Tehnologia LED

Lampă cu incandescență. Lampa cu incandescență este un dispozitiv de iluminat, o sursă de lumină artificială. Lumina este emisă de o spirală de metal încălzită atunci când un curent electric curge prin ea.






Lămpile cu incandescență sunt cea mai ieftină opțiune pentru corpuri de iluminat. Durata lor de viață este de aproximativ un an, în plus, aceste lămpi au un consum ridicat de energie.
Principiul de funcționare. În lampa cu incandescență se folosește efectul încălzirii conductorului (filamentului) cu ajutorul curentului care trece prin el (acțiunea termică a curentului). Temperatura filamentului tungsten crește brusc după pornirea curentului. Filamentul emite radiații termale electromagnetice în conformitate cu legea lui Planck. Funcția Planck are un maxim al cărui poziție pe scala lungimii de undă depinde de temperatură. Acest maxim se schimbă odată cu creșterea temperaturii către lungimi de undă mai mici (Legea schimbării Wien). Pentru a obține radiații vizibile, este necesar ca temperatura să fie de ordinul câtorva mii de grade, în mod ideal 5770 K (temperatura suprafeței soarelui). Cu cât temperatura este mai mică, cu atât mai puțin proporția de lumină vizibilă și radiația mai "roșie" apare.
Lampa cu incandescență pentru 36% din energia electrică consumată, lampa cu incandescență se transformă în radiație, o parte se datorează proceselor de conducere a căldurii și de convecție. Doar o mică parte din radiații se află în regiunea luminii vizibile, partea principală fiind radiația infraroșie. Pentru a crește eficiența lămpii și pentru a obține lumina maximă "albă", este necesară creșterea temperaturii filamentului, care la rândul său este limitată de proprietățile materialului de filament - punctul de topire. Temperatura ideală la 5770 K este inaccesibilă, deoarece la această temperatură orice material cunoscut se topeste, se prăbușește și încetează să conducă un curent electric. Lămpile incandescente moderne utilizează materiale cu puncte de topire maxime - tungsten (3410 ° C) și, foarte rar, osmiu (3045 ° C).
La temperaturi practic realizabile de 2300-2900 ° C, departe de lumina albă și de lumina zilei. Din acest motiv, lămpile cu incandescență emit lumină care pare mai "galben-roșu" decât lumina zilei. Pentru a caracteriza calitatea luminii se folosește așa-numita. temperatura culorii.
În aer obișnuit la astfel de temperaturi, tungstenul s-ar transforma instantaneu în oxid. Din acest motiv, filamentul de wolfram este protejat de un bec de sticlă umplut cu gaz neutru (de obicei argon). Primele lămpi au fost făcute cu baloane evacuate. Totuși, într-un vid la temperaturi ridicate, tungstenul se evaporă rapid, făcând filamentul mai subțire și întunecând becul din sticlă atunci când este depus pe el. Ulterior, baloanele au fost umplute cu gaze neutre din punct de vedere chimic. Sticlele de vid se folosesc acum numai pentru lămpile cu putere redusă.
Design. Lampa cu incandescență este alcătuită dintr-un plin, conductoare de contact, un filament, o siguranță și un bec de sticlă umplut cu gaz tampon și care protejează filamentul din mediul înconjurător.
Balonul. Un bec de sticlă protejează filamentul de combustie în aerul înconjurător. Dimensiunile becului sunt determinate de viteza de depunere a materialului de fire. Pentru becurile cu putere mai mare, sunt necesare becuri mai mari, astfel încât materialul depus al filamentului să fie distribuit pe o suprafață mai mare și nu are o influență puternică asupra transparenței.
Tampon de gaz. Flacoanele primelor lămpi au fost evacuate. Lămpile moderne sunt umplute cu gaz tampon (cu excepția lămpilor cu putere redusă, care sunt încă realizate sub vid). Aceasta reduce viteza de evaporare a materialului de fire. Pierderea căldurii, care apare datorită conductivității termice, este redusă prin alegerea gazului, dacă este posibil, cu cele mai grele molecule. Amestecurile de azot cu argon sunt compromisul acceptat în ceea ce privește reducerea costurilor. lămpi mai scumpe conțin cripton sau xenon (masa molara: azot: 28.0134 g / mol; argon: 39.948 g / mol, cripton: 83.798 g / mol, xenon: 131.293 g / mol)
Filamentul. O spirală dublă a lămpii cu incandescență (Osram 200 W) cu conductori de contact și suporturi de filamente în primele lămpi a fost realizată din cărbune (punctul de sublimare 3559 ° C). În lămpile moderne, spiralele din aliajul osmiu-tungsten sunt utilizate aproape exclusiv. Sârmă are adesea forma unei dublu helix, pentru a reduce convecția prin scăderea stratului Langmuir. Becurile sunt fabricate pentru diferite tensiuni de operare. Puterea curentă este determinată de legea lui Ohm (I = U / R) și puterea conformă formulei. sau P = U2 / R. La o putere de 60 W și o tensiune de lucru de 230 V, un curent de 0,26 A trebuie să curgă prin lampă, adică rezistența filamentului trebuie să fie de 882 Ohm. Deoarece metalele au o rezistență specifică scăzută, este nevoie de un fir lung și subțire pentru a obține această rezistență. Grosimea firului în lămpile convenționale este de 40-50 de microni. Deoarece filamentul este pornit la temperatura camerei când este pornit, rezistența sa este mult mai mică decât rezistența de funcționare. Prin urmare, la pornire, un curent foarte mare (de două până la trei ori mai mare decât curentul de funcționare). Pe măsură ce filamentul se încălzește, rezistența crește și curentul scade. Spre deosebire de lămpile moderne, lămpile de incandescență timpurii cu filamente de carbon, când au fost pornite, au funcționat pe baza principiului opus - încălzirea rezistenței lor a scăzut și luminescența a crescut lent. În lămpile intermitente, un comutator bimetal este construit în serie cu filamentul. Din această cauză, aceste lămpi funcționează independent într-un mod intermitent.






