Натискане на превключвателя - и тъмната стая моментално се промени, детайлите на най-малките елементи от интериора станаха видими. Ето как енергията от малко устройство се разпространява моментално, заливайки всичко наоколо със светлина. Какво ви кара да създавате толкова мощно излъчване? Отговорът се крие в името на осветителното устройство, което се нарича лампа с нажежаема жичка.
Историята на създаването на първите осветителни елементи
Произходът на първите лампи с нажежаема жичка датира от началото на 19-ти век. Или по-скоро лампата се появи малко по-късно, но ефектът от блясъка на платина и въглеродни пръчки под действието на електрическа енергия вече е наблюдаван. Два трудни въпроса изникнаха пред учените:
- намиране на материали с високо съпротивление, способни да се нагряват под въздействието на тока до състояние на излъчване на светлина;
- Предотвратяване на бързото изгаряне на материала във въздуха.
Изследване иизобретения на руския учен Александър Николаевич Лодигин и американеца Томас Едисън.
Лодигин предложи използването на въглеродни пръти като нажежаем елемент, които бяха в запечатана колба. Недостатъкът на дизайна беше трудността при изпомпване на въздух, остатъците от който допринесоха за бързото изгаряне на прътите. Но все пак лампите му горяха няколко часа, а разработките и патентите станаха основа за създаване на по-издръжливи устройства.
Американският учен Томас Едисън, след като се запозна с трудовете на Лодигин, направи ефективна вакуумна колба, в която постави въглеродна нишка, изработена от бамбукови влакна. Едисон също така осигури основата на лампата с резбова връзка, присъща на съвременните лампи, и изобрети много електрически елементи, като: щепсел, предпазител, въртящ се превключвател и много други. Ефективността на лампата с нажежаема жичка Edison беше малка, въпреки че можеше да работи до 1000 часа време и получи практическа употреба.
Впоследствие, вместо въглеродни елементи, беше предложено да се използват огнеупорни метали. Волфрамовата нишка, използвана в съвременните лампи с нажежаема жичка, също е патентована от Lodygin.
Устройството и принципът на действие на лампата
Дизайнът на лампата с нажежаема жичка не се е променил фундаментално повече от сто години. Включва:
- Херметично затворена колба, която ограничава работното пространство и е пълна с инертен газ.
- Цанката, която имаформа на спирала. Той служи за задържане на лампата в цокъла и електрическо свързване към токопроводящи части.
- Проводници, които провеждат ток от основата към спиралата и я задържат.
- Спирала с нажежаема жичка, чието нагряване създава излъчване на светлинна енергия.
Когато електрически ток преминава през намотка, той моментално се нагрява до най-високите температури до 2700 градуса. Това се дължи на факта, че спиралата има голямо съпротивление на тока и се изразходва много енергия за преодоляване на това съпротивление, което се отделя като топлина. Топлината нагрява метала (волфрам) и той започва да излъчва фотони на светлината. Поради факта, че колбата не съдържа кислород, волфрамът не се окислява по време на нагряване и не изгаря. Инертен газ предпазва частиците от горещи метали от изпаряване.
Каква е ефективността на лампа с нажежаема жичка
Ефективността показва какъв процент от изразходваната енергия се превръща в полезна работа и какъв не. В случай на лампа с нажежаема жичка ефективността е ниска, тъй като само 5-10% от енергията отива за излъчване на светлина, останалата част се отделя като топлина.
Ефективността на първите лампи с нажежаема жичка, където въглеродният прът действаше като нажежаема жичка, беше дори по-ниска в сравнение със съвременните устройства. Това се дължи на допълнителни загуби поради конвекция. Спиралните нишки имат по-нисък процент от тези загуби.
Ефективността на лампата с нажежаема жичка зависи пряко от температурата на нагряване на спиралата. Стандартно, 60 W намотка на лампата се нагрява до 2700 ºС, притази ефективност е само 5%. Възможно е да се увеличи стойността на нагряване до 3400 ºС чрез увеличаване на напрежението, но това ще намали живота на устройството с повече от 90%, въпреки че лампата ще свети по-ярко и ефективността ще се увеличи до 15%.
Погрешно е да се мисли, че увеличаването на мощността на лампата (100, 200, 300 W) води до повишаване на ефективността само защото яркостта на устройството се е увеличила. Лампата започна да свети по-ярко поради по-голямата мощност на самата спирала и в резултат на по-голямата светлинна мощност. Но разходите за енергия също са се увеличили. Следователно ефективността на 100 W лампа с нажежаема жичка също ще бъде в рамките на 5-7%.
Разновидности на лампи с нажежаема жичка
Лампи с нажежаема жичка се предлагат в различни дизайни и функционални цели. Те са разделени на осветителни тела:
- Общо използване. Те включват лампи за домашна употреба с различна мощност, предназначени за мрежово напрежение 220 V.
- Декоративен дизайн. Имат нестандартни видове колби под формата на свещи, сфери и други форми.
- Тип осветление. Цветни лампи с ниска мощност за цветно осветление.
- Местна дестинация. Устройства за безопасно напрежение до 40 V. Използват се на производствени маси, за осветяване на работните места на металорежещи машини.
- Огледално покритие. Лампи, които създават насочена светлина.
- Тип сигнал. Използва се за работа в таблата на различни устройства.
- За транспорт. Широка гама от лампи с повишена износоустойчивост и надеждност. Разполага с удобен за потребителя дизайн за бърза смяна.
- За прожектори. Лампи с повишена мощност, достигаща до 10 000 W.
- За оптични устройства. Лампи за филмови проектори и подобни устройства.
- Комутатор. Използва се като сегменти на цифровия дисплей на измервателни уреди.
Положителни и отрицателни страни на нажежаемите лампи
Осветителните устройства тип с нажежаема жичка имат свои собствени характеристики. Положителните включват:
- мигновено запалване на бобината;
- безопасност на околната среда;
- малък размер;
- справедлива цена;
- възможност за създаване на устройства с различна мощност и работно напрежение както на AC, така и на DC;
- универсалност на приложение.
До отрицателно:
- нискоефективна лампа с нажежаема жичка;
- чувствителност към животоспасяващи токови удари;
- кратко работно време не повече от 1000;
- опасност от пожар на лампи поради силно нагряване на крушката;
- крехък дизайн.
Други видове осветителни тела
Има осветителни лампи, чийто принцип е коренно различен от работата на лампите с нажежаема жичка. Те включват газоразрядни и LED лампи.
Има много дъгови или газоразрядни лампи, но всички те се основават на светенето на газа, когато се появи дъга между електродите. Сиянието се появява в ултравиолетовия спектър, който след това се превръща във видим за човешкото око.чрез преминаване през фосфорното покритие.
Процесът, който протича в газоразрядна лампа, включва два етапа на работа: създаване на дъгов разряд и поддържане на йонизация и сияние на газа в крушката. Следователно всички видове такива осветителни тела имат текуща система за управление. Флуоресцентните устройства имат по-висока ефективност от лампите с нажежаема жичка, но не са безопасни, тъй като съдържат живачни пари.
LED осветителните устройства са най-модерните системи. Ефективността на лампа с нажежаема жичка и LED лампа е несравнима. При последния той достига 90%. Принципът на действие на светодиода се основава на светенето на определен тип полупроводник под въздействието на напрежение.
Какво не харесва крушка с нажежаема жичка
Животът на обикновена лампа с нажежаема жичка ще бъде съкратен, ако:
- Напрежението в мрежата е постоянно завишено от номиналното, за което е проектирано осветителното устройство. Това се дължи на повишаване на работната температура на нагревателното тяло и в резултат на това повишено изпаряване на металната сплав, което води до нейната повреда. Въпреки че ефективността на лампата с нажежаема жичка ще бъде по-голяма.
- Рязко разклатете лампата по време на работа. Когато металът се нагрее до състояние, близко до топене, и разстоянието между завоите на спиралата се намали поради разширяването на веществото, всяко механично, рязко движение може да доведе до междувитова верига, незабележима за окото. Това намалява общото съпротивление на бобината срещу ток, допринася за нейното по-голямо и бързо нагряванеизгаряне.
- Вода ще попадне върху нагрятата колба. На мястото на удара възниква температурна разлика, което причинява счупване на стъклото.
- Докоснете пръстите си върху крушката на халогенната лампа. Халогенната лампа е вид лампа с нажежаема жичка, но има значително по-висока светлинна и топлинна мощност. При докосване върху колбата остава невидимо мазно петно от пръста. Под въздействието на температурата мазнините изгарят, образувайки въглеродни отлагания, които предотвратяват преноса на топлина. В резултат на това в точката на контакт стъклото започва да се топи и може да се спука или набъбне, нарушавайки газовия режим вътре, което води до изгаряне на спиралата. Халогенните лампи с нажежаема жичка имат по-висока ефективност от обикновените.
Как да сменя лампата
Ако лампата е изгоряла, но крушката не се е срутила, тогава можете да я смените, след като напълно изстине. В този случай изключете захранването. При завинтване на лампата не е необходимо очите да се насочват в нейната посока, особено ако не е възможно да се изключи електричеството.
Когато крушката се спука, но запази формата си, препоръчително е да вземете памучен плат, да го сгънете на няколко слоя и, като го увиете около лампата, опитайте да отстраните стъклото. След това с помощта на клещи с изолирани дръжки внимателно развийте основата и завийте нова лампа. Всички операции трябва да се извършват при изключено захранване.
Заключение
Въпреки факта, че ефективността на лампата с нажежаема жичка е малък процент и тя има все повече и повече конкуренти, тя е актуална в много области на живота. Има дори най-старата крушка, която работи непрекъснато повече от сто години. Не е ли това потвърждение и увековечаване на гениалността на мисълта на човек, който се стреми да промени света?
