Diyargroup.ru

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

Лампа Эдисона: история, принцип работы, характеристика

Лампа Эдисона: история, принцип работы, характеристика

Лампа Эдисона: история, принцип работы, характеристика alt=»thumbnail» />

Американским изобретателем Томасом Эдисоном был разработан один из первых коммерчески удачных способов освещения, при помощи электрической лампы накаливания. Сейчас это самый популярный способ освещения любых помещений, который пользуется огромным спросом среди всего населения. Изобретение стало в истории ярчайшим техническим достижением 20-го века, так же, как в наше время телефоны и компьютеры.

История создания ламп накаливания

Спирали далеко не сразу стали изготавливать из вольфрама. Применялись графит, бумага, бамбук. Много людей шло параллельным путем, создавая лампы накаливания.

Бессильны привести список 22 имен ученых, называемых зарубежными писателями авторами изобретения. Неправильно приписывать заслуги Эдисону, Лодыгину. Сегодня лампы накаливания далеки от совершенства, стремительно теряют маркетинговую привлекательность. Превышение амплитуды питающего напряжения на 10% (половину пути – 5% – РФ проделала в 2003 году, подняв вольтаж) номинала сокращает срок службы вчетверо. Снижение параметра закономерно урезает отдачу светового потока: 40% теряется при эквивалентном относительном изменении характеристик питающей сети в меньшую сторону.

Пионерам гораздо хуже. Джозеф Сван (Joseph Swan) отчаялся добиться достаточной разреженности воздуха колбы лампы накала. Насосы (ртутные) того времени неспособны выполнить задачу. Нить сгорала посредством сохранившегося внутри кислорода.

Смысл ламп накала довести спирали до степени нагрева, тело начинает светиться. Сложностей добавляло отсутствие в середине XIX века высокоомных сплавов – квота преобразования силы электрического тока сформирована увеличенным сопротивлением проводящего материала.

Усилия ученых мужей ограничивались следующими направлениями:

  1. Выбор материала нити. Критериями выступали одновременно высокое сопротивление, устойчивость к горению. Волокна бамбука, являющегося изолятором, покрывали тонким слоем проводящего графита. Малая площади проводящего слоя угля повышало сопротивление, давая нужный результат.
  2. Однако древесная основа быстро воспламенялась. Вторым направлением считаем попытки создать полный вакуум. Кислород известен с конца XVIII века, ученые мужи быстро доказали: элемент участвует в горении. В 1781 году Генри Кавендиш определил состав воздуха, начиная разрабатывать лампами накала, слуги науки ведали: земная атмосфера разрушает нагретые тела.
  3. Важно передать напряжение нити. Шла работа, преследующая цели создания разъемных, контактных частей цепи. Понятно, тонкий слой угля снабжен большим сопротивлением, как подвести электричество? Трудно поверить, пытаясь достичь приемлемых результатов, использовали ценные металлы: платина, серебро. Получая приемлемую проводимость. Недешевыми путями удавалось избежать нагрева внешней цепи, контактов, нить накалялась.
  4. Отдельно отметим резьбу цоколя Эдисона, используемую поныне (Е27). Удачная идея, легшая в основу быстро заменяемых лампочек накала. Прочие способы создания контакта, наподобие пайки, мало годятся. Соединение способно распасться, разогретое действием тока.
Читайте так же:
Выключатель с индикатором для светодиодной лампочки

Лампа Эдисона

Стеклодувы XIX века достигли профессиональных высот, колбы изготавливали запросто. Отто фон Герике, конструируя генератор статического электричества, рекомендовал сферическую колбу залить серой. Материал застынет – стекло разбить. Получался идеальный шар, при трении собирал заряд, отдавая стальному стержню, проходящему через центр конструкции.

Устройство и принцип действия лампы

Конструкция лампы накаливания принципиально не изменяется уже более сотни лет. Она включает в себя:

  • Герметичную колбу, ограничивающую рабочее пространство и наполненную инертным газом.
  • Цоколь, который имеет спиральную форму. Он служит для удержания лампы в патроне и электрического соединения ее с токоведущими частями.
  • Проводники, ведущие ток от цоколя к спирали и удерживающие ее.
  • Спираль накаливания, нагревание которой и создает излучение световой энергии.

Когда электрический ток проходит через спираль, она мгновенно нагревается до высочайших температур вплоть до 2700 градусов. Это обусловлено тем, что спираль имеет большое сопротивление току и на преодоление этого сопротивления расходуется много энергии, которая выделяется как тепло. Тепло раскаляет металл (вольфрам), и он начинает излучать фотоны света. Благодаря тому что колба не содержит кислород, в процессе нагрева не происходит окисление вольфрама, и он не перегорает. Инертный газ удерживает частички раскаленного металла от испарения.

