Budowa żarówki. Lampa żarowa
Lampa żarowa jest elektrycznym źródłem światła, które emituje Lekki przepływ w wyniku nagrzania przewodnika wykonanego z metalu ogniotrwałego (wolframu). Wolfram ma najwyższą temperaturę topnienia ze wszystkich czystych metali (3693 K). Żarnik znajduje się w szklanej kolbie wypełnionej gazem obojętnym (argon, krypton, azot). Gaz obojętny chroni włókna przed utlenianiem. W przypadku żarówek małej mocy (25 W) wykonuje się kolby próżniowe, które nie są wypełnione gazem obojętnym. Szklana bańka zapobiega negatywnemu wpływowi powietrza atmosferycznego na włókno wolframowe.
Aby obliczyć oświetlenie pomieszczenia, możesz skorzystać z kalkulatora oświetlenia pomieszczenia.
Rodzaje żarówek.
Żarówki dzielą się na:
- Próżnia;
- Argon (azot-argon);
- Krypton (+10% jasności z argonu);
- Xenon (2 razy jaśniejszy niż argon);
- Halogen (skład I lub Br, 2,5 razy jaśniejszy od argonu, długa żywotność);
- Halogen z dwiema kolbami (ulepszony cykl halogenowy dzięki lepszemu nagrzaniu wewnętrznej kolby);
- Ksenonowo-halogenowy (skład Xe + I lub Br, do 3 razy jaśniejszy od argonu);
- ksenonowo-halogenowe z odbłyśnikiem podczerwieni;
- Filament z powłoką przetwarzającą promieniowanie podczerwone na zakres widzialny. (nowy)
Zalety i wady lamp żarowych.
Zalety:
- niska cena;
- natychmiastowy zapłon po włączeniu;
- małe gabaryty;
- szeroki zakres mocy.
Wady:
- wysoka jasność (negatywnie wpływa na wzrok);
- krótka żywotność - do 1000 godzin;
- słaba efektywność. (tylko jedna dziesiąta energii elektrycznej zużywanej przez lampę zamieniana jest na strumień światła widzialnego), reszta energii zamieniana jest na ciepło.
Charakterystyka lamp żarowych.
Lekki przepływ jest wielkością fizyczną charakteryzującą ilość mocy „światła” w odpowiednim strumieniu promieniowania.
Moc świetlna- jest to stosunek strumienia świetlnego emitowanego przez źródło do pobieranej przez nie mocy, mierzony w lumenach na wat (lm/W). Jest wskaźnikiem efektywności i oszczędności źródeł światła.
Lumen to jednostka miary strumienia świetlnego, ilości światła.
Strumień świetlny i skuteczność świetlna żarówek.
Typ, moc, W |
Lekki przepływ (lumen) |
Moc świetlna (lm/wat) |
Lampa rozżarzony 5 W |
||
Lampa rozżarzony 10 W |
||
Lampa rozżarzony 15 W |
||
Lampa rozżarzony 25 W |
220 |
|
Lampa żarówka 40 W |
420 |
|
Lampa rozżarzony 60 W |
710 |
|
Lampa żarówka 75 W |
935 |
|
Lampa rozżarzony 100 W |
1350 |
|
Lampa rozżarzony 150 W |
1800 |
|
Lampa rozżarzony 200 W |
2500 |
|
Słońce |
3,63.10 28 |
|
Ideał źródło Swieta |
683,002 |
Tabela porównawcza stosunku strumienia świetlnego do poboru mocy różnych typów lamp.
Lampa rozżarzony, moc, W |
lampa L.L., W |
Dioda LED. lampa, moc W |
Światło przepływ, Lm |
20 W |
5-7 W |
2-3 W |
Około 250 mb |
40 W |
10-13 W |
4-5 W |
Około 400 mb |
60 W |
15-16 W |
8-10 W |
Około 700 mb |
75 W |
18-20 W |
10-12 W |
Około 900 mb |
100 W |
25-30 W |
12-15 W |
Około 1200 mb |
150 W |
40-50 W |
18-20 W |
Około 1800 mb |
200 W |
60-80 W |
25-30 W |
Około 2500 mb |
Charakterystyka różnych typów lamp pod względem przepuszczalności światła.
- LN- lampy żarowe;
- GLN- lampy halogenowe;
- CFL- kompaktowe lampy fluorescencyjne;
- MGL- lampy metalohalogenkowe;
- LL- świetlówki;
- diody LED- Żarówki LED.
Charakterystyka różnych typów żarówek.
Napięcie lampy - U, Volt;
Moc lampy - W, W;
Strumień świetlny - Lm, Lumen.
Żarówki ogólnego przeznaczenia (standard).