Plintul. Forma soclului cu firul unei lămpi incandescente convenționale a fost propusă de Thomas Alva Edison. Dimensiunile soclurilor sunt standardizate. Lămpile de uz casnic cel mai frecvent utilizate sunt soclurile Edison E14 (minion), E27 și E40. Există și socluri fără fire.
Siguranță. Lampa se arde în timpul funcționării sale, adică în același timp când filamentul este încălzit simultan și un curent electric curge prin filament. Dacă, în acest moment, firele se rupe, un arc electric se aprinde de obicei între capetele divergente ale filamentului. În viața de zi cu zi, poate fi văzut dintr-o bliț albastru-albastru în momentul epuizării lămpii. Deoarece filamentul, de regulă, este un fir relativ subțire, înfășurat într-o spirală, rezistența electrică a filamentului poate fi mai mare decât rezistența gazului ionizat din arc. Prin urmare, capetele arcului încep să fugă de locul unde se rupe filamentul, iar puterea curentă în lanț crește. Odată cu dezvoltarea în continuare a acestui proces, arcul poate aprinde deja între firul deținătorii a cărui rezistență este relativ mică, ca urmare a curentului din lanțul de distribuție poate depăși cu mult limitele acceptabile, conducând fie la acționarea siguranțelor fuzibile în circuitul de alimentare, sau supraîncălzirea firelor de alimentare cu energie care pot , va provoca un incendiu. Pentru a deschide circuitul atunci când arcul este aprins și circuitul de alimentare nu este supraîncărcat, este prevăzută o siguranță în proiectarea lămpii. Este o bucată de fir subțire și este plasată în plinca lămpii cu incandescență. Pentru lămpile de uz casnic cu o tensiune nominală de 220 V, astfel de siguranțe sunt de obicei evaluate la 7 A.
Eficiență și durabilitate. Durabilitatea și luminozitatea, în funcție de tensiunea de funcționare. Aproape toată energia furnizată lampii este transformată în radiație. Pierderile datorate conductivității termice și convecției sunt mici. Cu toate acestea, pentru ochiul uman, este disponibilă doar o mică gamă de lungimi de undă ale acestei radiații. Partea principală a radiației se află în domeniul invizibil în infraroșu și este percepută drept căldură. Eficiența lămpilor incandescente atinge maximum 15% la o temperatură de aproximativ 3400 K. La temperaturi practic realizabile de 2700 K, eficiența este de 5%. Pe măsură ce crește temperatura, eficiența lămpii cu incandescență crește, dar longevitatea este redusă semnificativ. La o temperatură a filamentului de 2700 K, durata de viață a lămpii este de aproximativ 1000 ore, la 3400 K este doar câteva ore. După cum se arată în figura din dreapta, atunci când tensiunea este mărită cu 20%, luminozitatea este dublată. În același timp, durata de viață este redusă cu 95%. Reducerea tensiunii la jumătate (de exemplu, atunci când este conectată secvențial), deși reduce eficiența, dar mărește durata de viață cu aproape o mie de ori. Acest efect este adesea folosit atunci când este necesar să se asigure o iluminare on-duty fiabilă fără cerințe speciale pentru luminozitate, de exemplu, în scări. Adesea pentru aceeași lampă conectată în serie cu dioda. Durata de viață limitată a lămpii cu incandescență se datorează unui grad mai scăzut de evaporare a materialului filamentului în timpul funcționării și într-o măsură mai mare a neomogenităților care apar în filament. Izolarea neuniformă a materialului de țesătură conduce la apariția unor secțiuni subțiri cu rezistență electrică sporită, care la rândul său conduce la o încălzire și evaporare chiar mai mare a materialului în astfel de locuri. Atunci când una dintre aceste constricții devine atât de subțire încât materialul de fire se topește sau se evaporă complet în acest loc, curentul este întrerupt și lampa se descompune. Partea principală a uzurii filamentului are loc atunci când tensiunea este aplicată lampii, prin urmare, este posibil să se mărească considerabil durata de viață a acesteia prin utilizarea diverselor startere soft. Filamentul de tungsten are o rezistivitate la rece în stare rece, care este de numai 2 ori mai mare decât cea a aluminiului. Când lampa se arde, se întâmplă adesea ca firele de cupru care conectează contactele capacului cu suporturile spirale să fie arse. Deci, o lampă tipică de 60 W consumă mai mult de 700 de wați în momentul pornirii și 100 de wați consumă mai mult de un kilowatt. Pe măsură ce helixul se încălzește, rezistența sa crește, iar puterea scade la nominală. Pentru netezirea puterii de vârf, se pot folosi termostori cu rezistență foarte scăzută, care se încălzesc, balast reactiv sub formă de capacitate sau inductanță. Tensiunea la lampă crește deoarece helixul se încălzește și poate fi utilizat pentru a ocoli automatizarea balasturilor. Fără deconectarea balastului, lampa poate pierde de la 5 până la 20% din capacitate, lucru care poate fi favorabil și pentru creșterea unei resurse.

Lampă cu incandescență de 40 W

Lampă cu incandescență de 60 W

Lampă cu incandescență de 100 W

Lămpi cu halogenuri metalice (cu sticlă de cuarț)

Lampă incandescentă la temperatură înaltă

Corp absolut negru la 4000 K

Corp absolut negru la 7000 K

Ideală sursă de lumină albă

Sursă monocromatică de 555 nm (verde)







Articole similare

Pagina anterioară

Pagina următoare

Trimiteți-le prietenilor: