Žarnica z žarilno nitko. Žarnica z žarilno nitko: celo obdobje v razsvetljavi

Kljub aktivni ofenzivi varčnih žarnic ostajajo žarnice z žarilno nitko daleč najpogostejši vir svetlobe. Osnovna zasnova električne žarnice z žarilno nitko se ni spremenila že več kot 100 let in je sestavljena iz osnove, kontaktnih prevodnikov in steklene žarnice, ki ščiti tanko vijačnico žarilne nitke pred izpostavljenostjo okolje. Načelo delovanja žarnic z žarilno nitko temelji na optičnem sevanju, pridobljenem iz prevodnika, segretega na visoko temperaturo v inertnem okolju.

Zgodba

Prvič električni vir Sveta - električni lok je leta 1802 prižgal ruski znanstvenik V.V. Petrov. Kot vir toka je uporabil ogromen baterija 2100 bakreno-cinkovih elementov, poimenovanih po enem od ustvarjalcev elektrike Volta, "voltaik". Petrov je uporabil par ogljikovih palic, povezanih z različnimi poli galvanske baterije. Ko so se konci palic približali na blizu, se je skozi zračno režo prebil električni razelektritev, medtem ko so konci palic postali belo vroči in med njimi se je pojavil ognjeni lok. Takšno svetilko je bilo težko uporabiti - ogljikove palice so hitro in neenakomerno gorele, lok pa je dajal preveč vročo in svetlo svetlobo.

Aleksander Nikolajevič Lodygin je leta 1872 vložil prijavo, nato pa prejel patent (št. 1619, z dne 11. julija 1874) za napravo - žarnico in metodo poceni električne razsvetljave. Ta izum je patentiral najprej v Rusiji, nato pa tudi v Avstriji, Veliki Britaniji, Franciji, Belgiji. V svetilki Lodygin je bilo grelno telo tanka palica retortnega premoga, nameščena pod stekleno kapico. Leta 1875 so Lodyginove žarnice osvetlile Floranovo trgovino na ulici Bolshaya Morskaya v Sankt Peterburgu, ki je bila počaščena, da je postala prva trgovina na svetu z električno razsvetljavo. Prva v Rusiji instalacija zunanje električne razsvetljave z obločnimi svetilkami je bila zagnana 10. maja 1880 na mostu Liteiny v Sankt Peterburgu. Lodyginove žarnice so služile približno dva meseca, dokler premog ni dogorel (v Lodyginovi novi svetilki so bili štirje takšni premogi - ko je en premog pregorel, je njegovo mesto zamenjal drugi).

Ruski znanstvenik Pavel Nikolajevič Yablochkov je premogovne palice razporedil vzporedno in jih ločil s plastjo gline, ki je postopoma izhlapevala. Yablochkovove "sveče" so gorele s čudovito rožnato in vijolična. Leta 1877 so osvetlili eno od glavnih ulic v Parizu. In električno razsvetljavo so začeli imenovati "la lumiere russe" - "ruska svetloba".

Kljub temu se izumitelj sodobne električne žarnice imenuje Thomas Edison. 1. januarja 1880 je v Menlo Parku (ZDA) potekala demonstracija električne razsvetljave za hiše in ulice, ki jo je predlagal Thomas Edison, ki se je je udeležilo tri tisoč ljudi. Edison je naredil najpomembnejše izboljšave pri zasnovi Lodyginove žarnice: dosegel je znatno odstranitev zraka iz žarnice, zaradi česar je žarilna nitka sijala, ne da bi pregorela.

Edison je zasnoval znano navojno podnožje sodobnih svetilk, ki se imenuje po njem. Danes je od polnega imena ohranjena le prva črka "E" v njeni oznaki. Poleg tega je Edison predlagal sistem za proizvodnjo in distribucijo električne energije za razsvetljavo.

Izboljšanje žarnice se nadaljuje še danes. Namesto premoga so začeli izdelovati filamente iz toplotno odpornih kovin - najprej iz osmija in tantala, nato pa iz volframa. Da bi zmanjšali izhlapevanje in povečali trdnost, so se od leta 1910 naučili zvijati kovinsko nit v enojne in večkrat ponavljajoče se spirale. Da bi preprečili, da bi se kovinski hlapi usedli na steklo, so ga bučke začele polniti z dušikom ali inertnimi plini.