Typ lampy |
U, V |
W W |
Lm |
Termin usługi Ch. |
Długość mm |
średnica Mhm |
Typ cokół |
B 220-230-25-1 |
225 |
200 |
1000 |
105 |
E27 |
||
B 220-230-40-1 |
225 |
430 |
1000 |
105 |
E27 |
||
B 220-230-60-1 |
225 |
730 |
1000 |
105 |
E27 |
||
B 220-230-75-1 |
225 |
960 |
1000 |
105 |
E27 |
||
B 220-230-100 |
225 |
100 |
1380 |
1000 |
105 |
E27 |
|
B 220-235-40-2 |
230 |
335 |
1000 |
E27 |
|||
B 225-235-60-2 |
230 |
655 |
1000 |
E27 |
|||
B 225-235-100-2 |
230 |
100 |
1203 |
1000 |
E27 |
||
B 235-245-150-1 |
240 |
150 |
2180 |
1000 |
130 |
E27 |
|
RN 220-230-15-4 |
225 |
600 |
E14 |
||||
RN 220-230-200-1 |
225 |
200 |
2950 |
1000 |
145 |
E27 |
|
RN 220-230-300 |
225 |
300 |
3350 |
1000 |
140 |
E27 |
|
RN 230-240-300 |
235 |
300 |
4800 |
1000 |
200 |
200 |
E40 |
RN 215-225-500 |
220 |
500 |
8400 |
1000 |
240 |
132 |
E40 |
Żarówki ogólnego przeznaczenia (minionki).
Typ lampy |
U, V |
W W |
Lm |
Termin Usługi Ch. |
Długość mm |
średnica mm |
Typ cokół |
DS 220-230-40 |
225 |
400 |
1000 |
103 |
E14 |
||
DS 220-230-60 |
225 |
680 |
1000 |
103 |
E14 |
||
DSO 235-245-40 |
240 |
395 |
1000 |
103 |
E14 |
||
DSO 235-245-60 |
240 |
670 |
1000 |
103 |
E14 |
Żarówki ogólnego przeznaczenia (lustro).
Typ lampy |
U, V |
W W |
Lm |
Termin usługi Ch. |
Długość mm |
średnica mm |
Typ cokół |
3K 220-230-40(R63) |
225 |
450 |
1000 |
102,5 |
63,5 |
E27 |
|
3D 220-230-60(R80) |
225 |
200 |
1000 |
116 |
E27 |
||
3D 220-230-75(R80) |
225 |
280 |
1000 |
116 |
E27 |
||
3D 220-230-100(R80) |
225 |
100 |
410 |
1000 |
116 |
E27 |
Żarówki ogólnego przeznaczenia (matowe).
Typ lampy |
U, V |
W W |
Lm |
Termin Usługi Ch. |
Długość mm |
średnica mm |
Typ Baza |
|||||||
BO 230-240-40 |
235 |
420 |
1000 |
105 |
E27 |
|||||||||
BO 230-240-60 |
235 |
710 |
1000 |
105 |
E27 |
U, V |
W W |
Lm |
Termin Usługi |
Długość Mhm |
średnica mm |
Typ cokół |
||
MO 36-25 |
300 |
1000 |
108 |
E27 |
||||||||||
MO 12-40 |
620 |
1000 |
108 |
E27 |
||||||||||
MO 36-40 |
580 |
1000 |
108 |
E27 |
||||||||||
MO 36-60 |
950 |
1000 |
108 |
E27 |
||||||||||
MO 36-100 |
100 |
1590 |
1000 |
108 |
Termin usługi Ch. |
Długość mm |
średnica mm |
Typ cokół |
||||||
KG 220-500-1 |
220 |
500 |
14000 |
3200 |
2000 |
132 |
R7 |
|||||||
KG 220-1000-5 |
220 |
1000 |
22000 |
3200 |
2000 |
189 |
R7 |
|||||||
KG 220-1500 |
220 |
1500 |
33000 |
3200 |
2000 |
254 |
R7 |
|||||||
KG 220-2000-4 |
220 |
2000 |
44000 |
3200 |
2000 |
335 |
R7 |
Schematy włączania żarówek.
Schemat połączeń do włączania lampy jednolampowej z gniazdem.
Schemat ideowy załączenia jednej lampy za pomocą włącznika i gniazdka wtykowego.
Zadanie zmniejszenia ilości zużywanej energii przestało być jedynie problemem technicznym i przeniosło się w obszar strategicznego kierunku polityki państwa. Dla przeciętnego konsumenta ta tytaniczna walka skutkuje tym, że jest on po prostu zmuszony na siłę do przejścia ze znanej i prostej jak jajko żarówki na inne źródła światła. Na przykład do lamp LED. Dla większości ludzi pytanie o działanie lampy LED sprowadza się jedynie do możliwości jej praktycznego zastosowania – czy da się ją wkręcić w standardowe gniazdko i podłączyć do domowej sieci 220 V. Krótkie zapoznanie się z zasadą jego działania i budową ułatwi dokonanie świadomego wyboru.
Zasada działania lampy LED opiera się na znacznie bardziej złożonych procesach fizycznych niż ten, który emituje światło poprzez gorący metalowy żarnik. Jest na tyle interesujący, że warto go bliżej poznać. Opiera się na zjawisku emisji światła, które występuje w miejscu styku dwóch różnych substancji, gdy przepływa przez nie prąd elektryczny.
Najbardziej paradoksalne jest to, że materiały użyte do wywołania efektu emisji światła w ogóle nie przewodzą prądu elektrycznego. Jednym z nich jest na przykład krzem, który jest substancją wszechobecną i nieustannie deptaną przez nasze stopy. Materiały te będą przepuszczać prąd i to tylko w jednym kierunku (dlatego nazywane są półprzewodnikami), tylko jeśli zostaną ze sobą połączone. Aby było to możliwe, w jednym z nich muszą dominować jony naładowane dodatnio (dziury), a w drugim jony ujemne (elektrony). Ich obecność lub brak zależy od wewnętrznej (atomowej) budowy substancji i niespecjalista nie powinien zawracać sobie głowy kwestią rozwikłania ich natury.
