Принцип на действие, устройство, характеристики и ефективност на лампите с нажежаема жичка

С едно щракване на превключвателя - и тъмната стая веднага се промени, детайлите на най-малките елементи на интериора станаха видими. Така мигновено енергията от малкото устройство се разпространява, наводнявайки светлината навсякъде. Какво ви кара да създавате такава мощна радиация? Отговорът е скрит в името на осветителното устройство, което се нарича лампа с нажежаема жичка.

Историята на създаването на първите осветителни елементи

Произходът на първия лампи с нажежаема жичка датират от началото на XIX век. Или по-скоро, лампата се появи малко по-късно, но ефектът от луминисценцията на платина и въглищните пръчки под действието на електрическата енергия вече е бил опитван да наблюдава. Преди учените имаше два трудни въпроса:

• намиране на материали с висока устойчивост, които могат да се нагряват под въздействието на ток към състоянието на светлинната емисия;
• предотвратяване на бързо изгаряне на материала във въздуха.

Най-плодотворните в тази област са изследванията и изобретенията на руския учен Александър Николаевич Лодигън и американския Томас Едисон.

Лодигин предложи да се използват въглеродни пръчки като елемент с нажежаема жичка, които са в запечатана колба. Недостатъкът на дизайна е трудността при евакуирането на въздуха, останките от които допринасят за бързото изгаряне на прътите. Но все пак лампите му изгоряха за няколко часа, а разработките и патентите станаха основа за създаването на по-трайни устройства.

Американски учен Томас Едисон, след като се запознал с произведенията на Лодигин, той направи ефективна вакуумна колба, в която постави въглеродни влакна от бамбукови влакна. Също така, Едисон доставя капачката на лампата на резбовата връзка, присъща на съвременните лампи, и изобретила различни електрически елементи, като например: предпазител, въртящ се ключ и много други. Ефективността на лампата с нажежаема жичка на Едисон беше малка, въпреки че можеше да работи до 1000 часа и да получи практическо приложение.

Впоследствие, вместо въглищни елементи, беше предложено да се използват огнеупорни метали. Волфрамовите нишки, използвани в съвременните лампи с нажежаема жичка, също са патентовани от Lodygin.

Проектирането и функционирането на лампата

Дизайнът на нажежаемата лампа не се промени съществено повече от сто години. Той включва:

• Уплътнителна колба, която ограничава работното пространство и е запълнена с инертен газ.
• Основата, която има спирална форма. Той служи за задържане на лампата в касетата и за електрическото й включване към живи части.
• Проводници, които провеждат ток от капачката до спиралата и я държат.
• Нажежаемата жичка, чието нагряване създава лъчение на светлинна енергия.

Когато електрическият ток преминава през спирала, то незабавно се загрява до най-високите температури до 2700 градуса. Това се дължи на факта, че спиралата има голяма съпротива срещу тока и за да преодолее тази съпротива, консумира много енергия, която се отделя като топлина. Топлозагрява метала (волфрам) и започва да излъчва светлинни фотони. Поради факта, че колбата не съдържа кислород, волфрамът не се окислява при нагряване и не изгаря. Инертният газ запазва частиците на горещия метал от изпаряване.

Каква е ефективността на лампите с нажежаема жичка

Коефициентът на ефективност показва какъв процент от изразходваната енергия се превръща в полезна работа и кой не е. В случай на лампа с нажежаема жичка ефикасността е малка, тъй като само 5-10% от енергията отива за излъчване на светлина, а останалата част се отделя като топлина.

Ефективността на първите лампи с нажежаема жичка, където въглищният стълб, изпъкнал от въглищната сърцевина, е дори по-малък в сравнение с модерните устройства. Това се дължи на допълнителни загуби за конвекция. Спиралните нишки имат по-малък процент от тези загуби.

Ефективността на лампата с нажежаема жичка зависи пряко от температурата на нагряване на спиралата. Стандартната спирала за лампи 60W се загрява до 2700 ordm-C, с ефективност само 5%. Можете да повишите стойността на отоплението на 3400 ordm-C, увеличавайки напрежението, но това ще намали живота на устройството с повече от 90%, въпреки че лампата ще светне по-ярка и ефективността ще се увеличи до 15%.

Неправилно е да се мисли, че увеличаването на мощността на лампата (100, 200, 300 W) води до повишаване на ефективността само поради това, че яркостта на устройството се е увеличила. Лампата започна да свети по-ярко поради по-голямата мощност на самата спирала и поради по-голямата светлинна мощност. Но разходите за енергия също се увеличиха. Ето защо ефективността на лампа с нажежаема жичка 100 W ще бъде също така в рамките на 5-7%.

