Lampada elettrica: principio di funzionamento, dispositivo, vantaggi e svantaggi

Oggi è difficile immaginare la vita delle persone senza una lampada elettrica. Questo dispositivo piuttosto semplice viene utilizzato per illuminare vari locali e strade. Esistono numerosi tipi di lampadine che differiscono per potenza di luminescenza e principio di funzionamento. Di recente, sempre più utenti prestano attenzione ai dispositivi a risparmio energetico, ma una normale lampada a incandescenza non ha fretta di rinunciare alle posizioni.

Principio operativo

Il principio di funzionamento di una lampada ad incandescenza è abbastanza semplice.così come il design di questo dispositivo. La corrente elettrica passa attraverso il conduttore refrattario e lo riscalda ad alta temperatura. Va notato che la temperatura di riscaldamento dipende dalla tensione fornita al dispositivo. Secondo la legge di Planck, un conduttore riscaldato è in grado di generare onde elettromagnetiche.

Maggiore è la temperatura, minore è la lunghezza d'onda della radiazione emessa. Le onde dello spettro visibile appaiono quando il conduttore viene riscaldato a diverse migliaia di gradi sulla scala Kelvin. Se la spirale di una lampadina elettrica viene riscaldata a 5000 K, si illuminerà di una luce neutra (simile a quella emessa dal sole). Quando la temperatura diminuisce, il colore del bagliore inizierà a cambiare prima in giallo e poi in rosso.

Nelle lampade la parte preponderante dell'energia viene convertita in calore e solo una piccola parte di essa viene convertita in flusso luminoso. Va anche ricordato che gli organi visivi umani sono in grado di percepire solo una certa gamma di onde luminose. Per aumentare l'illuminazione della stanza, è necessario aumentare la temperatura della bobina. Tuttavia, questo è possibile solo fino a un certo indice, che è limitato dalle proprietà del materiale conduttore.

Così, la temperatura massima del bulbo è 3410 gradi sulla scala Celsius. Un ulteriore riscaldamento del tungsteno deformerà e fonderà il materiale. Tuttavia, anche questa temperatura può essere raggiunta solo in determinate condizioni ambientali. Se il tungsteno entra in contatto con l'ossigeno, si trasforma in ossido. Quando l'aria viene pompata fuori dal bulbo, sarà possibile creare una lampada con una potenza massima di 25 watt. I dispositivi più potenti contengono gas inerti nel pallone.

Caratteristiche del progetto

Sebbene le lampade differiscano nel design, condividono tre elementi in comune: cavi, un conduttore e una lampadina di vetro. Alcuni dispositivi per scopi speciali potrebbero non avere uno zoccolo, poiché utilizzano un diverso tipo di supporto. Inoltre, a volte nelle lampadine è incorporato un fusibile al ferronichel. Molto spesso, è montato su una gamba, quindi, dopo il guasto del conduttore, il pallone non collassa.

Quando il filamento si rompe, si crea un arco elettrico che fonde il materiale rimanente. La sostanza allo stato fuso cade sul contenitore di vetro e può distruggerne l'integrità. Il fusibile è in grado di impedire il processo di fusione a spirale. Tuttavia, questa tecnologia non si è diffusa a causa della bassa efficienza.

Se parliamo di cosa consiste la lampadina, allora è necessario notare i principali elementi strutturali. Questi includono:

• una fiaschetta di vetro;
• conduttore radiante;
• elettrodi;
• base;
• ambiente gassoso;
• titolari del conduttore radiante.

Flacone e ambiente gassoso

Grazie al contenitore in vetro, il filamento è protetto dal processo di ossidazione che si verifica quando il materiale del conduttore emittente interagisce con l'ossigeno. Le prime lampade ad incandescenza elettriche furono prodotte con un bulbo a vuoto. Ora vengono prodotti solo dispositivi a bassa potenza utilizzando questa tecnologia. Per la produzione di dispositivi più potenti, viene spesso utilizzata una miscela di azoto-argon o solo argon. Inoltre, alcune lampadine possono contenere xeno o krypton. La radiazione termica del materiale del filamento dipende dalla massa molare del gas.

Un gruppo separato sono le lampadine alogene, nel contenitore di vetro di cui viene iniettato un gas del gruppo alogeno. Quando riscaldato, il materiale del conduttore radiante evapora e reagisce con questi gas. La sostanza ottenuta durante il processo chimico viene rapidamente degradata sotto l'influenza dell'alta temperatura e ritorna al filamento. Di conseguenza, non solo aumenta l'efficienza del dispositivo, ma aumenta anche la sua durata.

Conduttore radiante

Il filamento può essere di qualsiasi forma e dipende dalle specifiche del dispositivo. Molto spesso, in una normale lampadina, il conduttore ha una sezione trasversale rotonda, ma puoi anche trovarne una a nastro. Si dovrebbe notare che anche il carbone veniva usato nelle prime lampadein grado di riscaldare fino a una temperatura di 3559 gradi Celsius. Tuttavia, nei dispositivi moderni, il materiale principale del filamento è il tungsteno.

Inoltre, questo elemento può essere realizzato in una lega di osmio-tungsteno. La scelta del tipo di spirale non è casuale, poiché da essa dipendono le sue dimensioni. Bispirali e persino trispirali possono essere utilizzati nelle lampade moderne. Si ottengono ritorcendo. Ciò consente di aumentare l'efficienza del dispositivo a causa di una diminuzione della velocità di rilascio del calore.

Base della lampada

Questo elemento è standardizzato e ha una forma e dimensioni specifiche. Di conseguenza, è facile sostituire la lampadina dopo il suo guasto.. Oggi vengono utilizzati più spesso dispositivi con una base E14., E27 e E40. La decodifica di questa marcatura è estremamente semplice: i numeri dopo la lettera E indicano il diametro esterno dell'elemento.

Poiché ora esiste un gran numero di tipi di lampade, alcuni di essi differiscono nel design della base. Ad esempio, ci sono dispositivi che sono trattenuti nel mandrino per attrito. Va inoltre notato che la base nel dispositivo della lampada a incandescenza svolge le seguenti funzioni:

• collega diversi elementi;
• rappresenta uno dei contatti;
• consente di montare saldamente il dispositivo nel supporto.

Vantaggi e svantaggi

Tutti i dispositivi tecnici presentano non solo vantaggi, ma anche svantaggi. Le lampadine a incandescenza non fanno eccezione.

Tratti positivi

Uno dei principali vantaggi di questi dispositivi è la semplicità del design, che rende basso il costo del prodotto. Ora puoi facilmente acquistare un dispositivo della potenza e delle dimensioni desiderate. Un vantaggio altrettanto importante delle lampadine classiche è lo spettro di luminescenza del loro elemento emittente. Poiché è il più vicino possibile alla luce solare, non può influenzare negativamente gli organi visivi.

Un filamento riscaldato ha un'inerzia termica, quindi la luce che emette è praticamente priva di pulsazioni. Ciò distingue le lampadine a incandescenza convenzionali da altri tipi di prodotti (ad esempio lampade fluorescenti). Nella produzione di questi dispositivi non vengono utilizzate sostanze nocive, quindi non sono necessarie tecnologie speciali per il loro smaltimento.

proprietà negative

Uno dei principali svantaggi dei dispositivi può essere considerato la dipendenza dall'indicatore della tensione di alimentazione. Se aumenta e supera i limiti consentiti, la spirale si consuma rapidamente. Quando la tensione scende, diminuisce anche il flusso luminoso emesso dal dispositivo.

Inoltre, va ricordato che l'elemento emittente è progettato per funzionare per un lungo periodo di tempo. L'indice di resistenza della spirale fredda è significativamente inferiore rispetto alla modalità operativa.

Per questo motivo, al momento dell'accensione, si verifica un forte aumento di corrente, che porta all'evaporazione del materiale del filamento. Pertanto, la durata del dispositivo dipende dal numero di avviamenti.

Tuttavia, questo svantaggio può essere affrontato utilizzando speciali avviatori statici - dimmer. Inoltre, con il loro aiuto, puoi regolare l'indice di flusso luminoso in un intervallo abbastanza ampio.

Lo svantaggio più grave delle lampade a incandescenza è la loro bassa efficienza. La maggior parte dell'elettricità viene convertita in calore, che viene dissipato nell'ambiente. Al giorno d'oggi, le lampade a LED sono sempre più utilizzate per risparmiare energia elettrica.