Pojawienie się prądu elektrycznego w połączeniu substancji z przewagą dziur lub elektronów to tylko połowa sukcesu. Procesowi przejścia od jednego do drugiego towarzyszy uwalnianie energii w postaci ciepła. Ale w połowie ubiegłego wieku odkryto mechaniczne związki substancji, w których uwalnianiu energii towarzyszył również blask. W elektronice urządzenie umożliwiające przepływ prądu w jednym kierunku nazywa się diodą. Urządzenia półprzewodnikowe wykonane z materiałów emitujących światło nazywane są diodami LED. Początkowo efekt emisji fotonów ze związku półprzewodnikowego był możliwy jedynie w wąskiej części widma. Świeciły się na czerwono, zielono lub żółto. Siła tego blasku była niezwykle mała. Przez bardzo długi czas dioda LED służyła jedynie jako lampka kontrolna. Teraz jednak odkryto materiały, których kombinacja emituje światło o znacznie większym natężeniu i w szerokim zakresie, niemal w całym widmie widzialnym. Prawie, bo w ich blasku dominuje określona długość fali. Istnieją zatem lampy z przewagą światła niebieskiego (zimnego) i żółtego lub czerwonego (ciepłego).
Teraz, gdy ogólnie rozumiesz zasadę działania lampy LED, możesz przejść do odpowiedzi na pytanie dotyczące konstrukcji lamp LED 220 V.
Projektowanie lamp LED
Zewnętrznie źródła światła wykorzystujące efekt emisji fotonów, gdy prąd elektryczny przepływa przez półprzewodnik, prawie nie różnią się od lamp żarowych. Najważniejsze jest to, że mają zwykłą metalową podstawę z gwintem, która dokładnie odwzorowuje wszystkie standardowe rozmiary żarówek. Dzięki temu nie można zmieniać niczego w wyposażeniu elektrycznym pomieszczenia, aby je podłączyć. Jednak wewnętrzna struktura 220-woltowej lampy LED jest bardzo złożona. Składa się z następujących elementów:
1) baza kontaktowa;
2) obudowa pełniąca jednocześnie rolę grzejnika;
3) tablice zasilająco-sterujące;
4) tablice z diodami LED;
5) przezroczysta nasadka.
Płyta zasilania i sterowania
Rozumiejąc, jak działają lampy LED 220 V, przede wszystkim warto zrozumieć, że elementy półprzewodnikowe nie mogą być zasilane prądem przemiennym i napięciem tej wielkości. W przeciwnym razie po prostu się wypali. Dlatego w korpusie tego źródła światła koniecznie znajduje się płytka zmniejszająca napięcie i prostująca prąd. Trwałość lampy w dużej mierze zależy od konstrukcji tej deski. Dokładniej, jakie elementy znajdują się na jego wejściu. Te tanie nie mają nic poza rezystorem przed mostkiem diody prostowniczej. Cuda często się zdarzają (zwykle w lampach z Państwa Środka), gdy nawet tego rezystora nie ma, a mostek diodowy jest bezpośrednio podłączony do bazy. Takie lampy świecą bardzo jasno, ale ich żywotność jest wyjątkowo niska, jeśli nie są połączone za pomocą urządzeń stabilizujących. W tym celu można zastosować na przykład transformatory balastowe.
Najpopularniejsze schematy to te, w których w obwodzie zasilania obwodu sterującego lampą tworzony jest filtr wygładzający składający się z rezystora i kondensatora. W najdroższych lampach LED zasilacz i jednostka sterująca zbudowane są na mikroukładach. Dobrze łagodzą skoki stresu, ale ich żywotność zawodowa nie jest zbyt długa. Głównie ze względu na brak możliwości zapewnienia skutecznego chłodzenia.
Tablica LED
Bez względu na to, jak bardzo naukowcy starają się wynaleźć nowe substancje o wysokiej wydajności promieniowania w widzialnej części widma, zasada działania lampy LED pozostaje taka sama, a każdy z jej poszczególnych elementów świetlnych jest bardzo słaby. Aby uzyskać pożądany efekt, grupuje się je w grupy po kilkadziesiąt, a czasem nawet kilkaset sztuk. W tym celu stosuje się płytę dielektryczną, na której nałożone są metalowe ścieżki przewodzące. Jest bardzo podobny do tych stosowanych w telewizorach, płytach głównych komputerów i innych urządzeniach radiowych. Tablica LED pełni jeszcze jedną ważną funkcję. Jak już zauważyłeś, w jednostce sterującej nie ma transformatora obniżającego napięcie. Oczywiście można go zainstalować, ale doprowadzi to do zwiększenia wymiarów lampy i jej kosztu. Problem obniżenia napięcia zasilania do wartości nominalnej bezpiecznej dla diody LED został rozwiązany prosto, ale kompleksowo. Wszystkie elementy świecące ujęte są szeregowo niczym w girlandzie choinkowej. Na przykład, jeśli 10 diod LED zostanie podłączonych szeregowo do obwodu 220 V, wówczas każda otrzyma 22 V (jednak wartość prądu pozostanie taka sama).
Wadą tego obwodu jest to, że przepalony element przerywa cały obwód i lampa przestaje świecić. W niedziałającej lampie na kilkanaście diod LED tylko jedna lub dwie mogą być uszkodzone. Są rzemieślnicy, którzy je odsprzedają i żyją w spokoju, jednak większość niedoświadczonych użytkowników wyrzuca całe urządzenie do kosza.
