, ksenon, azot, krypton) eliminuje silne parowanie wolframu z cewki, zapobiega zapłonowi żarnika i minimalizuje przenoszenie ciepła. Zastosowanie halogenów pozwala odparowanemu wolframowi na powrót do spiralnego włókna.
3. Spirala. Wykonany jest z wolframu, który wytrzymuje 3400 ° C, renu - 3400 ° C, osmu - 3000 ° C. Czasami zamiast spiralnej nici w lampie stosuje się wstążkę lub korpus o innym kształcie. Zastosowany drut ma okrągły przekrój, w celu zmniejszenia rozmiaru i strat energii na przenoszenie ciepła jest skręcony w podwójną lub potrójną spiralę.
4. Uchwyty na haki wykonane są z molibdenu. Nie pozwalają na duże ugięcie spirali, które wzrosło w wyniku nagrzewania się podczas pracy. Ich liczba zależy od długości drutu, czyli od mocy lampy. Na przykład lampa o mocy 100 W będzie miała 2 - 3 oprawki. Mniejsze żarówki mogą nie mieć oprawek.
5. cokół wykonana z metalu z gwintem zewnętrznym. Pełni kilka funkcji:
   - łączy kilka części (kolbę, elektrody i kontakt centralny);
   - służy do mocowania we wkładzie nasadowym za pomocą gwintu;
   - to jeden kontakt.

W zależności od przeznaczenia istnieje kilka rodzajów i form cokołów. urządzenie oświetleniowe. Istnieją projekty, które nie mają podstawy, ale mają tę samą zasadę działania żarówki. Najczęstsze typy podstaw to E27, E14 i E40.

Oto niektóre rodzaje cokołów używanych do różne rodzaje Lampy:

Oprócz różnego rodzaju cokołów istnieją Różne rodzaje kolba

Oprócz wymienionych szczegółów konstrukcyjnych lampy żarowe mogą mieć pewne dodatkowe elementy: wyłączniki bimetalowe, reflektory, cokoły bez gwintu, różne powłoki itp.

Historia powstania i doskonalenia projektu żarówki żarowej

W ciągu ponad 100 lat istnienia żarówki z żarnikiem wolframowym zasada działania i główne elementy konstrukcyjne prawie się nie zmieniły.
Wszystko zaczęło się w 1840 roku, kiedy powstała lampa, która wykorzystuje do oświetlenia zasadę żarzenia się platynowej spirali.
1854 – pierwsza praktyczna lampa. Wykorzystano naczynie z ewakuowanym powietrzem i zwęgloną nitką bambusową.
1874 - jako element grzejny zastosowano pręt węglowy umieszczony w naczyniu próżniowym.
1875 - lampa z kilkoma prętami, które świecą jeden po drugim w przypadku spalenia poprzedniej.
1876 ​​r. – zastosowanie filamentu kaolinowego, który nie wymagał odprowadzania powietrza ze statku.
1878 – zastosowanie włókna węglowego w rozrzedzonej atmosferze tlenowej. Umożliwiło to uzyskanie jasnego oświetlenia.
1880 – Powstała lampa z włókna węglowego o czasie świecenia do 40 godzin.
1890 - zastosowanie spiralnych nici z metali ogniotrwałych (tlenek magnezu, tor, cyrkon, itr, metaliczny osm, tantal) i wypełnienie kolb azotem.
1904 - wydanie lamp z żarnikiem wolframowym.
1909 - napełnianie kolb argonem.
Od tego czasu minęło ponad 100 lat. Zasada działania, materiały części, wypełnienie kolby pozostały praktycznie niezmienione. Tylko jakość materiałów użytych do produkcji lamp uległa ewolucji, specyfikacje i drobne dodatki.

Zalety i wady żarówek w porównaniu z innymi sztucznymi źródłami światła

Stworzony do oświetlenia. Wiele z nich zostało wynalezionych w ciągu ostatnich 20-30 lat przy użyciu zaawansowana technologia, ale zwykła żarówka nadal ma szereg zalet lub zestaw cech, które są bardziej optymalne w praktycznym zastosowaniu:

1. Taniość w produkcji.
2. Niewrażliwy na spadki napięcia.
3. Szybki zapłon.
4. Brak migotania. Ten czynnik jest bardzo istotny podczas używania prąd przemienny częstotliwość 50 Hz.
5. Możliwość regulacji jasności źródła światła.
6. Stałe widmo promieniowania świetlnego, zbliżone do naturalnego.
7. Ostrość cieni, jak w słońcu. Co jest również normalne dla ludzi.
8. Możliwość pracy w warunkach wysokich i niskich temperatur.
9. Możliwość produkcji lamp o różnej mocy (od kilku W do kilku kW) i przeznaczonych na różne napięcia (od kilku V do kilku kV).
10. Łatwa utylizacja ze względu na brak substancji toksycznych.
11. Możliwość zastosowania dowolnego rodzaju prądu o dowolnej polaryzacji.
12. Praca bez dodatkowych urządzeń rozruchowych.
13. Cicha praca.
14. Nie powoduje zakłóceń radiowych.

Wraz z tak dużą listą pozytywnych czynników, żarówki mają również szereg istotnych wad:

1. Głównym negatywnym czynnikiem jest bardzo niska wydajność. Sięga tylko 15% dla lampy o mocy 100 W, dla urządzenia o mocy 60 W liczba ta wynosi tylko 5%. Jednym ze sposobów na zwiększenie wydajności jest zwiększenie temperatury żarnika, ale to znacznie skraca żywotność cewki wolframowej.
2. Krótka żywotność.
3. Wysoka temperatura powierzchni żarówki, która może osiągnąć 300°C dla lampy 100-watowej. Stanowi to zagrożenie dla życia i zdrowia istot żywych oraz stanowi zagrożenie pożarowe.
4. Wrażliwość na wstrząsy i wibracje.
5. Zastosowanie kształtek żaroodpornych i izolacji przewodów przewodzących prąd.
6. Wysokie zużycie energii (od 5 do 10 razy nominalnie) podczas uruchamiania.

Pomimo obecności istotnych wad, żarówka elektryczna jest niealternatywnym urządzeniem oświetleniowym. Niską wydajność rekompensuje niski koszt produkcji. Dlatego w ciągu najbliższych 10 - 20 lat będzie to bardzo poszukiwany produkt.

Ten metal nazywa się wolframem. Został odkryty pod koniec 1781 roku przez szwedzkiego chemika Scheele, a przez cały XIX wiek naukowcy aktywnie go badali. Dziś ludzkość wie wystarczająco dużo, aby z powodzeniem wykorzystywać wolfram i jego związki w różnych gałęziach przemysłu.

Wolfram ma zmienną wartościowość, która jest związana ze specjalnym układem elektronów na orbitalach atomowych. Ten metal jest zwykle srebrzystobiały i ma charakterystyczny połysk. Wygląda jak platyna.

Wolfram można przypisać bezpretensjonalnym metalom. Ani jedna zasada go nie rozpuści. Nawet mocne kwasy, takie jak kwas solny, nie mają na to wpływu. Z tego powodu elektrody stosowane w galwanizacji i elektrolizie wykonane są z wolframu.

Żarówki wolframowe i żarowe

Dlaczego żarnik w żarówkach jest wykonany z wolframu? Chodzi o jego wyjątkowość właściwości fizyczne. Kluczową rolę odgrywa tutaj temperatura topnienia, która wynosi około 3500 stopni Celsjusza. Jest to o rząd wielkości wyższy niż w przypadku wielu metali powszechnie stosowanych w przemyśle. Na przykład aluminium topi się w temperaturze 660 stopni.

Elektryczność, przechodząc przez żarnik, nagrzewa go do 3000 stopni. wyróżnia się duża liczba energia cieplna, która jest bezużytecznie wydatkowana w otaczającej przestrzeni. Ze wszystkich metali znanych nauce tylko wolfram jest w stanie wytrzymać tak wysoką temperaturę i nie topi się, w przeciwieństwie do tego samego aluminium. Bezpretensjonalność wolframu sprawia, że ​​żarówki długo służą w domach. Jednak po pewnym czasie żarnik pęka i lampa przestaje działać. Dlaczego tak się dzieje? Chodzi o to, że pod wpływem bardzo wysokiej temperatury podczas przepływu prądu (około 3000 stopni) wolfram zaczyna parować. Cienki żarnik lampy z czasem staje się jeszcze cieńszy, aż pęknie.

Do topienia próbki wolframu stosuje się topienie wiązki elektronów lub argonu. Korzystając z tych metod, możesz bez problemu podgrzać metal do 6000 stopni Celsjusza.

Pozyskiwanie wolframu

Trudno jest uzyskać wysokiej jakości próbkę tego metalu, ale dziś naukowcy radzą sobie z tym zadaniem z błyskotliwością. Opracowano kilka unikalnych technologii, które umożliwiają hodowlę monokryształów wolframu, ogromnych tygli wolframowych (ważących do 6 kg). Te ostatnie są szeroko stosowane do uzyskiwania drogich stopów.