Vse to je omogočilo povečanje svetlobne učinkovitosti žarnic z žarilno nitko s prvotnih 4-6 na 10-15 lm / W in življenjsko dobo s 50-100 na zdaj znano vrednost 1000 ur. toplotno načelo pridobivanje svetlobe je našlo uporabo v halogenskih žarnicah.

raven energije

zelena luč

Tehnične informacije

Svetlobna učinkovitost žarnic z žarilno nitko je relativno nizka. Je najnižja med sodobnimi električnimi svetilkami in leži v območju od 4 do 15 lm / W. Visoka svetlost žarilne nitke v kombinaciji z njeno miniaturno velikostjo omogoča uporabo žarnic z žarilno nitko v optičnih sistemih in reflektorjih. Žarnice z žarilno nitko imajo širok razpon nazivnih napetosti in moči. Ta vrsta svetilke lahko deluje v širokem razponu temperatur okolja, ki je omejen le s toplotno odpornostjo materialov, uporabljenih pri njegovi izdelavi (-100...+300°C). Svetlobni tok žarnic z žarilno nitko uravnavamo s spreminjanjem delovne napetosti, kar je mogoče doseči z zatemnilnikom (dimerjem) katere koli izvedbe.

Pomanjkljivost je visoka delovna temperatura in količina toplote, ki nastane med delovanjem. Žarnice z žarilno nitko so občutljive na vdor vode, saj se del steklene žarnice zaradi nenadnega hlajenja razbije in so zaradi visokih obratovalnih temperatur potencialno nevarne za požar.

Danes v svetu obstaja stalen trend zniževanja deleža žarnic v skupni prostornini svetlobnih naprav. V profesionalnem sektorju trga razsvetljave v razvitih državah ta delež že danes ne presega 10 %, ki ga izpodrivajo varčnejše halogenske in LED svetlobne naprave.

Ta tema je precej obsežna, zato želim takoj opozoriti, da bomo v tem članku obravnavali vprašanje požarne nevarnosti svetilk, ki se uporabljajo izključno v vsakdanjem življenju.

Požarna nevarnost vtičnic električnih žarnic

Med delovanjem lahko nosilci žarnic izdelka povzročijo požar zaradi kratkega stika v notranjosti nosilca žarnice, zaradi preobremenitvenih tokov, zaradi velikih kontaktni upor v kontaktnih delih.

Zaradi kratkih stikov je možen kratek stik med fazo in ničlo v vtičnicah žarnic. V tem primeru je vzrok požara spremljajoči kratek stik, pa tudi pregrevanje kontaktnih delov zaradi toplotnih učinkov tokov kratkega stika.

Pri priključitvi žarnic z močjo, ki presega nazivno za to kartušo, so možne pretočne kartuše. Običajno so požari med preobremenitvami povezani tudi s povečanim padcem napetosti na kontaktih.

Rast padca napetosti v kontaktih se povečuje s povečanjem kontaktne upornosti kontaktov in toka obremenitve. Večji kot je padec napetosti v kontaktih, večje je njihovo segrevanje in večja je verjetnost vžiga plastike ali žic, povezanih s kontakti.

V nekaterih primerih je možen tudi vžig izolacije napajalnih žic in vrvic, kar je posledica obrabe prevodnih jeder in staranja izolacije.

Vse tukaj opisano velja tudi za druge izdelke za elektro inštalacijo (vtičnice, stikala). Še posebej požarno nevarni so električni inštalacijski izdelki, ki imajo nekvalitetno montažo ali določene konstrukcijske pomanjkljivosti, na primer pomanjkanje mehanizmov za takojšnje sprostitev kontaktov za poceni stikala itd.

Toda nazaj k vprašanju požarne nevarnosti svetlobnih virov.

Glavni vzrok požarov iz katere koli električne sijalke je vžig materialov in konstrukcij zaradi toplotnih učinkov svetilk v pogojih omejenega odvajanja toplote. To se lahko zgodi zaradi namestitve svetilke neposredno na gorljive materiale in konstrukcije, prekrivanja svetilk z gorljivimi materiali, pa tudi zaradi konstrukcijskih napak v svetilkah ali nepravilnega položaja svetilke - brez odvajanja toplote, ki ga predvidevajo zahteve v skladu z tehnično dokumentacijo na svetilko.

Požarna nevarnost žarnic z žarilno nitko

V žarnicah z žarilno nitko se električna energija pretvarja v svetlobno in toplotno energijo, toplotna energija pa predstavlja velik delež celotne energije, zato se žarnice žarnic zelo spodobno segrejejo in imajo pomembne toplotne učinke na predmete in materiale, ki obdajajo žarnico. svetilka.

Ogrevanje med gorenjem svetilke je neenakomerno porazdeljeno po njeni površini. Torej, za žarnico, napolnjeno s plinom z močjo 200 W, je bila temperatura stene bučke vzdolž njene višine z navpično suspenzijo med meritvami: na dnu - 82 ° C, na sredini višine bučka - 165 ° C, v spodnjem delu bučke - 85 ° C.

Prisotnost zračne reže med svetilko in katerim koli predmetom znatno zmanjša njeno segrevanje. Če je temperatura žarnice na njenem koncu enaka 80 ° C za žarnico z žarilno nitko z močjo 100 W, je bila temperatura na razdalji 2 cm od konca žarnice že 35 ° C, na razdalji od 10 cm - 22 ° C, in na razdalji 20 cm - 20 ° C Z.

Če žarnica žarnice pride v stik s telesi z nizko toplotno prevodnostjo (tkanina, papir, les itd.), je možno močno pregrevanje v kontaktnem območju zaradi poslabšanja odvajanja toplote. Tako imam na primer 100-vatno žarnico z žarilno nitko, zavito v bombažno krpo, po 1 minuti po vklopu v vodoravnem položaju se je segrela na 79 ° C, po dveh minutah - do 103 ° C in po 5 minut - do 340 ° C, po katerem je začelo tleti (in to lahko povzroči požar).

Meritve temperature so bile izvedene s termočlenom.

Navedel bom še nekaj številk, pridobljenih kot rezultat meritev. Mogoče se bodo komu zdele koristne.

Torej je temperatura na žarnici žarnice z žarilno nitko 40 W (ena najpogostejših moči žarnic v domačih svetilkah) 113 stopinj 10 minut po vklopu žarnice, po 30 minutah. - 147 o C.

75 W žarnica se je po 15 minutah segrela na 250 stopinj. Res je, da se v prihodnosti temperatura na žarnici stabilizira in se praktično ne spremeni (po 30 minutah je bila približno enakih 250 stopinj).

Žarnica z žarilno nitko z močjo 25 W segreje do 100 stopinj.

Najvišje temperature so bile zabeležene na žarnici 275 W foto žarnice. V 2 minutah po vklopu je temperatura dosegla 485 stopinj, po 12 minutah pa 550 stopinj.

Pri uporabi halogenskih žarnic (po principu delovanja so tesni sorodniki žarnic) je tudi vprašanje njihove požarne nevarnosti, če ne celo bolj pereče.

Še posebej pomembno je upoštevati sposobnost ustvarjanja toplote velike velikosti halogenske sijalke, če je potrebno, jih uporabite lesene površine kar se mimogrede zgodi precej pogosto. V tem primeru je priporočljivo uporabiti nizkonapetostne halogenske sijalke (12 V) majhne moči. Tako se že pri 20 W halogenski žarnici začnejo konstrukcije iz bora sušiti, materiali iz iverne plošče pa oddajajo formaldehid. Žarnice z močjo večjo od 20 W so še bolj vroče, kar je polno spontanega izgorevanja.

Pri izbiri zasnove svetilk za halogenske sijalke je treba posvetiti posebno pozornost. Sodobne visokokakovostne svetilke same po sebi precej dobro izolirajo materiale, ki obdajajo svetilko. Glavna stvar je, da je svetilka lahko prosto izgubila to toploto in zasnova svetilke na splošno ni bila termos za toploto.

Če se dotaknemo splošno sprejetega mnenja, da halogenske sijalke s posebnimi reflektorji (na primer tako imenovane dikroične sijalke) praktično ne oddajajo toplote, je to očitna zabloda. Dikroični reflektor deluje kot ogledalo za vidno svetlobo, vendar blokira večino infrardečega (toplotnega) sevanja. Vsa toplota se vrne nazaj v svetilko. Zato dikroične sijalke manj segrevajo osvetljen predmet (hladni svetlobni snop), hkrati pa veliko bolj segrejejo samo žarnico kot običajne halogenske sijalke in žarnice z žarilno nitko.

požarna nevarnost fluorescenčne sijalke

Kar zadeva sodobne fluorescenčne sijalke (npr. T5 in T2) in vse fluorescenčne sijalke z elektronsko krmilno napravo, še nimam podatkov o njihovih velikih toplotnih učinkih. Razmislite možni razlogi pojav visokih temperatur na fluorescenčnih sijalkah s standardno elektromagnetno krmilno napravo. Kljub temu, da so tovrstne predstikalne naprave v Evropi že skoraj popolnoma prepovedane, so pri nas še vedno zelo, zelo pogoste in bo minilo še kar nekaj časa, preden jih bodo v celoti nadomestile elektronske predstikalne naprave.

Z vidika fizični proces Fluorescentne sijalke pretvarjajo več električne energije v vidno svetlobo kot žarnice z žarilno nitko. Vendar pa je pod določenimi pogoji, povezanimi z okvarami predstikalne naprave fluorescenčnih sijalk ("lepljenje" zaganjalnika itd.), možno njihovo močno segrevanje (v nekaterih primerih je možno segrevanje sijalk do 190 - 200 stopinj in - do 120).

Takšne temperature na svetilkah so posledica taljenja elektrod. Poleg tega, če se elektrode približajo steklu svetilke, je lahko segrevanje še pomembnejše (tališče elektrod, odvisno od materiala, je 1450 - 3300 ° C). Kar se tiče možne temperature na dušilki (100 - 120 ° C), je tudi nevarna, saj je temperatura zmehčanja polnilne mase po standardih 105 ° C.

gotovo požarna nevarnost predstavljajo zaganjalnike: vsebujejo lahko gorljive materiale (papirni kondenzator, kartonska tesnila itd.).

Zahtevajo, da maksimalno pregrevanje nosilnih površin svetilk ne presega 50 stopinj.

Nasploh je tema, ki se je danes dotaknila, zelo zanimiva in precej obsežna, zato se bomo k njej zagotovo še vrnili.

Sodobni trg razsvetljave danes ne predstavljajo le različne svetilke, temveč tudi svetlobni viri. Ena najstarejših žarnic našega časa so žarnice z žarilno nitko (LN).

Tudi ob upoštevanju dejstva, da danes obstajajo naprednejši viri svetlobe, se žarnice z žarilno nitko še vedno pogosto uporabljajo za osvetlitev različnih vrst prostorov. Tukaj bomo upoštevali tako pomemben parameter teh svetilk, kot je temperatura ogrevanja med delovanjem, pa tudi barvna temperatura.

Značilnosti svetlobnega vira

Žarnice z žarilno nitko so prvi vir električne svetlobe, ki ga je izumil človek. Ta izdelek ima lahko drugačna moč(od 5 do 200 W). Toda najpogosteje uporabljeni modeli so 60 vatov.

Opomba! Največja pomanjkljivost žarnic z žarilno nitko je visoka poraba energije. Zaradi tega se število LN, ki se aktivno uporabljajo kot vir svetlobe, vsako leto zmanjšuje.

Preden nadaljujete z obravnavo parametrov, kot sta temperatura ogrevanja in barvna temperatura, je treba razumeti oblikovne značilnosti takšnih svetilk, pa tudi načelo njihovega delovanja.
Žarnice z žarilno nitko med svojim delom pretvarjajo električno energijo, ki prehaja skozi volframovo žarilno nitko (spiral), v svetlobo in toploto.
Do danes, sevanje, na svoj način fizična lastnost, je razdeljen na dve vrsti:

Naprava z žarilno nitko

toplotni;
luminiscentno.

Toplotno, ki je značilno za žarnice z žarilno nitko, se nanaša na svetlobno sevanje. Na toplotnem sevanju temelji sijaj električne žarnice z žarilno nitko.
Žarnice z žarilno nitko so sestavljene iz:

steklena bučka;
ognjevzdržna volframova filament (del spirale). Pomemben element celotno svetilko, saj če je žarilna nitka poškodovana, žarnica preneha svetiti;
podstavek.

Med delovanjem takšnih svetilk se zaradi prehoda skozi njo poveča t0 žarilne nitke električna energija v obliki toka. Da bi preprečili hitro izgorevanje niti v spirali, se iz bučke izčrpa zrak.
Opomba! Pri naprednejših modelih žarnic z žarilno nitko, ki so halogenske žarnice, se namesto vakuuma v žarnico črpa inertni plin.
Volframova nitka je nameščena v spiralo, ki je pritrjena na elektrode. V spirali je nit na sredini. Elektrode, na katere je nameščena spirala oziroma volframova nitka, sta spajkani na različne elemente: ena na kovinski tulec osnove, druga pa na kovinsko kontaktno ploščo.
Zaradi te zasnove žarnice tok, ki poteka skozi spiralo, povzroči segrevanje (povečanje t0 znotraj žarnice) žarilne nitke, saj premaga njen upor.

Načelo žarnice

Delovna žarnica z žarilno nitko

Ogrevanje LN med delovanjem nastane zaradi konstrukcijskih značilnosti vira svetlobe. Zaradi močnega segrevanja med delovanjem se čas delovanja svetilk znatno zmanjša, zaradi česar danes niso tako donosne. V tem primeru zaradi segrevanja žarilne nitke pride do povečanja t0 same žarnice.

Načelo delovanja LN temelji na pretvorbi električne energije, ki prehaja skozi filamente spirale, v svetlobno sevanje. V tem primeru lahko temperatura segrete niti doseže 2600-3000 °C.

Opomba! Tališče volframa, iz katerega so izdelani spiralni filamenti, je 3200-3400 °C. Kot lahko vidite, običajno temperatura segrevanja niti ne more voditi do začetka procesa taljenja.

