Лампа розжарювання. 230 В. 60 Вт. 720 лм. цоколь E27. Висота приблизно 110 мм
Лампа розжарювання - електрична, джерело світла. в якому відбувається перетворення електричної енергії в світлову в результаті сильно нагрітої металевої спіралі при протіканні через неї електричного струму.
У лампі розжарювання використовується ефект нагрівання провідника (нитки розжарювання) при протіканні через нього електричного струму (теплове дію струму). Температура вольфрамової нитки розжарення різко зростає після включення струму. Нитка випромінює електромагнітне теплове випромінювання відповідно до закону Планка. Функція Планка має максимум, положення якого на шкалі довжин хвиль залежить від температури. Цей максимум зрушується з підвищенням температури в бік менших довжин хвиль (закон зміщення Віна). Для отримання видимого випромінювання необхідно, щоб температура була порядку декількох тисяч градусів, в ідеалі 5770 K (температура поверхні Сонця). Чим менше температура, тим менше частка видимого світла і тим більше «червоним» здається випромінювання.
Частина споживаної електричної енергії лампа розжарювання перетворить у випромінювання, частина йде в результаті процесів теплопровідності і конвекції. Тільки мала частка випромінювання лежить в області видимого світла, основна частка припадає на інфрачервоне випромінювання. Для підвищення ККД лампи і отримання максимально «білого» світла необхідно підвищувати температуру нитки напруження, яка в свою чергу обмежена властивостями матеріалу нитки - температурою плавлення. Ідеальна температура в 5770 K недосяжна, т. К. При такій температурі будь-який відомий матеріал плавиться, руйнується і перестає проводити електричний струм. В сучасних лампах розжарювання застосовують матеріали з максимальними температурами плавлення - вольфрам (3410 ° C) і, дуже рідко, осмій (3045 ° C).
При практично досяжних температурах 2300-2900 ° C випромінюється далеко не білий і не денне світло. З цієї причини лампи розжарювання випромінюють світло, який здається більш «жовто-червоним», ніж денне світло. Для характеристики якості світла використовується т. Зв. кольорова температура .
У звичайному повітрі при таких температурах вольфрам миттєво перетворився б в оксид. З цієї причини шляхом утворення захищена скляною колбою, заповненою нейтральним газом (зазвичай аргоном). Перші лампи робилися з вакуумованих колбами. Однак у вакуумі при високих температурах вольфрам швидко випаровується, роблячи нитку тоншою і затемнюючи скляну колбу при осадженні на ній. Пізніше колби стали заповнювати хімічно нейтральними газами. Вакуумні колби зараз використовують тільки для ламп малої потужності.
Конструкція сучасної лампи. На схемі: 1 - колба; 2 - порожнину колби (вакуумована або наповнена газом); 3 - тіло розжарення; 4, 5 - електроди (струмові вводи); 6 - гачки-держателі ТН; 7 - ніжка лампи; 8 - зовнішнє ланка токоввода, запобіжник; 9 - корпус цоколя; 10 - ізолятор цоколя (скло); 11 - контакт денця цоколя.
Конструкції ЛН вельми різноманітні і залежать від призначення конкретного виду ламп. Однак загальними для всіх ЛН є наступні елементи: ТН, колба, токовводи. Залежно від особливостей конкретного типу лампи можуть застосовуватися власники ТН різної конструкції; лампи можуть виготовлятися безцокольне або з цоколями різних типів, мати додаткову зовнішню колбу і інші додаткові конструктивні елементи.
Колба [ред]
Скляна колба захищає нитку від згоряння в навколишньому повітрі. Розміри колби визначаються швидкістю осадження матеріалу нитки. Для ламп більшої потужності потрібні колби більшого розміру, для того щоб загрожених матеріал нитки розподілявся на велику площу і не чинив сильного впливу на прозорість.
Буферний газ [ред]
Колби перших ламп були вакуумовані. Сучасні лампи заповнюються буферним газом (крім ламп малої потужності, які як і раніше роблять вакуумними). Це зменшує швидкість випаровування матеріалу нитки. Втрати тепла, що виникають при цьому за рахунок теплопровідності, зменшують шляхом вибору газу, по можливості, з найбільш важкими молекулами. Суміші азоту з аргоном є прийнятим компромісом в сенсі зменшення собівартості. Дорожчі лампи містять криптон або ксенон (атомні маси. Азот: 28,0134 г / моль; аргон: 39,948 г / моль; криптон. 83,798 г / моль; ксенон. 131,293 г / моль)
Нитка розжарювання [ред]
Подвійна спіраль лампи розжарювання (Osram 200 Вт) з контактними провідниками і власниками нитки
Нитка розжарювання в перших лампах робилася з вугілля (точка сублімації 3559 ° C). В сучасних лампах застосовуються майже виключно спіралі з осмієва-вольфрамового сплаву. Провід часто має вигляд подвійної спіралі, з метою зменшення конвекції за рахунок зменшення ленгмюровских шару.
Лампи виготовляють для різних робочих напруг. Сила струму визначається за законом Ома (\ (I = U / R \)) і потужність за формулою \ (P = U \ cdot I \), або \ (P = U ^ 2 / R \). При потужності 60 Вт і робочій напрузі 230 В через лампу повинен протікати струм 0,26 А. т. Е. Опір нитки розжарення має становити 882 Ома. Т. к. Метали мають малий питомий опір. для досягнення такого опору необхідний довгий і тонкий дріт. Товщина дроту в звичайних лампах становить 40-50 мікрон.
Т. к. При включенні нитка розжарення знаходиться при кімнатній температурі, її опір багато менше робочого опору. Тому при включенні протікає дуже великий струм (в два-три рази більше робочого струму). У міру нагрівання нитки її опір збільшується і струм зменшується. На відміну від сучасних ламп, ранні лампи розжарювання з вугільними нитками при включенні працювали за зворотним принципом - при нагріванні їх опір зменшувався, і світіння повільно наростало.
У миготливих лампах послідовно з ниткою розжарення вбудовується біметалічний перемикач. За рахунок цього такі лампи самостійно працюють в миготливому режимі.
Цоколь [ред]
Форма цоколя з різьбою звичайної лампи розжарювання була запропонована Томасом Альвою Едісоном. Розміри цоколів стандартизовані. У ламп побутового застосування найбільш поширені цоколі Едісона E14 (міньйон), E27 і E40. Також зустрічаються цоколі без різьблення.
Запобіжник [ред]
Перегорання лампи відбувається під час її роботи, тобто в той час, коли одночасно нитка розжарення нагріта і через нитку протікає електричний струм. Якщо в цей час відбувається розрив нитки, то між розведеними кінцями нитки зазвичай спалахує електрична дуга. У побуті це можна помітити по яскравою синювато-білої спалаху в момент перегорання лампи.
Для того, щоб розімкнути ланцюг при загорянні дуги і не допустити перевантаження живильного ланцюга, в конструкції лампи передбачений плавкий запобіжник. Він являє собою відрізок тонкого дроту і розташований в цоколі лампи розжарювання. Для побутових ламп з номінальною напругою 220 В такі запобіжники зазвичай розраховані на струм 7 А.
Довговічність і яскравість в залежності від робочої напруги
Майже вся подається в лампу енергія перетворюється у випромінювання. Втрати за рахунок теплопровідності і конвекції малі. Для людського ока, однак, доступний тільки малий діапазон довжин хвиль цього випромінювання. Основна частина випромінювання лежить в невидимому інфрачервоному діапазоні і сприймається у вигляді тепла. Коефіцієнт корисної дії ламп розжарювання досягає при температурі близько 3400 K свого максимального значення 15%. При практично досяжних температурах в 2700 K ККД становить 5%.
Із зростанням температури ККД лампи розжарювання зростає, але при цьому істотно знижується її довговічність. При температурі нитки 2700 K час життя лампи становить приблизно 1000 годин, при 3400 K всього лише кілька годин. Як показано на малюнку справа, при збільшенні напруги на 20%, яскравість зростає в два рази. Одночасно з цим тривалість життя зменшується на 95%.
Для згладжування пікової потужності можуть використовуватися терморезистори з сильно падає опором в міру прогріву, реактивний баласт у вигляді ємності або індуктивності. Напруга на лампі зростає в міру прогріву спіралі і може використовуватися для шунтування баласту автоматикою. Без відключення баласту лампа може втратити від 5 до 20% потужності, що теж може бути вигідно для збільшення ресурсу.
Йод (спільно із залишковим киснем) вступає в хімічну сполуку з випарується атомами вольфраму. Цей процес є оборотним - при високих температурах з'єднання розпадається на складові речовини. Атоми вольфраму вивільняються таким чином або на самій спіралі, або поблизу неї.
Трансформатор і електронний інвертор для харчування 12-вольтних галогенових ламп
Додавання галогенів запобігає осадження вольфраму на склі, за умови, що температура скла вище 250 ° C. Через відсутність почорніння колби, галогенні лампи можна виготовляти в дуже компактному вигляді. Малий обсяг колби дозволяє, з одного боку, використовувати більший робочий тиск (що знову ж веде до зменшення швидкості випаровування нитки) і, з іншого боку, без істотного збільшення вартості заповнювати колбу важкими інертними газами, що веде до зменшення втрат енергії за рахунок теплопровідності. Все це подовжує час життя галогенних ламп і підвищує їх ефективність.
З огляду на високу температуру колби будь-які забруднення поверхні (наприклад, відбитки пальців) швидко згорають в процесі роботи, залишаючи почорніння. Це веде до локальних підвищень температури колби, які можуть послужити причиною її руйнування. Також через високу температуру, колби виготовляються з кварцового скла.
Новим напрямком розвитку ламп є т. Н. IRC -галогенние лампи (скорочення IRC позначає «інфрачервоне покриття»). На колби таких ламп наноситься спеціальне покриття, яке пропускає видиме світло, але затримує інфрачервоне (теплове) випромінювання і відображає його назад, до спіралі. За рахунок цього зменшуються втрати тепла і, як наслідок, збільшується ефективність лампи. За даними фірми OSRAM. споживання енергії знижується на 45%, а час життя подвоюється (в порівнянні зі звичайною галогенною лампою) [1].
Хоча IRC-галогенні лампи не досягають ефективності ламп денного світла. їх перевага полягає в тому, що вони можуть бути використані як пряма заміна звичайних галогенних ламп.
- Проекційні лампи - для діа- і кінопроекторів. Мають підвищену яскравість (і відповідно, підвищену температуру нитки і зменшений термін служби); зазвичай нитка розміщують так, щоб світиться область утворила прямокутник.
- Двухнитьові лампи для автомобільних фар. Одна нитка для дальнього світла, інша для ближнього. Крім того, такі лампи містять екран, який в режимі ближнього світла відсікає промені, які могли б засліплювати зустрічних водіїв.
Помилка створення мініатюри: Немає запису
Томас Альва Едісон
Олександр Миколайович Лодигін