Nawiasem mówiąc, recykling lamp LED to osobny ból głowy, ponieważ nie można ich mieszać ze zwykłymi odpadami domowymi.
Przezroczysta czapka
Zasadniczo element ten pełni rolę ochrony przed kurzem, wilgocią i zabawnymi rękami. Pełni jednak także funkcję użytkową. Większość osłon lamp LED ma matowy wygląd. Rozwiązanie to może wydawać się dziwne, gdyż moc promieniowania LED jest osłabiona. Ale jego przydatność dla specjalistów jest oczywista. Czapka jest matowa, ponieważ na jej wewnętrzną stronę nałożono warstwę luminoforu – substancji, która zaczyna świecić pod wpływem kwantów energii. Wydawałoby się, że tutaj, jak mówią, ropa to ropa. Ale luminofor ma widmo emisyjne kilka razy szersze niż dioda LED. Jest blisko naturalnego światła słonecznego. Jeśli zostawisz diody LED bez takiej „uszczelki”, to ich blask sprawi, że Twoje oczy będą się męczyć i boleć.
Jakie są zalety takich lamp
Skoro już dużo wiesz o działaniu lampy LED, warto zastanowić się nad jej zaletami. Najważniejszą i niepodważalną rzeczą jest niskie zużycie energii. Kilkanaście diod LED wytwarza promieniowanie o takim samym natężeniu jak tradycyjna żarówka, ale urządzenia półprzewodnikowe zużywają kilkakrotnie mniej prądu. Jest jeszcze jedna zaleta, ale nie jest ona tak oczywista. Lampy o tej zasadzie działania są trwalsze. To prawda, pod warunkiem, że napięcie zasilania jest tak stabilne, jak to możliwe.
Nie sposób nie wspomnieć o wadach takich lamp. Przede wszystkim dotyczy to widma ich promieniowania. Różni się znacząco od słońca – do tego, do czego ludzkie oko przywykło postrzegać od tysięcy lat. Dlatego do swojego domu wybierz te lampy, które świecą na żółto lub czerwono (ciepło) i mają matowe trzonki.
Okazuje się, że ciało nagrzane prądem elektrycznym może nie tylko emitować ciepło, ale także świecić. Pierwsze źródła światła działały właśnie na tej zasadzie. Przyjrzyjmy się, jak działa żarówka, najczęściej używane urządzenie oświetleniowe na świecie. I choć z czasem trzeba będzie ją całkowicie zastąpić świetlówkami kompaktowymi (energooszczędnymi) i źródłami światła LED, ludzkość długo nie będzie mogła obejść się bez tej technologii.
Konstrukcja lampy żarowej
Głównym elementem żarówki jest spirala wykonana z materiału ogniotrwałego – wolframu. Aby zwiększyć jego długość i odpowiednio opór, jest on skręcony w cienką spiralę. Nie widać tego gołym okiem.
Spirala jest zamontowana na elementach wsporczych, z których najbardziej zewnętrzny służy do połączenia jej końców z obwodem elektrycznym. Wykonane są z molibdenu, którego temperatura topnienia jest wyższa niż temperatura nagrzanej cewki. Jedna z elektrod molibdenowych jest połączona z gwintowaną częścią podstawy, a druga z jej środkowym zaciskiem.
Uchwyty molibdenowe utrzymują spiralę wolframową
Z kolby wykonanej ze szkła wypompowano powietrze. Czasami zamiast powietrza do środka pompowany jest gaz obojętny, na przykład argon lub jego mieszanina z azotem. Jest to konieczne, aby zmniejszyć przewodność cieplną objętości wewnętrznej, w wyniku czego szkło jest mniej podatne na nagrzewanie. Dodatkowo środek ten zapobiega utlenianiu się żarnika. Podczas wykonywania lampy powietrze jest wypompowywane przez część żarówki, która następnie jest zakryta przez podstawę.
Zasada działania żarówki polega na nagrzaniu jej żarnika prądem elektrycznym do temperatury, w której zaczyna ona emitować światło do otaczającej przestrzeni.
Żarówki mogą być produkowane o mocy od 15 do 750 W. W zależności od mocy stosowane są różne typy gniazd gwintowanych: E10, E14, E27 lub E40. Do lamp dekoracyjnych, sygnalizacyjnych i podświetlających stosuje się gniazda BA7S, BA9S, BA15S. Po zainstalowaniu takie produkty utknęły we wkładzie i obróciły się o 90 stopni.
Oprócz zwykłego kształtu gruszki produkowane są również lampy dekoracyjne, w których żarówka ma kształt świecy, kropli, cylindra lub kuli.
Lampa z żarówką, która nie posiada powłoki, świeci żółtawym światłem, kompozycją najbardziej przypominającą światło słoneczne. Ale gdy na wewnętrzną powierzchnię szkła nałożone zostaną specjalne powłoki, może ono stać się matowe, czerwone, żółte, niebieskie lub zielone.
Interesująca jest konstrukcja odblaskowej żarówki. Na część żarówki nałożona jest warstwa odblaskowa. W rezultacie, w wyniku odbicia od niego, strumień światła jest redystrybuowany w jednym kierunku.
Zalety lamp żarowych
Najważniejszą zaletą przemawiającą za stosowaniem żarówek jest łatwość ich produkcji, a co za tym idzie, cena. Nie można sobie wyobrazić prostszego urządzenia oświetleniowego.