Spekter svetilk s takšno strukturo se izrazito razlikuje od spektra dnevne svetlobe. Za takšno svetilko bo za spekter oddane svetlobe značilna prevlada rdečih in rumenih žarkov.
Treba je opozoriti, da je bučke več sodobni modeli LN (halogen) se ne evakuirajo in tudi v svoji sestavi ne vsebujejo spiralne niti. Namesto tega se v bučko črpajo inertni plini (argon, dušik, kripton, ksenon in argon). Takšne strukturne izboljšave so privedle do dejstva, da se je temperatura segrevanja bučke med delovanjem nekoliko zmanjšala.

Prednosti in slabosti vira svetlobe

Kljub dejstvu, da je danes trg svetlobnih virov poln najrazličnejših modelov, so žarnice z žarilno nitko na njem še vedno precej pogoste. Tukaj lahko najdete izdelke za različne količine vatov (od 5 do 200 vatov in več). Najbolj priljubljene žarnice so od 20 do 60 vatov, pa tudi 100 vatov.

Razpon izbire

LN se še naprej pogosto uporabljajo, ker imajo svoje prednosti:

ko je vklopljen, se vžig luči zgodi skoraj takoj;
majhne dimenzije;
poceni;
modeli, v bučki katerih je samo vakuum, so okolju prijazni izdelki.

Prav te prednosti so privedle do dejstva, da so LN še vedno zelo povprašeni sodobnem svetu. Danes doma in na delovnem mestu zlahka srečate predstavnike tega svetlobnega izdelka z močjo 60 W in več.
Opomba! Velik odstotek uporabe LN se nanaša na industrijo. Pogosto se tukaj uporabljajo zmogljivi modeli (200 W).
Toda žarnice z žarilno nitko imajo tudi precej impresiven seznam pomanjkljivosti, ki vključujejo:

prisotnost zaslepljujoče svetlosti svetlobe, ki izhaja iz svetilk med delovanjem. Zato je potrebna uporaba posebnih zaščitnih zaslonov;
med delovanjem se žarilna nitka segreje, pa tudi sama bučka. Zaradi močnega segrevanja bučke, ko že majhna količina vode zadene njeno površino, je možna eksplozija. Poleg tega se žarnica ogreva za vse žarnice (vsaj 60 W, vsaj nižje ali višje);

Opomba! Povečanje segrevanja bučke še vedno prinaša določeno stopnjo nevarnosti poškodb. Povišana temperatura steklene žarnice ob dotiku z nezaščiteno kožo lahko povzroči opekline. Zato takšnih svetilk ne smete postavljati v tiste svetilke, ki jih otrok zlahka doseže. Poleg tega lahko poškodba steklene žarnice povzroči ureznine ali druge poškodbe.

Žarjenje volframove žarilne nitke

visoka poraba električne energije;
v primeru okvare jih ni mogoče popraviti;
nizka življenjska doba. Žarnice z žarilno nitko hitro odpovejo zaradi dejstva, da se v trenutku vklopa ali izklopa luči lahko zaradi pogostega segrevanja poškoduje spiralna nit.

Kot lahko vidite, uporaba LN prinaša veliko več slabosti kot plusi. Najpomembnejše pomanjkljivosti žarilnih šap so segrevanje zaradi zvišanja temperature v notranjosti žarnice, pa tudi visoka poraba energije. In to velja za vse možnosti za svetilke z močjo od 5 do 60 W in več.

Pomembni parametri ocenjevanja

Eden najpomembnejših parametrov delovanja LN je faktor svetlobe. Ta parameter ima obliko razmerja med močjo sevanja vidnega spektra in močjo porabljene električne energije. Za ta izdelek je to dokaj majhna vrednost, ki ne presega 4%. To pomeni, da je LN značilna nizka svetlobna moč.
Drugi pomembni parametri delovanja vključujejo:

svetlobni tok;
barva t0 ali barva sijaja;
moč;
življenska doba.

Upoštevajte prva dva parametra, saj smo v prejšnjem odstavku obravnavali življenjsko dobo.

Svetlobni tok

Svetlobni tok je fizična količina, ki določa količino svetlobne moči v določenem svetlobnem emisijskem toku. Poleg tega je še ena pomemben vidik kot svetlobna moč. Za žarnico določa razmerje oddane žarnice svetlobni tok na moč, ki jo porabi. Svetlobna moč se meri v lm/W.

Opomba! Svetlobna učinkovitost je pokazatelj ekonomičnosti in učinkovitosti svetlobnih virov.

Tabela svetlobnega toka in svetlobne učinkovitosti žarnic z žarilno nitko

Kot lahko vidite, so za naš svetlobni vir zgornje vrednosti na nizki ravni, kar kaže na njihovo nizko učinkovitost.

Barva žarnice

Pomemben kazalnik je tudi barvna temperatura (t0).
Barva t0 je značilnost poteka svetlobne jakosti žarnice in je funkcija valovne dolžine, definirane za optično območje. Ta parameter se meri v kelvinih (K).

Barvna temperatura za žarnico

Treba je opozoriti, da je barvna temperatura za LN približno na ravni 2700 K (za svetlobne vire z močjo od 5 do 60 W in več). Barva t0 LN je v območju rdečega in toplotnega odtenka vidnega spektra.
Barva t0 v celoti ustreza stopnji segrevanja volframove žarilne nitke, ki ne omogoča hitrega odpovedi LN.

Opomba! Za druge svetlobne vire (na primer LED žarnice) barvna temperatura ne kaže, kako topli so. S parametrom ogrevanja LN 2700 K se bo LED segrela le za 80ºС.

Tako večja kot je moč LN (od 5 do 60 W in več), bolj bo prišlo do segrevanja volframove žarilne nitke in same žarnice. V skladu s tem večja bo barva t0. Spodaj je tabela, ki primerja učinkovitost in porabo energije različni tipižarnice. Kot kontrolna skupina, s katero se primerja, so tukaj vzeti LN z močjo od 20 do 60 in do 200 W.

Primerjalna tabela moči različnih virov Sveta

Kot lahko vidite, so žarnice z žarilno nitko v tem parametru po porabi energije bistveno slabše od drugih svetlobnih virov.

Svetlobna tehnologija in barva sijaja

V svetlobni tehniki je najpomembnejši parameter za svetlobni vir njegova barva t0. Zahvaljujoč temu lahko določite barvni ton in barvo svetlobnih virov.

Možnosti barvne temperature

Barva t0 žarnic je določena z barvnim tonom in je lahko treh vrst:

hladno (od 5000 do 120000K);
nevtralen (od 4000 do 50000K);
toplo (od 1850 do 20000K). Daje ga stearinska sveča.

Opomba! Glede na barvno temperaturo LN je treba spomniti, da ne sovpada z dejansko toplotno temperaturo izdelka, ki se čuti, ko se ga dotaknete z roko.

Za LN se barvna temperatura giblje od 2200 do 30000K. Zato imajo lahko sevanje blizu ultravijoličnega.

Zaključek

Za katero koli vrsto svetlobnega vira je barvna temperatura pomemben ocenjevalni parameter. Hkrati za LN služi kot odraz stopnje segrevanja izdelka med njegovim delovanjem. Za takšne žarnice je značilno povečanje temperature ogrevanja med delovanjem, kar je očitna pomanjkljivost, ki sodobnih virov luči, kot so LED žarnice. Zato danes mnogi dajejo prednost luminiscenčnim in LED žarnice, žarnice z žarilno nitko pa postopoma postajajo preteklost.

Trenutno ima žarnica z žarilno nitko 100 W naslednjo zasnovo:

Zapečatena steklena bučka v obliki hruške. Zrak je bil delno izčrpan iz njega ali zamenjan z inertnim plinom. To se naredi tako, da volframova nitka ne izgori.
V notranjosti bučke je noga, na katero sta pritrjeni dve elektrodi in več držal iz kovine (molibden), ki podpirajo volframovo nitko in preprečujejo, da bi se med segrevanjem povešala in zlomila pod lastno težo.
V njej je pritrjen ozek del hruškaste bučke kovinsko ohišje podstavek s spiralnim navojem za privijanje v nastavek. Navojni del je en kontakt, nanj je spajkana ena elektroda.
Druga elektroda je spajkana na kontakt na dnu podstavka. Okoli navojnega telesa ima obročasto izolacijo.

Odvisno od posebnih pogojev delovanja so lahko nekateri strukturni elementi odsotni (na primer podstavek ali držala), se spremenijo (na primer podstavek), dopolnijo z drugimi detajli (dodatna bučka). Toda deli, kot so žarilna nitka, žarnica in elektrode, so glavni deli.

Načelo delovanja električne žarnice z žarilno nitko

Sijaj električne žarnice je posledica segrevanja volframove niti, skozi katero teče električni tok. Izbira v korist volframa pri izdelavi žarečega telesa je bila narejena zato, ker je od mnogih ognjevzdržnih prevodnih materialov najcenejši. Toda včasih je žarilna nitka električnih svetilk izdelana iz drugih kovin: osmija in renija.
Moč žarnice je odvisna od velikosti žarilne nitke, ki se uporablja. To pomeni, da je odvisno od dolžine in debeline žice. Torej bo imela žarnica z žarilno nitko 100 W daljšo žarilno nitko kot žarnica z žarilno nitko z močjo 60 W.

