Lampa elektryczna: zasada działania, urządzenie, zalety i wady

Dziś trudno wyobrazić sobie życie ludzi bez lampy elektrycznej. To dość proste urządzenie służy do oświetlania różnych pomieszczeń i ulic. Istnieje wiele rodzajów żarówek różniących się mocą luminescencji i zasadą działania. Ostatnio coraz więcej użytkowników zwraca uwagę na urządzenia energooszczędne, ale zwykła żarówka nie spieszy się z rezygnacją z pozycji.

Zasada działania

Zasada działania lampy żarowej jest dość prosta.a także projekt tego urządzenia. Prąd elektryczny przepływa przez przewodnik ogniotrwały i podgrzewa go do wysokiej temperatury. Należy zauważyć, że temperatura grzania zależy od napięcia dostarczanego do urządzenia. Zgodnie z prawem Plancka rozgrzany przewodnik może generować fale elektromagnetyczne.

Im wyższa temperatura, tym krótsza długość fali emitowanego promieniowania. Fale widma widzialnego pojawiają się, gdy przewodnik jest podgrzewany do kilku tysięcy stopni w skali Kelvina. Jeśli spirala żarówki elektrycznej zostanie podgrzana do 5000 K, będzie świecić neutralnym światłem (podobnym do tego, jakie emituje słońce). Wraz ze spadkiem temperatury kolor blasku zacznie się zmieniać najpierw na żółty, a następnie na czerwony.

W lampach przeważająca część energii zamieniana jest na ciepło, a tylko niewielka jej ilość zamieniana jest na strumień świetlny. Należy również pamiętać, że ludzkie narządy wzroku są w stanie odbierać tylko pewien zakres fal świetlnych. Aby zwiększyć oświetlenie pomieszczenia, konieczne jest zwiększenie temperatury cewki. Jest to jednak możliwe tylko do pewnego wskaźnika, który jest ograniczony właściwościami materiału przewodnika.

Zatem, maksymalna temperatura żarówki to 3410 stopni w skali Celsjusza. Dalsze ogrzewanie wolframu spowoduje deformację i stopienie materiału. Jednak nawet tę temperaturę można osiągnąć tylko w określonych warunkach środowiskowych. Jeśli wolfram wejdzie w kontakt z tlenem, zamienia się w tlenek. Po wypompowaniu powietrza z żarówki będzie można stworzyć lampę o maksymalnej mocy 25 watów. Mocniejsze urządzenia zawierają gazy obojętne w kolbie.

Cechy konstrukcyjne

Chociaż lampy różnią się konstrukcją, mają wspólne trzy elementy - przewody, przewodnik i szklaną bańkę. Niektóre urządzenia specjalnego przeznaczenia mogą nie mieć cokołu, ponieważ używają innego typu uchwytu. Czasami w żarówki wbudowany jest bezpiecznik żelazoniklowy. Najczęściej jest montowany w nodze, dlatego po awarii przewodnika kolba nie zapada się.

Kiedy włókno pęka, powstaje łuk elektryczny, który topi pozostały materiał. Substancja w stanie stopionym opada na szklany pojemnik i może zniszczyć jego integralność. Bezpiecznik jest w stanie zapobiec procesowi topienia spirali. Jednak ta technologia nie stała się powszechna ze względu na niską wydajność.

Jeśli mówimy o tym, z czego składa się żarówka, należy zwrócić uwagę na główne elementy konstrukcyjne. Obejmują one:

• kolba wykonana ze szkła;
• przewodnik promieniujący;
• elektrody;
• baza;
• środowisko gazowe;
• uchwyty przewodu promieniującego.

Kolba i atmosfera

Dzięki szklanemu pojemnikowi włókno jest chronione przed procesem utleniania, który zachodzi, gdy materiał przewodnika emitującego wchodzi w interakcję z tlenem. Pierwsze elektryczne żarówki zostały wyprodukowane z żarówką próżniową. Teraz przy użyciu tej technologii produkowane są tylko urządzenia o małej mocy. Do produkcji mocniejszych urządzeń najczęściej stosuje się mieszankę azotowo-argonową lub sam argon. Ponadto niektóre żarówki mogą zawierać ksenon lub krypton. Promieniowanie cieplne materiału włókna zależy od masy molowej gazu.

Osobną grupą są żarówki halogenowe, do szklanego pojemnika, do którego wstrzykiwany jest gaz z grupy halogenowej. Po podgrzaniu materiał przewodnika promieniującego odparowuje i reaguje z tymi gazami. Substancja uzyskana w procesie chemicznym ulega szybkiej degradacji pod wpływem wysokiej temperatury i powraca do filamentu. Dzięki temu wzrasta nie tylko wydajność urządzenia, ale także jego żywotność.

Promieniujący przewodnik

Filament może mieć dowolny kształt i zależy od specyfiki urządzenia. Najczęściej w zwykłej żarówce przewodnik ma przekrój okrągły, ale można też znaleźć wstążkowy. Należy zauważyć że nawet węgiel był używany w pierwszych lampachzdolny do nagrzewania się do temperatury 3559 stopni Celsjusza. Jednak w nowoczesnych urządzeniach głównym materiałem żarnika jest wolfram.

Również ten element może być wykonany ze stopu osmowo-wolframowego. Wybór rodzaju spirali nie jest przypadkowy, ponieważ od tego zależą jej wymiary. W nowoczesnych lampach można stosować bispirale, a nawet trispirale. Uzyskuje się je przez ponowne skręcenie. Pozwala to zwiększyć wydajność urządzenia dzięki zmniejszeniu szybkości wydzielania ciepła.

Podstawa lampy

Ten element jest znormalizowany i ma określony kształt i wymiary. Dzięki temu łatwo wymienić żarówkę po jej awarii.. Obecnie najczęściej używane są urządzenia z podstawą E14., E27, a także E40. Rozszyfrowanie tego oznaczenia jest niezwykle proste - liczby po literze E wskazują zewnętrzną średnicę elementu.

Ponieważ istnieje obecnie duża liczba rodzajów lamp, niektóre z nich różnią się konstrukcją podstawy. Na przykład istnieją urządzenia, które są utrzymywane w uchwycie przez tarcie. Należy również zauważyć, że podstawa w żarówce spełnia następujące funkcje:

• łączy kilka elementów;
• reprezentuje jeden z kontaktów;
• pozwala bezpiecznie zamontować urządzenie w uchwycie.

Zalety i wady

Wszystkie urządzenia techniczne mają nie tylko zalety, ale i wady. Żarówki nie są wyjątkiem.

Pozytywne cechy

Jedną z głównych zalet tych urządzeń jest prostota konstrukcji, która sprawia, że ​​koszt produktu jest niski. Teraz możesz łatwo kupić urządzenie o pożądanej mocy i wymiarach. Równie ważną zaletą klasycznych żarówek jest widmo luminescencji ich elementu emitującego. Ponieważ jest jak najbliżej światła słonecznego, nie może negatywnie wpływać na narządy wzroku.

Podgrzany żarnik ma bezwładność cieplną, więc emitowane przez niego światło jest praktycznie pozbawione pulsacji. To odróżnia tradycyjne żarówki od innych rodzajów produktów (na przykład świetlówek). Przy produkcji tych urządzeń nie są używane żadne szkodliwe substancje, dzięki czemu do ich utylizacji nie są wymagane specjalne technologie.

Negatywne właściwości

Jedną z głównych wad urządzeń można uznać zależność od wskaźnika napięcia zasilania. Jeśli wzrośnie i przekroczy dopuszczalne limity, spirala szybko się zużywa. Wraz ze spadkiem napięcia zmniejsza się również strumień świetlny emitowany przez urządzenie.

Ponadto należy pamiętać, że element emitujący jest zaprojektowany do pracy przez długi czas. Wskaźnik oporu zimnej spirali jest znacznie niższy w porównaniu z trybem pracy.

Z tego powodu w momencie włączenia następuje silny skok prądu, który prowadzi do odparowania materiału żarnika. Tak więc żywotność urządzenia zależy od liczby uruchomień.

Jednak z tą wadą można sobie poradzić, stosując specjalne softstarty - ściemniacze. Również za ich pomocą można regulować wskaźnik strumienia świetlnego w dość szerokim zakresie.

Najpoważniejszą wadą żarówek jest ich niska sprawność. Większość energii elektrycznej jest zamieniana na ciepło, które jest rozpraszane w środowisku. W dzisiejszych czasach lampy LED są coraz częściej wykorzystywane do oszczędzania energii elektrycznej.