Elektrická lampa: princip činnosti, zařízení, výhody a nevýhody

Dnes je těžké si představit život lidí bez elektrické lampy. Toto poměrně jednoduché zařízení se používá k osvětlení různých místností a ulic. Existuje velké množství typů žárovek, které se liší výkonem luminiscence a principem činnosti. V poslední době stále více uživatelů věnuje pozornost energeticky úsporným zařízením, ale obyčejná žárovka nespěchá, aby se vzdala pozic.

Princip fungování

Princip fungování žárovky je poměrně jednoduchý.stejně jako design tohoto zařízení. Elektrický proud prochází žáruvzdorným vodičem a ohřívá jej na vysokou teplotu. Je třeba poznamenat, že teplota ohřevu závisí na napětí dodávaném do zařízení. Podle Planckova zákona je zahřátý vodič schopen generovat elektromagnetické vlny.

Čím vyšší je teplota, tím kratší je vlnová délka emitovaného záření. Vlny viditelného spektra se objeví, když se vodič zahřeje na několik tisíc stupňů Kelvinovy ​​stupnice. Pokud se spirála elektrické žárovky zahřeje na 5000 K, pak bude svítit neutrálním světlem (podobně jako vyzařuje slunce). S klesající teplotou se barva záře začne měnit nejprve na žlutou a poté na červenou.

V lampách se převážná část energie přeměňuje na teplo a jen malé množství se přeměňuje na světelný tok. Je třeba také připomenout, že lidské orgány zraku jsou schopny vnímat pouze určitý rozsah světelných vln. Pro zvýšení osvětlení místnosti je nutné zvýšit teplotu spirály. To je však možné pouze do určitého indexu, který je omezen vlastnostmi materiálu vodiče.

Tím pádem, maximální teplota žárovky je 3410 stupňů na Celsiově stupnici. Dalším zahříváním wolframu dojde k deformaci a roztavení materiálu. I této teploty je však možné dosáhnout pouze za určitých podmínek prostředí. Pokud se wolfram dostane do kontaktu s kyslíkem, změní se na oxid. Když se z žárovky odčerpá vzduch, bude možné vytvořit lampu s maximálním výkonem 25 wattů. Výkonnější zařízení obsahují v baňce inertní plyny.

Designové vlastnosti

Přestože se lampy liší designem, sdílejí tři společné prvky – vodiče, vodič a skleněnou baňku. Některá zařízení pro speciální účely nemusí mít podstavec, protože používají jiný typ držáku. Někdy je také do žárovek zabudována feroniklová pojistka. Nejčastěji se montuje do nohy, proto se po selhání vodiče baňka nezhroutí.

Když se vlákno přetrhne, vytvoří se elektrický oblouk, který roztaví zbývající materiál. Látka v roztaveném stavu dopadá na skleněnou nádobu a může zničit její celistvost. Pojistka je schopna zabránit procesu spirálového tavení. Tato technologie se však nerozšířila kvůli nízké účinnosti.

Pokud mluvíme o tom, z čeho se žárovka skládá, pak je třeba poznamenat hlavní konstrukční prvky. Tyto zahrnují:

• skleněná baňka;
• vyzařovací vodič;
• elektrody;
• základna;
• plynové prostředí;
• držáky vyzařovacího vodiče.

Baňka a plynové prostředí

Díky skleněné nádobě je vlákno chráněno před oxidačním procesem, ke kterému dochází při interakci materiálu emitujícího vodiče s kyslíkem. První elektrické žárovky byly vyrobeny s vakuovou žárovkou. Nyní se touto technologií vyrábějí pouze zařízení s nízkou spotřebou. Pro výrobu výkonnějších zařízení se nejčastěji používá směs dusík-argon nebo samotný argon. Některé žárovky mohou také obsahovat xenon nebo krypton. Tepelné záření materiálu vlákna závisí na molární hmotnosti plynu.

Samostatnou skupinou jsou halogenové žárovky, do jejichž skleněné nádoby je vstřikován plyn halogenové skupiny. Při zahřívání se materiál vyzařujícího vodiče odpařuje a reaguje s těmito plyny. Látka získaná při chemickém procesu se vlivem vysoké teploty rychle odbourává a vrací se do vlákna. Tím se zvyšuje nejen účinnost zařízení, ale také se zvyšuje jeho životnost.

Vyzařující vodič

Vlákno může mít jakýkoli tvar a závisí na specifikách zařízení. Nejčastěji má v obyčejné žárovce vodič kulatý průřez, ale můžete se setkat i s páskovým. Je třeba poznamenat, že dokonce i uhlí bylo použito v prvních lampáchschopný zahřát až na teplotu 3559 stupňů Celsia. V moderních zařízeních je však hlavním materiálem vlákna wolfram.

Také tento prvek může být vyroben ze slitiny osmium-wolfram. Výběr typu spirály není náhodný, protože na něm závisí její rozměry. V moderních lampách lze použít bispirály a dokonce i trispirály. Získávají se opětovným kroucením. To umožňuje zvýšit účinnost zařízení v důsledku snížení rychlosti uvolňování tepla.

Základna lampy

Tento prvek je standardizovaný a má specifický tvar a rozměry. Díky tomu je snadná výměna žárovky po její poruše.. Dnes se nejčastěji používají zařízení s paticí E14., E27, stejně jako E40. Dekódování tohoto označení je extrémně jednoduché - čísla za písmenem E označují vnější průměr prvku.

Vzhledem k tomu, že nyní existuje velké množství typů lamp, některé z nich se liší designem základny. Existují například zařízení, která jsou ve sklíčidle držena třením. Je třeba také poznamenat, že základna v zařízení žárovky plní následující funkce:

• spojuje několik prvků;
• představuje jeden z kontaktů;
• umožňuje bezpečně upevnit zařízení do držáku.

Výhody a nevýhody

Všechna technická zařízení mají nejen výhody, ale i nevýhody. Žárovky nejsou výjimkou.

Pozitivní vlastnosti

Jednou z hlavních výhod těchto zařízení je jednoduchost konstrukce, díky níž jsou náklady na produkt nízké. Nyní si můžete snadno pořídit zařízení požadovaného výkonu a velikosti. Neméně důležitou výhodou klasických žárovek je luminiscenční spektrum jejich vyzařovacího prvku. Vzhledem k tomu, že je co nejblíže slunečnímu záření, nemůže negativně ovlivnit zrakové orgány.

Zahřívané vlákno má tepelnou setrvačnost, takže světlo, které vyzařuje, prakticky nepulsuje. To odlišuje klasické žárovky od jiných typů výrobků (například zářivek). Při výrobě těchto zařízení nejsou používány žádné škodlivé látky, takže k jejich likvidaci nejsou potřeba speciální technologie.

Negativní vlastnosti

Za jednu z hlavních nevýhod zařízení lze považovat závislost na indikátoru napájecího napětí. Pokud se zvýší a překročí přípustné limity, pak se spirála rychle opotřebuje. Při poklesu napětí klesá i světelný tok vyzařovaný zařízením.

Kromě toho je třeba mít na paměti, že emitující prvek je navržen tak, aby fungoval po dlouhou dobu. Index odporu studené spirály je výrazně nižší ve srovnání s provozním režimem.

Z tohoto důvodu dochází v okamžiku zapnutí k silnému proudovému rázu, který vede k odpařování materiálu vlákna. Životnost zařízení tedy závisí na počtu startů.

S touto nevýhodou se však lze vypořádat použitím speciálních softstartérů – stmívačů. Také s jejich pomocí můžete upravit index světelného toku v poměrně širokém rozsahu.

Nejzávažnější nevýhodou žárovek je jejich nízká účinnost. Většina elektřiny se přemění na teplo, které se rozptýlí do okolí. V dnešní době se stále častěji používají LED lampy pro úsporu elektrické energie.