Видове лампи с нажежаема жичка

Лампите с нажежаема жичка са с различен дизайн и функция. Те са разделени на устройства за осветление:

• Общо приложение. Те включват битови лампи с различна мощност, предназначени за мрежово напрежение 220 V.
• Декоративно изпълнение. Те имат нестандартни типове колби под формата на свещи, сфери и други форми.
• Илюминационен тип. Лампи с ниска мощност с цветно покритие за създаване на цветни илюстрации.
• Местна цел. Устройства за безопасно напрежение до 40 V. Приложени на производствени маси, за осветителни работни станции на металорежещи машини.
• С огледално покритие. Лампи, които създават насочена светлина.
• Тип сигнал. Те се използват за работа в арматурното табло на различни устройства.
• За транспорт. Широка гама от лампи с повишена износоустойчивост и надеждност. Характеризира се с удобен дизайн, който предполага бърза подмяна.
• За прожектори. Лампи с висока мощност, достигащи до 10 000 W.
• За оптични устройства. Лампи за филмови проектори и подобни устройства.
• Комутатора. Използвани като сегменти на индикатора за цифров дисплей на измервателните уреди.

Положителните и отрицателните страни на тръбите с нажежаема жичка

Осветителните устройства от тип нажежаема жичка имат свои собствени характеристики. За положително е възможно да се носят:

• незабавно запалване на спиралата;
• безопасността на околната среда;
• малък размер;
• приемлива цена;
• способността да се създават устройства с различна мощност и работно напрежение както на AC, така и на DC;
• универсалност на приложението.

За отрицателен:

• ниска ефективност на нажежаема лампа;
• чувствителност към напрежението, което намалява експлоатационния живот;
• кратко работно време, което не надвишава 1000;
• опасност от пожар от лампи поради силно нагряване на крушката;
• чупливост на структурата.

Други видове осветление

Има осветителни лампи, чийто принцип на работа се различава радикално от работата на лампите с нажежаема жичка. Те включват газоразрядни и LED лампи.

Arc или газоразрядни лампи има голям брой, но всички те се основават на блясък на газ, когато възниква дъга между електродите. Светлината се появява в ултравиолетовия спектър, който след това се превръща в видимо за човешкото око чрез преминаване през фосфорното покритие.

Процесът, който се случва в газоразрядна лампа, включва два етапа на работа: създаване на дъгообразно изхвърляне и поддържане на йонизацията и запалване на газа в колбата. Следователно всички видове такива осветителни устройства имат текуща система за управление. Луминесцентните устройства имат по-висока ефективност в сравнение с ефективността на лампите с нажежаема жичка, но не са безопасни, тъй като съдържат живачни пари.

Светодиодните устройства за осветление са най-модерните системи. Ефективността на лампите с нажежаема жичка и LED лампите е несравнима. В последната тя достига 90%. Принципът на работа на светодиода се основава на блясъка на определен тип полупроводник под въздействието на напрежението.

Какво лампата с нажежаема жичка не харесва

Животът на обикновена лампа с нажежаема жичка ще бъде намален, ако:

1. Напрежението в мрежата постоянно се надценява от номиналното напрежение, към което е проектирано осветителното устройство. Това се дължи на увеличаването на работната температура на тялото на нажежаема жичка и в резултат на това, повишеното изпарение на металната сплав, което води до нейния неуспех. Въпреки че ефективността на нажежаемата лампа ще бъде по-голяма.
2. Рязко разклатете лампата по време на работа. Когато металът се нагрява до състояние, близко до топенето, и разстоянието между спиралите на спиралата се намалява поради разширяването на веществото, всяко механично, остро движение може да доведе до незабележимо затваряне на окото. Това намалява общото съпротивление на спиралата към тока, допринася за по-голямото й загряване и бързо изгаряне.
3. Нагрятата колба ще има влага. В точката на удара има разлика в температурата, която причинява разрушаването на стъклото.
4. Докоснете пръстите до крушката на халогенната лампа. Халогенната лампа е вид нажежаема лампа, но има много по-голяма светлина и топлина. Когато докоснете колбата, от пръста има невидима мазнина. Под въздействието на температурата, изгарянето на мазнините образува депозит, който предотвратява пренос на топлина. В резултат на това в допирната точка стъклото започва да се стопява и може да избухне или да се надуе, нарушавайки режима на газ вътре, което причинява изгарянето на спиралата. Халогенни лампи ефективността на нагряване е по-висока от обикновената.

Как да смените лампата

Ако лампата е изгорена, но крушката не е разрушена, тя може да бъде сменена, след като тя напълно се охлади. В този случай трябва да изключите захранването. При завиване на лампата очите не се нуждаят от насочване към нея, особено ако не е възможно да изключите електричеството.

Когато крушката се спука, но запази формата си, препоръчително е да вземете памучния плат, да го сгънете на няколко слоя и да го обвиете около лампата, опитайте да извадите стъклото. Следващите клещи с изолирани дръжки отрязат добре основата и завинтват нова лампа. Всички операции трябва да се извършват при изключено захранване.

заключение

Въпреки факта, че ефективността на нажежаемата лампа е ниска и има все повече и повече конкуренти, тя е от значение в много сфери на живота. Има и най-старата крушка, която работи непрекъснато повече от сто години. Това не е ли потвърждение и увещание на гения на мисълта за човек, който се стреми да промени света?