Pstryknięcie przełącznika - i ciemny pokój natychmiast się zmienił, szczegóły najmniejszych elementów wnętrza stały się widoczne. W ten sposób energia z niewielkiego urządzenia błyskawicznie się rozchodzi, zalewając wszystko wokół światłem. Co sprawia, że tworzysz tak silne promieniowanie? Odpowiedź kryje się w nazwie urządzenia oświetleniowego, które nazywa się żarówką.
Historia powstania pierwszych elementów oświetleniowych
Początki pierwszych lamp żarowych sięgają początku XIX wieku. A raczej lampa pojawiła się nieco później, ale efekt świecenia pręcików platynowych i węglowych pod działaniem energii elektrycznej był już obserwowany. Przed naukowcami pojawiły się dwa trudne pytania:
- znalezienie materiałów o wysokiej wytrzymałości zdolnych do nagrzewania się pod wpływem prądu do stanu emisji światła;
- Zapobieganie szybkiemu spalaniu materiału w powietrzu.
Badania iwynalazki rosyjskiego naukowca Aleksandra Nikołajewicza Lodygina i Amerykanina Thomasa Edisona.
Lodygin zasugerował użycie prętów węglowych jako elementu żarowego, które znajdowały się w zamkniętej kolbie. Wadą konstrukcji była trudność w wypompowywaniu powietrza, którego resztki przyczyniły się do szybkiego spalania prętów. Mimo to jego lampy paliły się przez kilka godzin, a rozwój i patenty stały się podstawą do stworzenia trwalszych urządzeń.
Amerykański naukowiec Thomas Edison, po zapoznaniu się z twórczością Lodygina, wykonał efektowny termos, w którym umieścił nić węglową wykonaną z włókna bambusowego. Edison wyposażył również podstawę lampy w gwintowane połączenie właściwe dla nowoczesnych lamp i wynalazł wiele elementów elektrycznych, takich jak: wtyczka, bezpiecznik, przełącznik obrotowy i wiele innych. Wydajność żarówki Edisona była niewielka, chociaż mogła pracować do 1000 godzin i znalazła praktyczne zastosowanie.
Później, zamiast pierwiastków węglowych, zaproponowano użycie metali ogniotrwałych. Włókno wolframowe stosowane w nowoczesnych żarówkach zostało również opatentowane przez Lodygin.
Urządzenie i zasada działania lampy
Konstrukcja żarówki nie zmieniła się zasadniczo od ponad stu lat. Obejmuje:
- Hermetycznie zamknięta kolba, która ogranicza przestrzeń roboczą i jest wypełniona gazem obojętnym.
- Cokół, który maspiralny kształt. Służy do trzymania lampy w gnieździe i podłączenia elektrycznego do części przewodzących prąd.
- Przewody przewodzące prąd z podstawy do spirali i trzymające ją.
- Spirala żarowa, której ogrzewanie powoduje emisję energii świetlnej.
Gdy prąd elektryczny przepływa przez cewkę, natychmiast nagrzewa się do najwyższych temperatur, do 2700 stopni. Wynika to z faktu, że spirala ma duży opór prądowy i na pokonanie tego oporu zużywa się dużo energii, która jest uwalniana w postaci ciepła. Ciepło nagrzewa metal (wolfram) i zaczyna emitować fotony światła. Ze względu na to, że kolba nie zawiera tlenu, wolfram nie utlenia się podczas ogrzewania i nie wypala się. Gaz obojętny zapobiega parowaniu gorących cząstek metalu.
Jaka jest wydajność żarówki
Wydajność pokazuje, jaki procent zużytej energii jest zamieniany na użyteczną pracę, a jaki nie. W przypadku lampy żarowej sprawność jest niska, ponieważ tylko 5-10% energii idzie na wyemitowanie światła, reszta jest uwalniana w postaci ciepła.
Sprawność pierwszych żarówek, w których pręt węglowy działał jako żarnik, była jeszcze niższa w porównaniu z nowoczesnymi urządzeniami. Wynika to z dodatkowych strat spowodowanych konwekcją. Włókna spiralne mają mniejszy procent tych strat.
Sprawność żarówki zależy bezpośrednio od temperatury nagrzewania spirali. Standardowo cewka lampy 60 W nagrzewa się do 2700 ºС, atta wydajność wynosi tylko 5%. Możliwe jest zwiększenie wartości grzewczej do 3400 ºС poprzez zwiększenie napięcia, ale skróci to żywotność urządzenia o ponad 90%, chociaż lampa będzie świecić jaśniej, a wydajność wzrośnie do 15%.
Błędne jest myślenie, że wzrost mocy lampy (100, 200, 300 W) prowadzi do wzrostu wydajności tylko dlatego, że wzrosła jasność urządzenia. Lampa zaczęła świecić jaśniej ze względu na większą moc samej spirali, a także w wyniku większego strumienia świetlnego. Ale wzrosły również koszty energii. Dlatego sprawność żarówki 100 W będzie również mieścić się w granicach 5-7%.
Odmiany żarówek
Lampy żarowe są dostępne w różnych wzorach i celach funkcjonalnych. Są one podzielone na oprawy oświetleniowe:
- Ogólne zastosowanie. Należą do nich lampy do użytku domowego o różnej mocy, przeznaczone na napięcie sieciowe 220 V.
- Dekoracyjny projekt. Posiadają nietypowe rodzaje flakonów w postaci świec, kul i innych kształtów.
- Typ oświetlenia. Kolorowe lampy o małej mocy do kolorowych iluminacji.
- Lokalne miejsce docelowe. Urządzenia zasilane bezpiecznym napięciem do 40 V. Stosowane są na stołach produkcyjnych, do oświetlania miejsc pracy obrabiarek.
- Powłoka lustrzana. Lampy tworzące światło kierunkowe.
- Typ sygnału. Służy do pracy w pulpitach nawigacyjnych różnych urządzeń.
- Do transportu. Szeroka gama lamp o podwyższonej odporności na zużycie i niezawodności. Posiada przyjazną dla użytkownika konstrukcję umożliwiającą szybką wymianę.
- Do reflektorów. Lampy o zwiększonej mocy, sięgającej nawet 10 000 W.
- Dla urządzeń optycznych. Lampy do projektorów filmowych i podobnych urządzeń.
- Komutator. Używany jako segmenty cyfrowego wyświetlacza przyrządów pomiarowych.
Dodatnie i ujemne strony żarówek
Urządzenia oświetleniowe typu żarowego mają swoje własne cechy. Pozytywy obejmują:
- natychmiastowy zapłon cewki;
- bezpieczeństwo środowiskowe;
- mały rozmiar;
- uczciwa cena;
- możliwość tworzenia urządzeń o różnej mocy i napięciu pracy zarówno AC jak i DC;
- wszechstronność zastosowań.
Do negatywnego:
- Żarówka o niskiej wydajności;
- podatność na ratujące życie przepięcia;
- krótkie godziny pracy nieprzekraczające 1000;
- zagrożenie pożarowe lamp z powodu silnego nagrzewania się żarówki;
- delikatna konstrukcja.
Inne rodzaje opraw oświetleniowych
Istnieją lampy oświetleniowe, których zasada zasadniczo różni się od działania lamp żarowych. Należą do nich lampy wyładowcze i LED.
Istnieje wiele lamp łukowych lub lamp wyładowczych, ale wszystkie opierają się na żarzeniu gazu, gdy łuk pojawia się między elektrodami. Blask występuje w widmie ultrafioletowym, które jest następnie przekształcane w widzialne dla ludzkiego oka.przechodząc przez powłokę luminoforu.
Proces zachodzący w lampie wyładowczej obejmuje dwa etapy pracy: powstanie wyładowania łukowego oraz utrzymanie jonizacji i żarzenia gazu w żarówce. Dlatego wszystkie rodzaje takich opraw oświetleniowych posiadają system sterowania prądem. Urządzenia fluorescencyjne mają wyższą wydajność niż żarówki, ale są niebezpieczne, ponieważ zawierają opary rtęci.
Urządzenia oświetleniowe LED to najnowocześniejsze systemy. Wydajność lampy żarowej i lampy LED jest nieporównywalna. W tym ostatnim dochodzi do 90%. Zasada działania diody LED opiera się na świeceniu pewnego rodzaju półprzewodnika pod wpływem napięcia.
Czego żarówka nie lubi
Żywotność zwykłej żarówki ulegnie skróceniu, jeśli:
- Napięcie w sieci jest stale zawyżone w stosunku do nominalnego, dla którego zaprojektowane jest urządzenie oświetleniowe. Wynika to ze wzrostu temperatury pracy korpusu grzejnego iw efekcie zwiększonego parowania stopu metalu, prowadzącego do jego awarii. Chociaż sprawność żarówki będzie większa.
- Ostro potrząśnij lampą podczas pracy. Gdy metal zostanie podgrzany do stanu bliskiego stopieniu, a odległość między zwojami spirali zostanie zmniejszona z powodu rozszerzania się substancji, każdy mechaniczny, nagły ruch może doprowadzić do niedostrzegalnego dla oka obwodu międzyzwojowego. Zmniejsza to całkowitą rezystancję cewki na prąd, przyczynia się do jej większego nagrzewania i szybszegowypalenie.
- Woda dostanie się na podgrzaną kolbę. W miejscu uderzenia występuje różnica temperatur, co powoduje pęknięcie szkła.
- Dotknij palcami żarówki żarówki halogenowej. Lampa halogenowa jest rodzajem żarówki, ale ma znacznie wyższą moc świetlną i cieplną. Po dotknięciu na kolbie pozostaje niewidoczna tłusta plama z palca. Pod wpływem temperatury tłuszcz ulega wypaleniu, tworząc osady węglowe, które uniemożliwiają przenoszenie ciepła. W efekcie w miejscu styku szkło zaczyna się topić i może pękać lub pęcznieć, zaburzając reżim gazowy wewnątrz, co prowadzi do wypalenia się spirali. Żarówki halogenowe mają wyższą sprawność niż zwykłe.
Jak wymienić lampę
Jeżeli lampa jest przepalona, ale żarówka się nie przewróciła, możesz ją wymienić po całkowitym ostygnięciu. W takim przypadku wyłącz zasilanie. Podczas wkręcania lampy oczy nie muszą być skierowane w jej kierunku, zwłaszcza jeśli nie ma możliwości wyłączenia prądu.
Gdy żarówka pękła, ale zachowała swój kształt, zaleca się wziąć bawełnianą szmatkę, złożyć ją na kilka warstw i owijając ją wokół lampy, spróbować zdjąć szkło. Następnie za pomocą szczypiec z izolowanymi uchwytami ostrożnie odkręć podstawę i wkręć nową lampę. Wszystkie operacje muszą być wykonywane przy wyłączonym zasilaniu.
Wniosek
Pomimo tego, że sprawność żarówki to niewielki procent i ma coraz więcej konkurentów, ma ona znaczenie w wielu dziedzinach życia. Istnieje nawet najstarsza żarówka, która działa nieprzerwanie od ponad stu lat. Czy nie jest to potwierdzenie i utrwalenie geniuszu myśli osoby dążącej do zmiany świata?