Nekatere značilnosti in namen strukturnih elementov volframove sijalke

Vsak del električne svetilke ima svoj namen in opravlja svoje funkcije:

Bučka. Narejen je iz stekla, dokaj poceni materiala, ki izpolnjuje osnovne zahteve:
– visoka prosojnost omogoča, da svetlobna energija prehaja in jo absorbira na minimum, pri čemer se izognemo dodatnemu segrevanju (ta dejavnik je izjemnega pomena za svetilke);
- toplotna odpornost omogoča prenašanje visokih temperatur zaradi segrevanja iz vroče žarilne nitke (na primer v 100 W žarnici se žarnica segreje na 290 ° C, 60 W - 200 ° C; 200 W - 330 ° C; 25 W - 100 °C, 40 W - 145 °C);
- trdota vam omogoča, da prenesete zunanji pritisk, ko se zrak izčrpa, in se ne zruši pri privijanju.
Polnjenje bučke. Zelo redek medij omogoča zmanjšanje prenosa toplote z vroče žarilne nitke na dele sijalke, povečuje pa izhlapevanje delcev vročega telesa. Polnjenje z inertnim plinom (argon, ksenon, dušik, kripton) odpravi močno izhlapevanje volframa iz tuljave, prepreči vžig žarilne nitke in zmanjša prenos toplote. Uporaba halogenov omogoča, da uparjeni volfram teče nazaj v spiralno žarilno nitko.
Spiralna. Narejen je iz volframa, ki zdrži 3400 ° C, renija - 3400 ° C, osmija - 3000 ° C. Včasih se namesto spiralne niti v svetilki uporablja trak ali telo druge oblike. Uporabljena žica ima okrogel prerez, za zmanjšanje velikosti in izgube energije za prenos toplote je zavita v dvojno ali trojno vijačnico.
Držala za kavelj so izdelana iz molibdena. Ne dovoljujejo velikega povešanja spirale, ki se je med delovanjem povečala zaradi segrevanja. Njihovo število je odvisno od dolžine žice, torej od moči svetilke. Na primer, 100 W žarnica bo imela 2 - 3 držala. Manjše žarnice z žarilno nitko morda nimajo nosilcev.
podstavek iz kovine z zunanjim navojem. Opravlja več funkcij:
- povezuje več delov (bučka, elektrode in centralni kontakt);
- služi za pritrditev v vtičnico z navojem;
- je en stik.

Obstaja več vrst in oblik podstavkov, odvisno od namena. svetlobna naprava. Obstajajo modeli, ki nimajo podlage, vendar z enakim principom delovanja žarnice. Najpogostejše vrste podlage so E27, E14 in E40.

Tukaj je nekaj vrst podstavkov, ki se uporabljajo za različne vrste svetilke:

Poleg različnih vrst podstavkov obstajajo različne vrste bučka

Poleg navedenih strukturnih podrobnosti imajo lahko žarnice z žarilno nitko nekaj dodatni elementi: bimetalna stikala, reflektorji, podnožja brez navoja, različni premazi itd.

Zgodovina nastanka in izboljšanja zasnove žarnice z žarilno nitko

V več kot 100-letnem obstoju sijalke z žarilno nitko z volframovo nitko se načelo delovanja in glavni elementi oblikovanja skoraj niso spremenili.
Vse se je začelo leta 1840, ko je nastala svetilka, ki za osvetlitev uporablja princip žarenja platinaste spirale.
1854 - prva praktična svetilka. Uporabljena je bila posoda z evakuiranim zrakom in zoglenelo bambusovo nit.
1874 - ogljikova palica, nameščena v vakuumsko posodo, se uporablja kot grelno telo.
1875 - svetilka z več palicami, ki svetijo ena za drugo v primeru zgorevanja prejšnje.
1876 - uporaba kaolinskega filamenta, ki ni zahteval evakuacije zraka iz plovila.
1878 - uporaba ogljikovih vlaken v atmosferi redkega kisika. To je omogočilo pridobitev svetle osvetlitve.
1880 - Ustvarjena je bila žarnica iz ogljikovih vlaken s časom sijanja do 40 ur.
1890 - uporaba spiralnih niti iz ognjevzdržnih kovin (magnezijev oksid, torij, cirkonij, itrij, kovinski osmij, tantal) in polnjenje bučk z dušikom.
1904 - sprostitev svetilk z volframovo žarilno nitko.
1909 - polnjenje bučk z argonom.
Od takrat je minilo več kot 100 let. Načelo delovanja, materiali delov, polnjenje bučke so ostali praktično nespremenjeni. Izboljšala se je le kakovost materialov, uporabljenih pri proizvodnji svetilk, specifikacije in majhnih dodatkov.

Prednosti in slabosti žarnic z žarilno nitko pred drugimi umetnimi viri svetlobe

Ustvarjen za razsvetljavo. Mnogi od njih so bili izumljeni v zadnjih 20-30 letih z uporabo visoka tehnologija, vendar ima navadna žarnica še vedno številne prednosti ali nabor lastnosti, ki so bolj optimalne v praktični uporabi:

Pocenitev v proizvodnji.
Neobčutljiv na padce napetosti.
Hiter vžig.
Brez utripanja. Ta dejavnik je zelo pomemben pri uporabi izmenični tok frekvenca 50 Hz.
Možnost prilagajanja svetlosti vira svetlobe.
Konstanten spekter svetlobnega sevanja, blizu naravnega.
Ostrina senc, kot pri sončni svetlobi. Kar je tudi normalno za človeka.
Možnost delovanja v pogojih visokih in nizkih temperatur.
Možnost izdelave svetilk različnih moči (od nekaj W do nekaj kW) in zasnovanih za različne napetosti (od nekaj voltov do nekaj kV).
Enostavno odstranjevanje zaradi odsotnosti strupenih snovi.
Možnost uporabe katere koli vrste toka s poljubno polarnostjo.
Delovanje brez dodatnih zagonskih naprav.
Tiho delovanje.
Ne ustvarja radijskih motenj.

Poleg tako velikega seznama pozitivnih dejavnikov imajo žarnice z žarilno nitko tudi številne pomembne pomanjkljivosti:

Glavni negativni dejavnik je zelo nizka učinkovitost. Pri 100 W sijalki doseže le 15 %, pri 60 W napravi je ta številka le 5 %. Eden od načinov za povečanje učinkovitosti je zvišanje temperature žarilne nitke, vendar to močno skrajša življenjsko dobo volframove tuljave.
Kratka življenjska doba.
Visoka površinska temperatura žarnice, ki lahko doseže 300°C za 100-vatno žarnico. To predstavlja nevarnost za življenje in zdravje živih bitij ter nevarnost požara.
Občutljivost na udarce in vibracije.
Uporaba toplotno odpornih armatur in izolacije tokovnih žic.
Visoka poraba energije (5 do 10-kratna nazivna) med zagonom.

Kljub pomembnim pomanjkljivostim je električna žarnica nealternativna svetlobna naprava. Nizka učinkovitost je izravnana z nizkimi stroški proizvodnje. Zato bo v naslednjih 10 - 20 letih zelo zahtevan izdelek.

Ta kovina se imenuje volfram. Konec leta 1781 ga je odkril švedski kemik Scheele, skozi 19. stoletje pa so ga znanstveniki aktivno raziskovali. Danes človeštvo ve dovolj za uspešno uporabo volframa in njegovih spojin v različnih panogah.

Volfram ima spremenljivo valenco, kar je povezano s posebno razporeditvijo elektronov v atomskih orbitalah. Ta kovina je običajno srebrno bele barve in ima značilen lesk. Izgleda kot platina.

Volfram lahko pripišemo nezahtevnim kovinam. Nobena alkalija ga ne bo raztopila. Tudi močne kisline, kot je klorovodikova kislina, ne bodo vplivale nanj. Iz tega razloga so elektrode, ki se uporabljajo pri galvanizaciji in elektrolizi, izdelane iz volframa.

Volframove in žarnice z žarilno nitko

Zakaj je žarilna nitka v žarnicah z žarilno nitko iz volframa? Gre za njegovo edinstvenost fizične lastnosti. Ključno vlogo pri tem igra tališče, ki je približno 3500 stopinj Celzija. To je za red velikosti višje od mnogih kovin, ki se običajno uporabljajo v industriji. Na primer, aluminij se topi pri 660 stopinjah.

Elektrika, ki prehaja skozi žarilno nitko, jo segreje na 3000 stopinj. izstopa veliko število toplotno energijo, ki se neuporabno porablja v okoliškem prostoru. Od vseh kovin, ki jih pozna znanost, je samo volfram sposoben vzdržati tako visoko temperaturo in se ne topi, za razliko od istega aluminija. Nezahtevnost volframa omogoča, da žarnice dolgo časa služijo v domovih. Vendar pa se čez nekaj časa žarilna nitka zlomi in žarnica odpove. Zakaj se to dogaja? Stvar je v tem, da pod vplivom zelo visoke temperature med prehodom toka (približno 3000 stopinj) volfram začne izhlapevati. Tanka žarilna nitka sčasoma postane še tanjša, dokler se ne zlomi.

Za taljenje vzorca volframa se uporablja taljenje z elektronskim žarkom ali argonom. S temi metodami lahko zlahka segrejete kovino do 6000 stopinj Celzija.

Pridobivanje volframa

Dokaj težko je dobiti visokokakovosten vzorec te kovine, danes pa se znanstveniki s to nalogo spopadajo z sijajem. Razvitih je bilo več edinstvenih tehnologij, ki omogočajo gojenje monokristalov volframa, ogromnih volframovih lončkov (težkih do 6 kg). Slednji se pogosto uporabljajo za pridobivanje dragih zlitin.