кпд лампы накаливания 100 вт

Основные технические характеристики

Самым главным параметром источников света с телом накала является мощность, определяемая в ваттах. Назначение ламп разнообразное, поэтому диапазон велик – от 0,1 Вт индикаторных «светлячков» до 23 тыс. Вт прожекторов для маяков.

Компании General Electric и Osram выпускают мощные светильники для театральных и кинематографических постановок.


Прожекторные изделия отличаются не только значением мощности (до 24000Вт), но и световым потоком. Светодиодный прожектор способен выдать 400 000 люменов, тогда как специальная лампа накаливания – 800 000 люменов

Читайте так же:
Индикатор лампа постоянного тока

В быту используют маломощные приборы, в основном, от 15 Вт до 150 Вт, а в промышленной сфере применяют лампы мощностью до 1500 Вт.

Качество светового потока и степень рассеивания регулируются материалом изготовления колбы. Максимальная светопередача характерна для ламп с прозрачным стеклом, тогда как два других типа поглощают часть света. Например, матовое стекло колбы крадет 3% светового потока, а белое – 20%.

Часто мощность бытовых ламп накаливания ограничена материалом светильников (абажуров, плафонов). Производители люстр и бра обычно указывают рекомендованные параметры – как правило, 40 Вт, реже 60 Вт.


Обычные электролампы сильно нагревают окружающие предметы в отличии, например, от светодиодных или маломощных галогенных, поэтому их нельзя использовать для монтажа в натяжные потолки

В 2011 году лампы накаливания официально признаны низко экономичными и пожароопасными, поэтому был принят закон о прекращении выпуска источников света 100 Вт. На очереди – закон о запрете устройств мощнее 50 Вт.

Однако пользователь ничего не теряет, так как на современном рынке огромное количество более производительных и экономичных светодиодных ламп и других аналогов.

Таблица, отражающая эффективность работы различных видов бытовых ламп. По указанным техническим характеристикам хорошо видно, как лампы накаливания проигрывают альтернативным вариантам по всем позициям

Сегодня многие отказываются от устаревшего вида ламп из-за большого потребления электроэнергии и короткого срока службы. Однако существуют категории людей, предпочитающие покупать дешевые и неэффективные источники – благодаря им производство лампочек накаливания продолжается.

Второй важный показатель, который обязательно нужно учитывать при покупке, – вид цоколя лампы накаливания, определяемый размером. У импортных и отечественных светодиодных ламп множество разновидностей цоколей, тогда как простые лампы ограничиваются тремя.

Если необходимо заменить лампочку в люстре или настольном светильнике, то обязательно обратите внимание на диаметр цоколя – Е14 или Е27. Приборы с цоколем Е40 в быту не применяют. Сейчас производителей обязывают упаковывать каждое изделие в отдельную коробочку, так что технические характеристики можно отыскать на ней

Читайте так же:
Можно ли выключатели с подсветкой использовать с энергосберегающими лампами

Обычно указывают мощность, класс энергоэффективности (низкий – Е), тип цоколя, прозрачность колбы, срок службы в часах

Сейчас производителей обязывают упаковывать каждое изделие в отдельную коробочку, так что технические характеристики можно отыскать на ней. Обычно указывают мощность, класс энергоэффективности (низкий – Е), тип цоколя, прозрачность колбы, срок службы в часах.

Маркировка

Все виды ламп имеют свое буквенное обозначение, но не стоит его путать с типом цоколей, например, Е27.

Маркировка лампочек с нитью накала содержит:

Лампы накаливания

  1. Первые буквы (от 1 до 4) обозначают важные физические свойства или особенности конструкции: В-вакуумная, Г – газополная моноспиральная с аргоновым наполнением, Б – газополная биспиральная, К – наполненная криптоном, МТ – колба с матовым покрытием и т. д. Специальные лампы накаливания не имеют этих букв в маркировке.
  2. Вторая часть обозначения состоит из 1 – 2 букв и указывает на предназначение прибора: А – автомобильная лампа, Ж – железнодорожная, КМ – коммутаторная, ПЖ – прожекторная и т. д.
  3. Первая циферная часть указывает на номинальное напряжение и мощность, а вторая – номер разработки, если она осуществлена повторно. Например, Б235 – 245 – 60 обозначает, что лампа биспиральная, питается от напряжения 245 В, рассчитана на 60 Вт.

Если человек умеет расшифровать маркировку, то он сможет подобрать подходящую лампочку накаливания.

Лампа накаливания. Электрические нагревательные приборы

Этот закон опре­де­ля­ет ко­ли­че­ство теп­ло­ты, вы­де­ля­ю­ще­е­ся в про­вод­ни­ке, по ко­то­ро­му про­те­ка­ет элек­три­че­ский ток.

Если по про­вод­ни­ку до­ста­точ­но долго про­те­ка­ет элек­три­че­ский ток, то про­вод­ник на­гре­ва­ет­ся. На­грев про­вод­ни­ка мы можем опре­де­лить по из­ме­не­нию тем­пе­ра­ту­ры. В раз­ных про­вод­ни­ках, в за­ви­си­мо­сти от элек­три­че­ско­го со­про­тив­ле­ния, на­грев будет раз­ный.

2. Принцип работы лампы накаливания

Пер­вое, самое из­вест­ное при­ме­не­ние теп­ло­во­го дей­ствия, – это све­че­ние лампы, на­грев про­вод­ни­ка до бе­ло­го ка­ле­ния.

Ши­ро­ко рас­про­стра­нен­ные на се­го­дняш­ний день лампы на­ка­ли­ва­ния устро­е­ны до­ста­точ­но про­сто (рис. 1).

Лампа на­ка­ли­ва­ния

Рис. 1. Лампа на­ка­ли­ва­ния

Глав­ная часть лампы – это нить на­ка­ли­ва­ния, ко­то­рая вы­пол­ня­ет­ся из воль­фра­ма (или из спла­ва, в ко­то­рый вхо­дит воль­фрам). Воль­фрам ис­поль­зу­ют по­то­му, что это очень ту­го­плав­кий ма­те­ри­ал, тем­пе­ра­ту­ра плав­ле­ния воль­фра­ма со­став­ля­ет более 3000 0 С. Воль­фра­мо­вая нить, на­гре­ва­ясь, ярко све­тит­ся и со­зда­ет ин­тен­сив­ное све­то­вое из­лу­че­ние.

Читайте так же:
Как подобрать радиолампы по току

Кроме нити на­ка­ли­ва­ния в лампе су­ще­ству­ют под­во­дя­щие кон­так­ты.

Воль­фра­мо­вая нить, если ее на­гре­вать в воз­ду­хе, до­ста­точ­но быст­ро пе­ре­го­рит. Это про­ис­хо­дит по­то­му, что при на­гре­ва­нии она окис­ля­ет­ся и раз­ру­ша­ет­ся. По­это­му в лампе на­ка­ли­ва­ния воль­фра­мо­вую нить по­ме­ща­ют внутрь стек­лян­ной колбы, из ко­то­рой уда­ля­ют воз­дух. Концы воль­фра­мо­вой нити под­клю­ча­ют к кон­так­там. Два кон­так­та под­клю­ча­ют­ся к двум важ­ным точ­кам лампы – один кон­такт при­со­еди­ня­ет­ся к спи­ра­ли, ко­то­рая вво­ра­чи­ва­ет­ся в па­трон, вто­рой кон­такт под­со­еди­ня­ет­ся к од­но­му из кон­так­тов в ниж­ней части цо­ко­ля. Так обес­пе­чи­ва­ет­ся про­те­ка­ние элек­три­че­ско­го тока.

При про­те­ка­нии элек­три­че­ско­го тока нить лампы на­ка­ли­ва­ния может на­гре­вать­ся до , что обес­пе­чи­ва­ет до­ста­точ­но яркое све­че­ние.

Есть раз­лич­ные лампы: одни горят ярко, дают много света, дру­гие – до­ста­точ­но туск­ло. Это за­ви­сит от того, какая ис­поль­зу­ет­ся спи­раль. Если спи­раль будет более тон­кая, лампа будет го­реть ярче. Если спи­раль толще, со­от­вет­ствен­но, со­про­тив­ле­ние у нее дру­гое, го­реть эта лампа будет туск­лее.

3. КПД различных ламп

В ре­зуль­та­те ис­сле­до­ва­ния ламп на­ка­ли­ва­ния вы­яс­ни­лось, что ко­эф­фи­ци­ент по­лез­но­го дей­ствия у таких ламп очень невы­сок.

Ко­эф­фи­ци­ент по­лез­но­го дей­ствия ламп на­ка­ли­ва­ния со­став­ля­ет 4 %. У ламп днев­но­го света ко­эф­фи­ци­ент по­лез­но­го дей­ствия со­став­ля­ет 15 %, а у ламп на­руж­но­го осве­ще­ния ко­эф­фи­ци­ент по­лез­но­го дей­ствия – 25 %.

4. Другие нагревательные приборы

Кроме ламп на­ка­ли­ва­ния су­ще­ству­ют и дру­гие на­гре­ва­тель­ные при­бо­ры. Это раз­лич­ные обо­гре­ва­те­ли, ков­ры-обо­гре­ва­те­ли, элек­три­че­ские плиты. На на­гре­ва­нии, то есть на за­коне Джо­у­ля-Лен­ца, ос­но­ва­ны такие при­бо­ры, как ки­пя­тиль­ни­ки, утюги, фены и т. д.

Во все этих при­бо­рах ис­поль­зу­ет­ся один и тот же прин­цип: на­гре­ва­ние про­вод­ни­ка при про­те­ка­нии элек­три­че­ско­го тока. Во всех на­гре­ва­тель­ных при­бо­рах ис­поль­зу­ет­ся на­гре­ва­тель­ный эле­мент, ко­то­рый пред­став­лен либо в виде ленты, либо до­ста­точ­но мощ­но­го про­во­да (рис. 2).

Раз­лич­ные на­гре­ва­тель­ные эле­мен­ты

Рис. 2. Раз­лич­ные на­гре­ва­тель­ные эле­мен­ты

Элек­три­че­ские при­бо­ры ис­поль­зу­ют на­гре­ва­тель­ные эле­мен­ты раз­ной формы и кон­фи­гу­ра­ции. В утю­гах это может быть один на­гре­ва­тель­ный эле­мент, а в элек­три­че­ской плите – дру­гой. Во всех на­гре­ва­тель­ных при­бо­рах пре­сле­ду­ет­ся цель со­зда­ния удоб­но­го и боль­шо­го ко­ли­че­ства теп­ло­ты, ко­то­рое можно ис­поль­зо­вать.

Читайте так же:
Как рассчитать лампу постоянного тока

5. Постоянная температура нагревания электрических приборов

По­че­му во всех на­гре­ва­тель­ных при­бо­рах тем­пе­ра­ту­ра на­гре­ва­ния оста­ет­ся по­сто­ян­ной?

На­гре­ва­ние про­вод­ни­ка свя­за­но с элек­три­че­ским со­про­тив­ле­ни­ем. А элек­три­че­ское со­про­тив­ле­ние про­вод­ни­ка за­ви­сит от тем­пе­ра­ту­ры. Чем тем­пе­ра­ту­ра про­вод­ни­ка ниже, тем со­про­тив­ле­ние про­вод­ни­ка мень­ше. Если про­вод­ник на­гре­ва­ет­ся, его со­про­тив­ле­ние уве­ли­чи­ва­ет­ся. Из­ме­не­ние элек­три­че­ско­го со­про­тив­ле­ния при на­гре­ва­нии при­во­дит к тому, что все время под­дер­жи­ва­ет­ся одна и та же мощ­ность, ко­то­рая вы­де­ля­ет­ся при на­гре­ва­нии в про­вод­ни­ке.

На се­го­дняш­ний день на­гре­ва­тель­ные эле­мен­ты при­об­ре­та­ют осо­бое зна­че­ние. В бли­жай­шее время можно ожи­дать по­яв­ле­ния обо­гре­ва­е­мых тро­туа­ров, отап­ли­ва­е­мых улиц, а не толь­ко ис­поль­зо­ва­ние на­гре­ва­тель­ных при­бо­ров в по­ме­ще­ни­ях.

6. Завершение

Вывод

Вы узна­ли о прак­ти­че­ском при­ме­не­нии за­ко­на Джо­у­ля – Ленца. По­зна­ко­ми­лись с прин­ци­пом ра­бо­ты лампы на­ка­ли­ва­ния, а также дру­гих элек­три­че­ских на­гре­ва­тель­ных при­бо­ров.

Заключение

История появления той модели электрической лампы, к которой мы привыкли, связана с именами многих русских и иностранных ученых и изобретателей. На протяжении двух столетий этот искусственный источник освещения подвергался преобразованиям, модернизации, целью которых было увеличение эксплуатационного срока службы прибора, снижение его стоимости.

Самый большой износ нити накала наблюдается в случае резкой подачи на лампу напряжения. Для решения этой проблемы, изобретатели стали снабжать лампы разнообразными устройствами, гарантирующими их плавный запуск.

В холодном виде вольфрамовая нить обладает удельным сопротивлением, которое всего в два раза превышает показатель алюминия. Для того чтобы избегать пиковых значений мощности, разработчики используют терморезисторы, сопротивление которых падает по мере повышения температуры.

У низковольтовых ламп при равной мощности ресурс эксплуатации и светоотдача намного выше, поскольку они имеют большее сечение тела накаливания. В светильниках, рассчитанных на множество ламп, эффективно последовательное соединение нескольких ламп меньшего напряжения. К примеру, можно вместо шести ламп мощностью 60 Вт, включенных параллельно, использовать всего три.

Безусловно, в наши дни появились различные модели электрических ламп, которые имеют гораздо более результативные характеристики, чем обычные лампочки, изобретенные во время Лодыгина и Эдисона.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector