Электрический источник света, работающий по принципу лампы накаливания, называется лампой накаливания. Другими словами, лампа, работающая за счет свечения нити накала, вызванного протекающим через нее электрическим током.
Как работают лампы накаливания
Когда объект нагревается, атомы внутри объекта термически возбуждаются. Если объект не плавится, электроны на внешней орбите атомов перескакивают на более высокий энергетический уровень из-за подводимой энергии. Электроны на этих более высоких энергетических уровнях нестабильны, они снова падают на более низкие энергетические уровни. Падая с более высоких уровней энергии на более низкие, электроны выделяют свою дополнительную энергию в виде фотонов. Затем эти фотоны испускаются с поверхности объекта в виде электромагнитного излучения.
Это излучение будет иметь разные длины волн. Часть длин волн находится в видимом диапазоне длин волн, а значительная часть длин волн находится в инфракрасном диапазоне. Электромагнитная волна с длинами волн в диапазоне инфракрасного излучения представляет собой тепловую энергию, а электромагнитная волна с длинами волн в диапазоне видимого диапазона является световой энергией.
Лампа накаливания означает получение видимого света путем нагревания объекта. По такому же принципу работает лампа накаливания. Самая простая форма искусственного источника света, использующего электричество, — это лампа накаливания. Здесь используется электрический ток, который протекает через тонкую и тонкую нить накала, чтобы произвести видимый свет. Ток увеличивает температуру нити накала до такой степени, что она начинает светиться.
История лампы накаливания
Обычно считается, что Томас Эдисон был изобретателем лампы накаливания, но на самом деле это было не так. Было множество ученых, которые работали и спроектировали прототип лампы накаливания до того, как это сделал Эдисон. Одним из них был британский физик Джозеф Уилсон Свон. Из протокола выясняется, что он получил первый патент на лампу накаливания. Позже Эдисон и Свон объединились, чтобы производить лампы накаливания в промышленных масштабах.
Конструкция лампы накаливания
Нить накала прикреплена к двум выводным проводам. Один подводящий провод подключается к ножному контакту, а другой заканчивается на металлическом основании лампы. Оба выводных провода проходят через стеклянную опору, установленную в нижней средней части лампы. Две опорные проволоки, также прикрепленные к стеклянной опоре, используются для поддержки нити в ее средней части.
Контакт стопы изолирован от металлического основания изоляционными материалами. Вся система заключена в цветную стеклянную колбу, покрытую фазами или прозрачную стеклянную колбу. Стеклянная колба может быть заполнена инертными газами или в ней поддерживается вакуум, в зависимости от мощности лампы накаливания.
Нить накаливания герметично вакуумируется стеклянной колбой подходящей формы и размера. Эта стеклянная колба используется для изоляции нити от окружающего воздуха, чтобы предотвратить окисление нити и минимизировать обычный ток, окружающий нить, следовательно, чтобы поддерживать высокую температуру нити.
Стеклянная колба либо находится в вакууме, либо заполнена инертными газами, такими как аргон с небольшим процентным содержанием азота при низком давлении. Инертные газы используются для сведения к минимуму испарения нити накала во время эксплуатации ламп. Но из-за конвекционного потока инертного газа внутри колбы будет больше шансов потерять тепло нити накала во время работы.
Опять же, вакуум является отличной изоляцией тепла, но он ускоряет испарение нити во время работы. В случае газонаполненных ламп накаливания используется 85% аргона, смешанного с 15% азота. Иногда криптон можно использовать для уменьшения испарения нити накала, потому что молекулярный вес газообразного криптона намного выше. Но стоит дороже. При давлении около 80% от атмосферного газы наполняются в баллон. Газ заполняется в лампу мощностью более 40 Вт. Но для лампы мощностью менее 40 Вт; газ не используется.
Нить лампы накаливания
В настоящее время лампы накаливания доступны с различной мощностью, например, 25, 40, 60, 75, 100 и 200 Вт и т. Д. Существуют различные формы ламп накаливания, но в основном все они имеют округлую форму. Для изготовления нити накаливания в основном используются три материала: углерод, тантал и вольфрам. Углерод раньше использовался в качестве материала для накала, но в настоящее время для этой цели чаще всего используется вольфрам.
Температура плавления углеродной нити составляет около 3500 градусов, а рабочая температура этой нити составляет около 1800 градусов, поэтому вероятность испарения значительно меньше. Из-за этой углеродной нити лампы накаливания не затемняют из-за испарения нити. Потемнение лампы накаливания происходит, когда молекулы материала накаливания осаждаются на внутренней стенке стеклянной колбы из-за испарения нити во время работы.
Это потемнение становится заметным после длительного срока службы лампы. КПД угольной лампы накаливания невысокий — около 4,5 люмен на ватт. В качестве нити накала использовался тантал, но его эффективность очень низкая, около 2 люмен на ватт. Это связано с тем, что тантал очень редко используется в качестве элемента накала.
В настоящее время наиболее широко используемым материалом для нити накала является вольфрам из-за его высокой светоотдачи. Он может давать 18 люмен на ватт, когда он работает при 2000 градусов. Эта эффективность может достигать 30 люмен на ватт, когда он работает при 2500 градусов. Высокая температура плавления является основным критерием для материала нити, поскольку он должен работать при очень высокая температура без испарения.
Хотя вольфрам имеет немного более низкую температуру плавления, чем углерод, все же вольфрам более предпочтителен в качестве материала для накала. Это связано с высокими рабочими температурами, которые делают вольфрам очень эффективным светом. Механическая прочность вольфрамовой нити достаточно высока, чтобы выдерживать механические колебания.
Срок службы ламп накаливания
Какой бы ни была технология изготовления, у каждого типа ламп накаливания есть примерный срок службы. Это происходит из-за явления испарения нити, которое можно минимизировать, но нельзя полностью избежать.
Стеклянная колба со временем темнеет из-за испарения нити накала. Из-за испарения нити накала становится тоньше, что делает ее менее светящейся, и, наконец, нить разрывается. Поскольку лампы накаливания напрямую подключены к линии электропитания, колебания напряжения в линии влияют на работу лампы.
Установлено, что светоотдача лампы накаливания прямо пропорциональна квадрату напряжения питания, но в то же время, срок службы лампы обратно пропорционален силе напряжения питания. Основные преимущества ламп накаливания в том, что они достаточно дешевы и очень подходят для освещения небольших площадей. Но эти лампы не являются энергоэффективными, и около 90% потребляемой электроэнергии теряется в виде тепла.
Наличие на рынке ламп накаливания
На рынке доступны лампы различных привлекательных форм и размеров. Лампы ПС30 имеют грушевидную форму, колба Т12 — трубчатая диаметром 1,5 дюйма, колба R40 — с колбой рефлектора диаметром 5 дюймов. В зависимости от наличия мощности на рынке широко представлены лампы мощностью 25, 40, 60, 75, 100, 150 и 200 Вт и т. Д. Можно воспользоваться таблицей, чтобы получить важные данные о лампах накаливания.
Лампы накаливания работают, потому что нагретая нить накала находится внутри стеклянной оболочки или шара, который откачивается и остается либо в вакууме, либо заполнен инертным газом. Провод не может гореть в вакууме, и он не может гореть, если единственный газ внутри колбы инертен и не реагирует с ним. Светодиодные лампы быстро становятся стандартом, заменяя лампы накаливания во многих домах и других местах.
Кто изобрел лампочку накаливания
Два более ранних изобретателя, Генри Вудворд и Мэтью Эванс, изобрели лампочку накаливания, патент на которую был приобретен Томасом Эдисоном. К 1879 году Эдисон перешел на углеродную нить накаливания и бескислородный кожух и создал лампу, которая прослужила сорок часов. С тех пор лампа накаливания прошла долгий путь.
Почему перегорают лампы накаливания
Происходит то, что проволочная нить медленно испаряется. В обычной лампе накаливания эти молекулы просто теряются. Они оседают на внутренней стороне стеклянной оболочки, поэтому старая лампа накаливания будет выглядеть более желтой и тусклой, чем новая, идентичная в остальном. Это также означает, что нить накала сжимается, поскольку теряет молекулы. В какой-то момент он становится настолько тонким, что больше не может проводить ток, перегревается и ломается. Вот когда говорится, что лампочка «перегорела», и ее надо заменить.
Почему не стоит покупить
Лампочки данного типа неэффективны. Чтобы продлить срок службы стандартных ламп накаливания, производители делают их менее горячими, чем оптимальная температура для излучения чистого белого света. В результате лампы накаливания излучают много энергии в инфракрасной части спектра. Это, конечно, не приносит пользы для зрения и в значительной степени является пустой тратой энергии — если только не хотим тепла, которое они излучают.
Лампы накаливания не запрещены. Произошло то, что все лампочки теперь должны соответствовать минимальному стандарту эффективности, который был принят в Законе об энергетической независимости и безопасности 2007 года. Большинство стандартных ламп накаливания не могут соответствовать этим стандартам, но те, которые соответствовали, все еще могут соответствовать изготовлены и проданы. Тем не менее, многие лампы накаливания не подпадали под действие стандартов. Примерами могут служить трехходовые лампы, лампы грубого обращения и лампы для бытовых приборов.
Тем временем производители работают над выпуском альтернативных лампочек, которые соответствуют стандартам, излучают хороший, приятный свет и не стоят три состояния. Эти замены для стандартной 60W лампы, который был один из самых ранних видов луковицы пострадавших, имеют долгий путь к достижению этих стандартов.
С развитием электроэнергии в начале 19-го века, единственным серьезным соображением для освещения с помощью электричества было дуговое зажигание, при котором яркий свет излучается электрической искрой между двумя электродами. В углеродно-дуговый электрический свет был продемонстрирован еще в 1808 году, а в 1858 году английский физик и химик Майкл Фарадей изобрел первый паровой электрогенератор для управления большой угольной дуговой лампой для маяка Южного Форленда, но угольно-дуговая лампа была настолько яркий и требовал такой большой мощности, что никогда не получил широкого распространения; это было ограничено крупными объектами, такими как маяки, вокзалы и универмаги.
Более практичное освещение можно получить от лампы накаливания. В 1801 году английский химик Сэр Хэмфри Дэви продемонстрировал накал платиновых полосок, нагретых на открытом воздухе электричеством, но эти полосы прослужили недолго. Фредерик де Молейнс из Англии получил первый патент на лампу накаливания в 1841 году; он использовал порошкообразный уголь, нагретый между двумя платиновыми проволоками.
Коммерческая разработка лампы накаливания была отложена. Ртутный насос, изобретенный в 1865 году, обеспечивал необходимый вакуум и удовлетворительную углеродную нить.лампочка была разработана независимо английским физиком Сэр Джозеф Уилсон Свон в 1878 году и американский изобретатель Томас Альва Эдисон в следующем году.
К 1880 году оба подали заявки на патенты на свои лампы накаливания, и последовавшая судебная тяжба между двумя мужчинами была разрешена путем создания совместной компании в 1883 году. Однако Эдисон всегда получал большую заслугу в изобретении лампочки из-за его разработки линий электропередач и другого оборудования, необходимого для включения лампы накаливания в практическую систему освещения.
В колбе с углеродной нитью была на самом деле очень неэффективной, но она устраняла опасность возникновения сажи и пожара от газоугольных струй и, таким образом, вскоре получила широкое распространение.
Вывод
Действительно, благодаря лампе накаливания к 1900 году электрическое освещение стало неотъемлемой частью городской жизни. На смену лампе с углеродной нитью в конечном итоге пришла более эффективная лампа накаливания с вольфрамовой нитью, разработанная Джорджем Кулиджем из General Electric Company и впервые появился в 1908 году.
