Diyargroup.ru

Ремонт Строй
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Как горит лампочка

Как горит лампочка?

Первоначально понятие «лампочка Ильича» было связано с электрификацией СССР, в частности в деревнях и сёлах. Существовала даже фраза: «Была коптилка да свеча — теперь лампа Ильича». Устойчивое выражение характеризовало перемены «электрического плана», а также пропагандировало советскую власть.

Первые «лампочки Ильича» представляли собой свободно свисающие лампы накаливания, подвешенные за патрон проводом к потолку. В наше время понятие продолжает относиться к лампе накаливания, но уже вне зависимости от наличия плафона при ней.

Почему «накаливания»?

Своё название лампочка получила в честь принципа действия. Сама лампа — это соединение колбы из стекла, металлического патрона и «пестика». Если внимательно взглянуть на саму лампу, то можно заметить некие рожки, соединённые между собой мостиком. Это и есть проводная нить. Она представляет собой либо металлическую спираль, чаще всего вольфрамовую, либо угольную нить. Электрический ток следует по проводнику, тем самым осуществляя физическую реакцию — тепловое действие тока.

Почему электричество даёт свет?

Вы когда-нибудь наблюдали за тем, как горит дерево? Сначала оно становится красным и даже ослепительно белым, от горящих поленьев исходит жар и свет. Подобная ситуация происходит и с проводником лампочки. Вольфрам, намного прочнее дерева, быстро не сгорает, а способен при накаливании нагреваться и долгое время выделять свет (разный по степени яркости в зависимости от мощности) и небольшое количество тепла.

Почему? Самые интересные детские вопросы о природе, науке и мире вокруг нас

Сила тока влияет на температуру накаливания. Чем ток сильнее, тем выше температура. В зависимости от этого нить может менять свой цвет от жёлтого до ярко-белого.

В целом, вольфрамовый»мостик» является проводником мощнейшей энергии. Как известно, энергия не появляется внезапно и также не исчезает в никуда. Она меняет своё состояние, преобразовывается, переходит в другой вид. Энергия, проходящая через вольфрамовую «пружинку», также преобразовывается. Одна её часть переходит в тепловые волны (и мы чувствуем тепло, исходящее от лампочки), другая часть — в электроволны (лампочка даёт свет).

А можем ли мы влиять на степень освещения? Из вышесказанного следует, что если мы повысим температуру накаливания, то и света будет больше. Однако нельзя не принимать во внимание материал, из которого изготовлен проводник. Если вольфрам начать слишком сильно нагревать, то проводник может «перегореть». Слишком сильный нагрев и является одной из причин «лопнувших» лампочек. Если посмотреть на перегоревшую лампочку, то можно увидеть и повреждённый проводник. В сгоревшем состоянии он представляет собой нить из двух частей с повиснувшими концами.

Читайте так же:
Входной ток светодиодных ламп

Почему лампочка такая хрупкая?

Когда мы несём лампочки из магазина домой, то двигаемся всегда аккуратно, следим за своей покупкой. Лампочки — это эквивалент яиц по хрупкости. Зачем же лампочки изготавливают такими «нежными» и бьющимися?

Первый ответ — самый очевидный — прозрачность. Стекло с лёгкостью пропускает свет сквозь себя, поэтому мы получаем максимальное количество освещенности, которое может подарить нам лампочка. Второй ответ скрывается в улучшенных условиях для проводника. Для того чтобы вольфрамовой пружинке сильнее раскалиться, нужно сократить количество воздуха вокруг неё. Именно поэтому проводник помещают в стеклянную «грушу», заранее откачав оттуда воздух.

Вот так обычная лампочка, по сути являясь проводником мощной энергии, несёт в наши дома свет. И теперь мы знаем о лампочках чуть больше, нежели, например, говорится в детской загадке: «Провели под потолок удивительный шнурок. Привинтили пузырёк — загорелся огонёк».

Конструкция лампы накаливания

Изделия выпускаются с различными типоразмерами цоколя и конфигурацией колбы. Независимо от внешних характеристик, в устройство лампы накаливания входят стеклянная защитная оболочка, элемент для установки и подключения к сети и рабочее тело с подводящими напряжение электродами. Коммутационные элементы имеют специальную прорезь, уменьшающую сечение. Элемент снижает риск взрыва стеклянной колбы источника света.

Для изготовления колбы применяется силикатное стекло с добавками минералов, содержащих натрий и кальций. Специальные источники света изготовляются из стекла с примесью бора, допускающего повышенный нагрев при работе. Воздух откачивается из полости колбы вакуумным насосом через специальную трубку (штенгель), которая затем запаивается. Вакуумированные колбы используются для малогабаритных изделий мощностью до 20-25 Вт.

Резервуар ламп мощностью 25 Вт и выше заполняется смесью азота и инертного газа, снижающего испарение металла с поверхности тела накала. Для повышения яркости свечения в композицию вводится криптон. Для дорогостоящих изделий используется заполнение ксеноном, яркость таких источников света превышает в 2 раза аналогичные конструкции, заполненные смесью аргона с азотом. Внутренняя поверхность колбы покрывается белым или цветным матовым составом, снижающим яркость свечения.

Для изготовления нити или пластины применяется вольфрам или сплавы на его основе (с добавкой осмия). Для производства нити предлагался карбид тантала, обеспечивающий пониженное испарение при нагреве. В промышленное производство детали не пошли из-за хрупкости материала. Нить изготовлена из проволоки круглого сечения, завитой в спираль для снижения размеров и улучшения теплообмена. Концы элемента зажимаются в контактных пластинах из молибденовой проволоки. Выводы контактов изготовлены из меди, концы привариваются к цоколю.

Читайте так же:
Выключатель с подсветкой для светодиодных ламп решение

Конструкция лампы накаливания

Для поддержки нити использованы специальные зажимы, выполненные из тугоплавких металлов (например, молибдена). Фиксаторы монтируются на специальной площадке (штабике), изготовленной из стекла и установленной на лопатке. Стеклянные компоненты соединяются оплавлением материала.

Спираль устанавливается на точках крепления в виде половины шестигранника, обеспечивая равномерное распределение светового потока. Источники света, устанавливаемые в прожекторах, оснащаются двойной спиралью, позволяющей повысить яркость без роста нагрева тела накала. Допускается изготовление нитей в виде ажурных элементов (используется для ламп декоративных светильников).

Для фиксации лампы в патроне и подачи напряжения применяется стандартизированный цоколь с винтовой или зажимной внешней поверхностью. Для изготовления элемента идет сталь со специальным защитным покрытием. С целью снижения веса и стоимости для цоколей используется алюминиевый сплав. Цоколь соединяется с колбой термостойким клеем.

Для ламп с винтовым типом цоколя применяется обозначение Е (от имени автора конструкции – Эдисона). В коде используется двузначное число, обозначающее диаметр установочного элемента в миллиметрах. На нижней части коммутационного узла имеется второй контакт, изолированный от внешнего стакана кольцом из специального компаунда. Цоколи штифтовой (или байонетной) схемы маркируются буковой В, используются в промышленном оборудовании и автомобилях. Для подвода напряжения применяются штифты и нижний элемент, изолированный от металлического направляющего стакана.

Схема:

Основой измерителя являются двухуровневые (оконные) компараторы LTC1042 от Linear Technology. Они имеют цифровые выходы и дифференциальные входы, напряжение на которых может изменяться в пределах от 0 до 5 В (напр. питания). Выходы компараторов через логические элементы управляют тремя светодиодами, которые указывают, что смещение (разбаланс плеч) выше, ниже или в пределах нормы. Чувствительность задается по входу компаратора “Width/2”. «ОК» загорается, когда разница напряжений между входами меньше, чем напряжение на “Width/2”. Резистор 100 кОм между выводом 7 и шиной питания устанавливает частоту внутреннего генератора для компаратора. (Он определяет выбор архитектуры компаратора для снижения энергопотребления.)