Lampy produkowane są w szerokiej gamie mocy i gabarytów. Wszystkie inne nowoczesne źródła światła zawierają urządzenia przekształcające napięcie zasilania na wartość niezbędną do ich działania. Choć udaje im się wcisnąć je w standardowe gabaryty żarówki, to konstrukcja staje się bardziej skomplikowana, a liczba części w urządzeniu wzrasta. A to nie zawsze poprawia wskaźniki kosztów i niezawodności. Obwód przełączający lampę żarową nie wymaga żadnych dodatkowych elementów.
Lampy LED wyparły konwencjonalne lampy jako urządzenia przenośne: przenośne źródła światła zasilane bateriami i akumulatorami. Przy tej samej mocy świetlnej pobierają mniej prądu, a gabaryty diody LED są jeszcze mniejsze od żarówek stosowanych dotychczas w latarkach. I z większym powodzeniem sprawdzają się jako elementy girland choinkowych.
Warto zwrócić uwagę na jeszcze jedną zaletę charakterystyczną dla żarówek - ich widmo luminescencji jest najbliższe widmu słońca niż wszystkich innych sztucznych źródeł światła. A to duży plus dla widzenia, ponieważ jest dostosowany specjalnie do słońca, a nie do monochromatycznych diod LED.
Ze względu na bezwładność cieplną nagrzanego żarnika światło z niego praktycznie nie pulsuje. Tego samego nie można powiedzieć o promieniowaniu innych urządzeń, zwłaszcza luminescencyjnych, które jako statecznik wykorzystują zwykłą cewkę indukcyjną, a nie obwód półprzewodnikowy. A elektronika, szczególnie tania, nie zawsze dobrze tłumi tętnienia z sieci. Ma to również wpływ na wzrok.
Pulsacyjny charakter pracy elementów półprzewodnikowych stosowanych w nowoczesnych żarówkach może jednak zaszkodzić nie tylko zdrowiu. Ich masowe stosowanie prowadzi do gwałtownej zmiany kształtu prądu pobieranego z sieci, co ostatecznie wpływa na kształt napięcia. Zmienia się na tyle w stosunku do oryginału (sinusoidalnego), że wpływa na jakość pracy pozostałych urządzeń elektrycznych w sieci.
Wady lamp żarowych
Istotną wadą żarówek, która skraca ich żywotność, jest jej zależność od wartości napięcia zasilania. Wraz ze wzrostem napięcia żarnik zużywa się szybciej. Lampy produkowane są dla różnych wartości tego parametru (do 240 V), ale przy wartości nominalnej świecą gorzej.
Spadek napięcia prowadzi do gwałtownej zmiany intensywności blasku. A wibracje mają jeszcze gorszy wpływ na urządzenie oświetleniowe, przy nagłych wahaniach lampa może się przepalić.
Najgorsze jest jednak to, że żarnik jest zaprojektowany do długotrwałej pracy w stanie nagrzanym. Po podgrzaniu jego rezystywność wzrasta. Dlatego w momencie załączenia, gdy gwint jest zimny, jego rezystancja jest znacznie mniejsza niż ta, przy której występuje żarzenie. Prowadzi to do nieuniknionego wzrostu prądu w momencie zapłonu, co prowadzi do odparowania wolframu. Im większa liczba przełączników, tym krócej będzie działać lampa.
Urządzenia do płynnego rozruchu lub umożliwiające regulację jasności blasku w szerokim zakresie pomagają poprawić sytuację.
Najważniejszą wadą żarówek jest ich niska wydajność. Zdecydowana większość energii elektrycznej (do 96%) jest wydawana na bezużyteczne ogrzewanie otaczającego powietrza i promieniowanie w widmie podczerwonym. Nic nie da się z tym zrobić – taka jest zasada działania żarówki.
No i jeszcze jedno: szkło kolby łatwo stłuc. Jednak w przeciwieństwie do świetlówek kompaktowych, które zawierają w sobie niewielką ilość oparów rtęci, stłuczona żarówka poza możliwym przecięciem w żaden sposób nie zagraża właścicielowi.
Lampy halogenowe
Przyczyną wypalenia się lampy żarowej jest stopniowe odparowywanie wolframu, z którego wykonany jest żarnik. Staje się cieńszy, a następnie następny skok prądu po włączeniu topi go w najcieńszym miejscu.
Lampy halogenowe wypełnione parami bromu lub jodu mają na celu wyeliminowanie tej wady. Podczas spalania odparowany wolfram łączy się z halogenem. Powstała substancja nie jest w stanie osadzać się na ściankach kolby ani innych stosunkowo zimnych powierzchniach wewnętrznych.
W pobliżu żarnika wolfram pod wpływem temperatury jest usuwany z połączenia i wraca na swoje miejsce.
Zastosowanie halogenów rozwiązuje kolejny problem: można zwiększyć temperaturę spirali, zwiększając strumień świetlny i zmniejszając rozmiar urządzenia oświetleniowego. Dlatego przy tej samej mocy wymiary lamp halogenowych są mniejsze.
Wkrótce po odkryciu elektryczności pojawiły się elektryczne urządzenia oświetleniowe. Przez bardzo długi czas wśród sztucznych źródeł światła dominowały żarówki. W ostatnich latach, w związku z intensyfikacją walki o efektywność energetyczną, powszechne stają się nowe urządzenia oświetleniowe - energooszczędne świetlówki i świetlówki LED. Działanie prądu jest wykorzystywane w żarówkach na różne sposoby, poniżej opisano rodzaje i zasady wytwarzania światła.
Rodzaje sztucznych źródeł światła
- Żarówka jest najprostszym i najtańszym źródłem sztucznego światła. Przekształcenie energii elektrycznej w światło następuje za pomocą metalowej nici w kształcie spirali, silnie nagrzewającej się pod wpływem prądu elektrycznego. Temperatura robocza żarnika wynosi około 2500°C. Ciało nagrzane do takiej temperatury zaczyna wytwarzać promieniowanie elektromagnetyczne w zakresie widzialnym widma, czyli światło. Spirala wykonana jest z metalu ogniotrwałego, najczęściej wolframu lub renu. Aby zapobiec szybkiemu odparowaniu i zniszczeniu, włókno umieszcza się w szczelnie zamkniętej kolbie. Z kolby wypompowuje się powietrze lub kolbę napełnia się gazem obojętnym: azotem, argonem, kryptonem.
- Lampy halogenowe to rodzaj żarówek o ulepszonych właściwościach. Wewnątrz żarówki takiej lampy znajduje się tzw. gaz „buforowy” w postaci par jodu lub bromu i halogenu. Obecność halogenów zapobiega odparowaniu spiralnego metalu i jego osadzaniu się na ściankach kolby. Dzięki temu możliwe staje się podniesienie temperatury do 3000°C. W takim przypadku można zmniejszyć rozmiar żarówki i zwiększyć żywotność lampy.
- Źródła wyładowcze gazowe wykorzystują zjawisko jarzenia gazu pod wpływem prądu elektrycznego (wyładowanie gazowe). Wewnątrz szklanej kolby wypełnionej gazem, mieszaniną gazów lub par metali, pomiędzy dwiema elektrodami umieszczonymi na końcach rurki przepływa prąd, powodując świecenie gazu. W zależności od składu ośrodka gazowego kolor blasku może być inny.
- Źródła luminescencyjne stanowią szczególny przypadek lamp wyładowczych. W świetlówkach rura jest wypełniona parami rtęci. Wyładowanie elektryczne w parach rtęci powoduje powstanie światła ultrafioletowego. Na powierzchnię rury nakłada się specjalną kompozycję - luminofor. Pod wpływem światła ultrafioletowego luminofor wytwarza promieniowanie wtórne zbliżone do światła dziennego i stąd wzięła się nazwa tych urządzeń. W zależności od składu luminoforu możliwe są różne odcienie białego światła, cieplejsze lub chłodniejsze. Informacje o odcieniu są zwykle zawarte na etykiecie lampy i nazywane są temperaturą barwową.
- W lampach LED źródłem światła jest urządzenie, które emituje światło, gdy prąd elektryczny przepływa przez półprzewodnikowy kryształ półprzewodnika. Kolor blasku zależy od materiału półprzewodnikowego. Biała dioda LED pojawiła się stosunkowo niedawno. Wytwarzanie białego światła stało się możliwe wraz z pojawieniem się niebieskich diod LED. W rzeczywistości biel powstaje przy użyciu luminoforu napromieniowanego niebieskim lub fioletowym promieniowaniem z kryształu półprzewodnika. Temperatura barwowa białych diod LED jest bardzo zróżnicowana. Produkcja diod LED jest dość skomplikowana, dlatego lampy LED są drogie.
Kolorowa temperatura
Charakteryzuje odcień światła białego, wyrażony w stopniach Kelvina i mieści się w zakresie od 1000 do 10 000°K. Niskie wartości bliższe czerwieni to odcień ciepły, wysokie wartości, biały i niebieski – zimny. Światło dzienne ma temperaturę barwową około 5200 K. Większość urządzeń oświetleniowych produkowana jest w zakresie 2700-6500 K.
Jak widać, mimo że wytwarzanie światła jest wynikiem działania prądu elektrycznego, w różnych typach lamp elektrycznych jest ono wykorzystywane na swój sposób. Nowoczesne źródła światła osiągają bardzo wysoką skuteczność nawet w porównaniu z żarówkami. Diody LED to prawdziwy przełom w dziedzinie sztucznego światła.
Żarówka to elektryczne urządzenie oświetleniowe, którego zasada działania zależy od podgrzania żarnika z metalu ogniotrwałego do wysokich temperatur. Efekt cieplny prądu jest znany od dawna (1800 rok). Z biegiem czasu powoduje intensywne nagrzewanie się (powyżej 500 stopni Celsjusza), powodując świecenie żarnika. Na wsi małe rzeczy noszą imię Iljicza, tak naprawdę zaawansowani historycy nie są w stanie udzielić jednoznacznej odpowiedzi na pytanie, kogo należy nazwać wynalazcą żarówki.
Budowa lamp żarowych
Przeanalizujmy strukturę urządzenia:
Historia żarówek
Spirale nie zostały natychmiast wykonane z wolframu. Wykorzystano grafit, papier i bambus. Wiele osób poszło równoległą ścieżką, tworząc lampy żarowe.
Nie jesteśmy w stanie podać listy 22 nazwisk naukowców nazywanych przez zagranicznych pisarzy autorami wynalazku. Przypisywanie zasług Edisonowi i Lodyginowi jest błędne. Obecnie żarówkom daleko do ideału i szybko tracą na atrakcyjności marketingowej. Przekroczenie amplitudy napięcia zasilania o 10% (połowa drogi - 5% - zrobiła to Federacja Rosyjska w 2003 r., podnosząc napięcie) wartości nominalnej czterokrotnie skraca żywotność. Zmniejszenie parametru w naturalny sposób zmniejsza moc strumienia świetlnego: 40% jest tracone przy równoważnej względnej zmianie charakterystyki sieci zasilającej w dół.
Pionierzy są w dużo gorszej sytuacji. Joseph Swan desperacko próbował osiągnąć wystarczające rozrzedzenie powietrza w żarówce żarówki. Ówczesne pompy (rtęciowe) nie były w stanie wykonać tego zadania. Nić spalała się dzięki zawartemu w niej tlenowi.
Celem lamp żarowych jest doprowadzenie spirali do punktu nagrzania, ciało zaczyna świecić. Trudności dołożył brak stopów o wysokiej wytrzymałości w połowie XIX wieku – norma przetwarzania prądu elektrycznego wynikała ze zwiększonej rezystancji materiału przewodzącego.
Wysiłki ekspertów ograniczyły się do następujących obszarów:
- Wybór materiału nici. Kryteriami były zarówno wysoka odporność, jak i odporność na spalanie. Włókna bambusowe będące izolatorem zostały pokryte cienką warstwą przewodzącego grafitu. Niewielka powierzchnia przewodzącej warstwy węgla zwiększyła opór, dając pożądany efekt.
- Jednak drewniana podstawa szybko się zapaliła. Za drugi kierunek uważamy próby wytworzenia całkowitej próżni. Tlen był znany od końca XVIII wieku, naukowcy szybko udowodnili, że pierwiastek bierze udział w spalaniu. W 1781 roku Henry Cavendish określił skład powietrza, zaczynając opracowywać lampy żarowe, o czym słudzy nauki wiedzieli: atmosfera ziemska niszczy rozgrzane ciała.
- Ważne jest, aby przekazać napięcie nici. Trwały prace mające na celu stworzenie odłączalnych, stykowych części obwodu. Wiadomo, że cienka warstwa węgla stawia duży opór. Jak dostarczyć prąd? Trudno uwierzyć, że chcąc uzyskać akceptowalne rezultaty, używali metali szlachetnych: platyny, srebra. Uzyskanie akceptowalnej przewodności. Stosując drogie metody udało się uniknąć nagrzewania obwodu zewnętrznego i styków, a żarnik ulegał nagrzaniu.
- Osobno zwracamy uwagę na gwint podstawy Edisona, który jest używany do dziś (E27). Udany pomysł, który stał się podstawą szybko wymiennych żarówek. Inne metody tworzenia kontaktu, takie jak lutowanie, są mało przydatne. Połączenie może się rozpaść pod wpływem ogrzewania pod wpływem prądu.
Dmuchacze szkła w XIX wieku osiągnęli wyżyny zawodowe, kolby były łatwe do wykonania. Otto von Guericke konstruując generator prądu statycznego zalecał napełnienie kulistej kolby siarką. Materiał stwardnieje i rozbije szkło. W rezultacie otrzymano idealną kulę, która po potarciu zebrała ładunek i przekazała go stalowemu prętowi przechodzącemu przez środek konstrukcji.
Pionierzy branży
Można przeczytać: pomysł podporządkowania energii elektrycznej na cele oświetleniowe jako pierwszy zrealizował Sir Humphry Davy. Wkrótce po stworzeniu kolumny galwanicznej naukowiec z całych sił eksperymentował z metalami. Wybrałem szlachetną platynę ze względu na jej wysoką temperaturę topnienia – inne materiały szybko utleniały się pod wpływem powietrza. Po prostu się wypaliły. Źródło światła okazało się przyćmione, dając podstawę do setek kolejnych opracowań, wskazując kierunek ruchu tym, którzy chcieli uzyskać efekt końcowy: oświetlenie, za pomocą elektryczności.
Stało się to w 1802 r., naukowiec miał 24 lata, później (1806 r.) Humphry Davy zaprezentował społeczeństwu w pełni funkcjonalne urządzenie do oświetlenia wyładowczego, w konstrukcji którego wiodącą rolę odegrały dwa pręty węglowe. Krótkie życie tak genialnego luminarza na firmamencie nauki, który dał światu wyobrażenie o chlorze, jodzie i wielu metalach alkalicznych, należy przypisać ciągłym eksperymentom. Śmiertelne eksperymenty z wdychaniem tlenku węgla, praca z tlenkiem azotu (silna substancja toksyczna). Autorzy pochwalili genialne wyczyny, które skróciły życie naukowca.
Humphrey porzucił to, rezygnując z całej dekady badań nad urządzeniami oświetleniowymi, zawsze zajęty. Dziś Davy nazywany jest ojcem elektrolizy. Tragedia w Felling Colliery z 1812 roku pozostawiła głęboki ślad, zaciemniając serca wielu osób. Sir Humphry Davy dołączył do grona osób zaangażowanych w rozwój bezpiecznego źródła światła, które chroniłoby górników. Brakowało prądu i nie było potężnych, niezawodnych źródeł energii. Aby zapobiec czasami eksplozji dymu, zastosowano różne środki, takie jak dyfuzor z metalowej siatki, który zapobiegał rozprzestrzenianiu się płomienia.
Sir Humphry Davy znacznie wyprzedził swoją epokę. Około 70 lat temu Koniec XIX wieku przyniósł nowe konstrukcje niczym lawina, mające wyrwać ludzkość z wiecznej ciemności dzięki wykorzystaniu elektryczności. Davy jako jeden z pierwszych zauważył zależność rezystancji materiałów od temperatury, co pozwoliło później uzyskać Georgowi Ohmowi. Pół wieku później odkrycie stało się podstawą do stworzenia pierwszego termometru elektronicznego przez Karla Wilhelma Siemensa.
6 października 1835 roku James Bowman Lindsay zademonstrował żarówkę otoczoną szklaną żarówką, która chroniła ją przed atmosferą. Jak to ujął wynalazca: książkę można było przeczytać, rozpraszając ciemność w odległości półtora metra od takiego źródła. Autorem pomysłu zabezpieczenia żarnika szklaną bańką jest według powszechnie przyjętych źródeł James Bowman. Czy to prawda?
Jesteśmy skłonni powiedzieć, że w tym miejscu historia świata zostaje nieco zagmatwana. Pierwszy szkic takiego urządzenia pochodzi z 1820 roku. Z jakiegoś powodu przypisywana Warrenowi de la Roux. Kto miał... 5 lat. Samotny badacz zauważył absurd, ustalając datę... 1840. Przedszkolak nie ma siły zrobić tak wspaniałego wynalazku. Co więcej, demonstracje Jamesa Bowmana zostały w pośpiechu zapomniane. Wiele książek historycznych (jedna z 1961 r. autorstwa Lewisa) interpretowała w ten sposób obraz, który pojawił się nie wiadomo skąd. Najwyraźniej autor się mylił; inne źródło, Joseph Stoer z 1986 r., przypisuje wynalazek Augustowi Arthurowi de la Riva (ur. 1801). Znacznie lepiej nadaje się do wyjaśnienia demonstracji Jamesa Bowmana piętnaście lat później.
Pozostało to niezauważone przez domenę rosyjskojęzyczną. Źródła angielskie interpretują problem następująco: nazwiska de la Roux i de la Rive są wyraźnie pomieszane i mogą dotyczyć co najmniej czterech osób. Wspomniani są fizycy Warren de la Roux i Augustus Arthur de la Rive; pierwsi uczęszczali do przedszkola w 1820 roku, mówiąc w przenośni. Historię mogą wyjaśnić ojcowie wspomnianych mężczyzn: Thomas de la Roux (1793 - 1866), Charles Gaspard de la Rive (1770 - 1834). Nieznany pan (pani) przeprowadził całe badania, przekonująco udowodnił, że wzmianka o nazwisku de la Roux jest nie do utrzymania, powołując się na górę literatury naukowej od początku XX do końca XIX wieku.
Nieznana osoba zadała sobie trud przejrzenia patentów Warrena de la Roux, a było ich dziewięć. Nie ma żarówek o opisanej konstrukcji. Trudno sobie wyobrazić Augusta Arthura de la Riva, który zaczął publikować prace naukowe w 1822 roku, wynalazł szklaną kolbę. Odwiedził Anglię, miejsce narodzin żarówki i studiował elektryczność. Zainteresowani mogą napisać do autora artykułu na anglojęzycznej stronie e-mailem [e-mail chroniony]. „Eżkow” pisze: chętnie weźmie pod uwagę informacje związane z tą sprawą.
Prawdziwy wynalazca żarówki
Niezawodnie wiadomo, że w 1879 roku Edison opatentował (patent USA 223898) pierwszą żarówkę. Potomkowie nagrali wydarzenie. Jeśli chodzi o wcześniejsze publikacje, autorstwo jest wątpliwe. Silnik komutatorowy, który dał światu prezent, jest nieznany. Sir Humphry Davy odmówił uzyskania patentu na wynalezioną lampę bezpieczeństwa dla kopalni, udostępniając wynalazek publicznie. Takie kaprysy powodują spore zamieszanie. Nie jesteśmy w stanie dowiedzieć się, kto jako pierwszy wpadł na pomysł umieszczenia żarnika w szklanej bańce, zapewniając w ten sposób funkcjonalność konstrukcji stosowanej wszędzie.
Żarówki wychodzą z mody
Żarówka wykorzystuje drugorzędną zasadę wytwarzania światła. Nić osiąga wysoką temperaturę. Sprawność urządzeń jest niska, większość energii jest marnowana. Nowoczesne standardy nakazują krajowi oszczędzanie energii. Wyładowania, żarówki LED są w modzie. Humphry Davy, de la Roux, de la Rive, Edison, którzy podali rękę i pracowali nad wyciągnięciem ludzkości z ciemności, na zawsze pozostaną w pamięci.
Należy pamiętać, że Charles Gaspard de la Rive zmarł w 1834 roku. Jesienią następnego roku odbyła się pierwsza publiczna demonstracja... Czy ktoś znalazł akta zmarłego badacza? Czas rozwiąże tę kwestię, gdyż cała tajemnica zostanie ujawniona. Czytelnicy zauważyli: nieznana siła popychała Davy'ego, aby spróbował użyć kolby ochronnej, aby pomóc górnikom. Serce naukowca okazało się zbyt duże, aby dostrzec oczywistą wskazówkę. Anglik miał niezbędne informacje...