Так как в любой момент времени горит только один светодиод, то можно использовать один токоограничительный резистор на все светодиоды, а не на каждый отдельно:

Читайте так же:
Как выключить лампочку если не работает выключатель

схема измерителя - www.radio.infoklad.ru

На каждый канал используется две схемы компаратора:

Схема измерителя один канал - www.radio.infoklad.ru

Опорное напряжение формируется стабилизатором на TL431 (2,5В) и регулируется резисторами R4 – напряжение смещения и R6 – диапазон регулировки смещения.

От главного редактора РадиоГазеты: TL431 — трехвыводный стабилизатор. На схеме показан не совсем корректно. Чтобы напряжение стабилизации составило 2,5 В, надо управляющий вывод (на схеме даже не показан) соеденить с катодом.

Полная схема подключения к усилителю:

Двухканальный усилитель с измерителем тока покоя выходного каскада. - www.radio.infoklad.ru

Увеличение по клику.

Диапазон регулировки составляет примерно от 40 до 80 мА (ток смещения на каждую лампу), с «окном» шириной 0 ± 8 мА. Значение R1 не является критическим, но для каждой пары ламп они должны быть согласованы (точно подобраны). Их величина должна быть меньше 10 кОм , но гораздо больше, чем сопротивление датчиков тока (Rs).

Значение резистора представляет собой компромисс между чувствительностью и перегрузочной способностью . Значение в 10 Ом подходит в большинстве случаев. Входы компаратора будут иметь уровень 0,6 V для типичного 60-мА тока смещения, который хорошо укладывается в диапазон компаратора от 0 до 5 В. Максимальный входной уровень компаратора составляет 5,3 В, что соответствует току смещения 530 мА, это значительно выше того, что бывает в нормальных условиях работы или при разумных перегрузках.

LTC1042 имеет точность порядка пары милливольт, что дает ошибку в несколько десятых долей миллиампер. Использование резисторов в 10 Ом позволяет легко вычислить опорное напряжение: опорное напряжение в мВ = ток смещения в мА х 10. Мощность, рассеиваемая на этих резисторах составляет около 0,125 W. Для обеспечения некоторого запаса стоит использовать резисторы мощностью 0,5W.

Регулятор свечения лампочки на транзисторе

Ну а теперь дело за практикой. Собираем схему в реале:

Читаем электрические схемы с транзистором

Кручу переменный резистор и добиваюсь того, чтобы лампочка горела на весь накал:

Читаем электрические схемы с транзистором

Кручу еще чуток и лампочка светит в пол накала:

Читаем электрические схемы с транзистором

Выкручиваю переменный резистор до упора и лампочка тухнет:

Читаем электрические схемы с транзистором

Вместо лампочки можно взять любую другую нагрузку, например, вентилятор от компьютера. В этом случае, меняя значение переменного резистора, я могу управлять частотой вращения вентилятора, тем самым убавляя или прибавляя силу потока воздуха.

Здесь вентилятор не крутится, так как я на переменном резисторе выставил большое сопротивление:

Читаем электрические схемы с транзистором

Ну а здесь, покрутив переменный резистор, я уже могу регулировать обороты вентилятора:

Читайте так же:
Как включить лампу двумя выключателями

Читаем электрические схемы с транзистором

Можно сказать, что получилась готовая схема, чтобы обдувать себя жарким летним деньком ;-). Стало холодно — убавил обороты, стало слишком жарко — прибавил 😉

Прошаренные чайники-электронщики могут сказать: «А зачем так сильно все было усложнять? Не проще ли было просто взять переменный резистор и соединить последовательно с нагрузкой?

Читаем электрические схемы с транзистором

Но должны соблюдаться некоторые условия. Предположим у нас лампа накаливания большой мощности, а значит и сила тока в цепи тоже будет приличная. В этом случае переменный резистор должен быть большой мощности, так как при выкручивании до упора в сторону маленького сопротивления через него побежит большой ток. Вспоминаем формулу выделяемой мощности на нагрузке: P=I 2 R. Переменный резистор сгорит (проверено не раз на собственном опыте).

В схеме с транзистором весь груз ответственности, то бишь всю мощность рассеивания, транзистор берет на себя. В схеме с транзистором переменный резистор спалить уже будет невозможно, так как сила тока в цепи базы в десятки, а то и в сотни раз меньше (в зависимости от беты транзистора), чем сила тока через нагрузку, в нашем случае через лампочку.

Греться по-максимуму транзистор будет только тогда, когда мы регулируем мощность нагрузки наполовину. В этом случае половина отсекаемой мощности в нагрузке будет рассеиваться на транзисторе. Поэтому, если вы регулируете мощную нагрузку, то для начала поинтересуйтесь таким параметром, как мощность рассеивания транзистора и при необходимости не забывайте ставить транзисторы на радиаторы.

Опасность контрольной лампы

Контрольная лампа опасна для здоровья человека. Ток, который протекает через нее, составляет доли ампера. Например, для источника света мощностью 40 Вт сила тока составит:

где Р – мощность источника света;

U – напряжение сети.

Безопасным для человека является переменный ток, не превышающий 10 мА, то есть 0,01 А.

Как видно из расчетов, сила тока, протекающая через контрольную лампу, в 18 раз превышает допустимую.

Как правило, систему для проверки собирают самостоятельно. В домашних условиях довольно трудно надежно заизолировать патрон и провода. Любое повреждение изоляции (или ее отсутствие) грозит ударом электричеством.

Особенно опасна проверка сетей 380 В.

Сила тока, протекающая через индикаторы напряжения значительно ниже. В самом плохом варианте она составляет несколько миллиампер. А чаще всего это микроамперы. То есть безопасное для человека значение.

Читайте так же:
Лампочка 24 вольта переменного тока

Кроме того против использования контрольных ламп говорят следующие риски:

  • Вероятность взрыва при частом включении-выключении. Холодная спираль имеет меньшее сопротивление, чем горячая. Следовательно, при поиске обрыва нить накаливания быстро разрушается. Взрыв чреват поражением электричеством и осколками от стеклянной колбы.
  • Хрупкость стеклянной колбы. При неосторожном обращении она может разбиться и повредить осколками кожу, глаза человека.
  • Вероятность взрыва от скачка напряжения в неисправной сети.
  • Вероятность короткого замыкания.
  • Вероятность прикосновения к неизолированным токоведущим частям.

Индикаторы напряжения лишены всех перечисленных недостатков. Они безопасны, стоят недорого.

Специальные лампы

  • Проекционные лампы — для диа- и кинопроекторов. Имеют повышенную яркость (и соответственно, повышенную температуру нити и уменьшенный срок службы); обычно нить размещают так, чтобы светящаяся область образовала прямоугольник.
  • Двухнитевые лампы для автомобильных фар. Одна нить для дальнего света, другая для ближнего. Кроме того, такие лампы содержат экран, который в режиме ближнего света отсекает лучи, которые могли бы ослеплять встречных водителей.

Стратегия перехода на светодиодные лампы

Потенциальная экономия не должна заставить вас потерять голову. Не спешите бежать в магазин и покупать лампочки сразу для всех светильников в доме. Целесообразно руководствоваться двумя принципами.

  1. Заменять только лампы с высокой мощностью — 60 Вт и более. Экономия от замены маломощных ламп будет невелика, и стоимость новой лампы может не окупиться.
  2. Заменять лампы в светильниках, время горения которых в течение суток наибольшее: например, в люстрах в жилых комнатах. Бессмысленно менять лампочку в какой-нибудь подсобке, свет в которой зажигается от случая к случаю и ненадолго.

Не стоит ожидать, что расход электроэнергии уменьшится в разы.

Основные потребители электроэнергии в быту — разного рода нагревательные приборы: утюг, электрочайник, стиральная машина и особенно электроплита. По словам нескольких опрошенных людей, счёт за электроэнергию после перехода на светодиодные лампы уменьшается где-то на 15–25%.

Ещё один совет: не покупайте сразу много ламп одной марки, сначала возьмите одну-две на пробу. Дело в том, что лампы с одинаковой цветовой температурой разных производителей могут сильно отличаться по испускаемому свету. Вдруг спектр именно этих ламп вам будет неприятен? Лучше попробовать.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector