Прынцып дзеяння, прылада, характарыстыкі і ККД лямпы напальвання

Пстрычка выключальніка - і цёмны пакой ўміг змянілася, сталі бачныя дэталі драбнюткіх элементаў інтэр'еру. Так імгненна распаўсюджваецца энергія ад маленькага прылады, заліваючы святлом ўсё вакол. Што ж прымушае ствараць такое магутнае выпраменьванне? Адказ хаваецца ў назве асвятляльнага прыбора, які называецца лямпай напальвання.

Гісторыя стварэння першых асвятляльных элементаў

Вытокі ўзнікнення першых лямпаў напальвання ўзыходзяць да пачатку XIX стагоддзя. Дакладней сказаць, лямпа з'явілася крыху пазней, але эфект святлення плаціны і вугальных стрыжняў пад дзеяннем электрычнай энергіі ўжо спрабавалі назіраць. Перад навукоўцамі паўстала два складаных пытання:

• знаходжанне матэрыялаў высокага супраціву, здольных распаляюцца пад уздзеяннем току да стану выпраменьвання святла;
• прадухіленне хуткага згарання матэрыялу ў паветранай асяроддзі.

Найбольш плённымі ў гэтай галіне сталі даследаванні і вынаходкі рускага навукоўца Аляксандра Мікалаевіча Лодыгина і амерыканца Томаса Эдысана.

Лодыгин прапанаваў выкарыстоўваць у якасці элемента напальвання вугальныя стрыжні, якія знаходзіліся ў герметычным колбе. Недахопам канструкцыі была складанасць выкачка паветра, рэшткі якога спрыялі хуткаму згаранню стрыжняў. Але ўсё ж яго лямпы гарэлі некалькі гадзін, а распрацоўкі і патэнты сталі асновай для стварэння больш даўгавечных прылад.

Амерыканскі вучоны Томас Эдысан, азнаёміўшыся з працамі Лодыгина, зрабіў эфектыўную вакуумную колбу, у якую змясціў вугальную нітку з бамбукавым валакна. Таксама Эдысан забяспечыў цокаль лямпы разьбовым злучэннем, уласцівым сучасным лямпам, і вынайшаў мноства электратэхнічных элементаў, такіх як: штэпсельных раз'ём, топкія засцерагальнікі, паваротны выключальнік і многае іншае. ККД лямпы напальвання Эдысана быў маленькім, хоць яна магла працаваць да 1000 гадзін часу і атрымала практычнае прымяненне.

Пасля замест вугальных элементаў было прапанавана выкарыстоўваць тугаплаўкія металы. Нітку з вальфраму, якая ўжываецца ў сучасных лямпах напальвання, таксама была запатэнтавана Лодыгиным.

Прылада і прынцып дзеяння лямпы

Канструкцыя лямпы напальвання прынцыпова не змяняецца ўжо больш за сотню гадоў. Яна ўключае ў сябе:

• Герметычную колбу, якая абмяжоўвае працоўную прастору і напоўненую інэртным газам.
• Цокаль, які мае спіральную форму. Ён служыць для ўтрымання лямпы ў патроне і электрычнага злучэння яе з токаводнымі часткамі.
• Праваднікі, вядучыя ток ад цокаля да спіралі і ўтрымлівальныя яе.
• Спіраль напальвання, награванне якой і стварае выпраменьванне светлавой энергіі.

Калі электрычны ток праходзіць праз спіраль, яна імгненна награваецца да найвышэйшых тэмператур аж да 2700 градусаў. Гэта абумоўлена тым, што спіраль мае вялікі супраціў току і на пераадоленне гэтага супраціву расходуецца шмат энергіі, якая вылучаецца як цяпло. Цяпло распаляе метал (вальфрам), і ён пачынае выпраменьваць фатоны святла. Дзякуючы таму што колба не ўтрымлівае кісларод, у працэсе нагрэву не адбываецца акісленне вальфраму, і ён не перагарае. Інэртны газ ўтрымлівае часцінкі распаленага металу ад выпарэння.

Што такое ККД лямпы напальвання

Каэфіцыент карыснага дзеяння паказвае, які працэнт выдаткаванай энергіі пераўтворыцца ў карысную працу, а які не. У выпадку лямпы напальвання ККД невялікі, бо ўсяго 5-10% энергіі ідзе на выпраменьванне святла, астатняя вылучаецца ў якасці цяпла.

ККД першых лямпаў напальвання, дзе целам напалу выступаў вугальны стрыжань, быў яшчэ меншым у параўнанні з сучаснымі прыладамі. Гэта абумоўлена дадатковымі стратамі на канвекцыю. Спіральныя ніткі напалу маюць больш нізкі працэнт гэтых страт.

ККД лямпы напальвання наўпрост залежыць ад тэмпературы нагрэву спіралі. Стандартна спіраль лямпы 60 Вт награваецца да 2700 ºС, пры гэтым ККД ўсяго 5%. Можна падняць велічыню нагрэву да 3400 ºС, падвысіўшы напружанне, але гэта знізіць тэрмін службы прылады больш чым на 90%, хоць лямпа засвеціць ярчэй, і ККД ўзрасце да 15%.

Няправільна думаць, што павелічэнне магутнасці лямпы (100, 200, 300 Вт) вядзе да павелічэння ККД толькі таму, што павысілася яркасць прылады. Лямпа стала сьвяціць ярчэй за кошт большай магутнасці самай спіралі, а з прычыны і большай светлавой аддачы. Але выдаткі энергіі таксама ўзраслі. Таму ККД лямпы напальвання 100 Вт будзе таксама ў межах 5-7%.

Разнавіднасці лямпаў напальвання

Лямпы напальвання бываюць рознага канструктыўнага выканання і функцыянальнага прызначэння. Яны дзеляцца на асвятляльныя прыборы:

• Агульнага прымянення. Да іх ставяцца лямпы бытавога выкарыстання рознай магутнасці, разлічаныя на сеткавае напружанне ў 220 В.
• Дэкаратыўнага выканання. Маюць нестандартныя тыпы колбаў ў выглядзе свечак, сфер і іншых формаў.
• Ілюмінацыйныя тыпу. Маламагутныя лямпы з каляровым пакрыццём для стварэння маляўнічых ілюмінацыяў.
• Мясцовага прызначэння. Прылады бяспечнага напружання да 40 В. Ужываюць на вытворчых сталах, для асвятлення рабочых месцаў станкоў.
• З люстраным пакрыццём. Лямпы, якія ствараюць накіраваны святло.
• Сігнальнага тыпу. Служаць для працы ў прыборных панэлях розных прылад.
• Для транспарту. Шырокая лінейка лямпаў падвышанай зносаўстойлівасці і надзейнасці. Характарызуюцца зручнай канструкцыяй, якая прадугледжвае хуткую замену.
• Для пражэктараў. Лямпы падвышанай магутнасці, якая даходзіць да 10 000 Вт.
• Для аптычных прыладаў. Лямпы для кінапраектар і аналагічных прылад.
• Коммутаторного. Прымяняюцца ў якасці сегментаў індыкатара лічбавага адлюстравання вымяральных прыбораў.

Станоўчыя і адмоўныя бакі лямпаў з целам напалу

Асвятляльныя прылады накальных тыпу маюць свае асаблівасці. Да станоўчым можна аднесці:

• імгненны распальванне спіралі;
• экалагічную бяспеку;
• невялікія памеры;
• прымальны кошт;
• магчымасць ствараць прылады рознай магутнасці і велічыні працоўнай напругі як пераменнага, так і пастаяннага току;
• ўніверсальнасць прымянення.

Да адмоўных:

• нізкі ККД лямпы напальвання;
• адчувальнасць да скокаў напругі, якія зніжаюць тэрмін эксплуатацыі;
• малы час працоўных гадзін, што не перавышаюць 1000;
• пожароопасность лямпаў з-за моцнага нагрэву колбы;
• далікатнасць канструкцыі.

Іншыя тыпы асвятляльных прыбораў

Існуюць асвятляльныя лямпы, прынцып дзеяння якіх у корані адрозніваецца ад працы лямпаў напальвання. Да іх ставяцца газаразрадныя і святлодыёдныя лямпы.

Дугавых або газаразрадных лямпаў існуе вялікая мноства, але ўсе яны заснаваныя на святленні газу пры ўзнікненні дугі паміж электродамі. Свячэнне адбываецца ў спектры ультрафіялету, які потым пераўтворыцца ў бачны чалавечаму воку пасродкам праходжання праз люминофорное пакрыццё.

Працэс, які адбываецца ў газаразраднай лямпе, ўключаюць два этапы работы: стварэнне дугавога разраду і падтрыманне іянізацыі і святлення газу ў колбе. Таму ўсе тыпы такіх асвятляльных прыбораў маюць сістэму кіравання токам. Прылады люмінесцэнтныя маюць больш высокі каэфіцыент карыснага дзеяння ў параўнанні з ККД лямпы напальвання, але небяспечныя, так як ўтрымліваюць пары ртуці.

Святлодыёдныя асвятляльныя прылады з'яўляюцца найбольш сучаснымі сістэмамі. ККД лямпы напальвання і святлодыёднай лямпы непараўнальныя. У апошняй яно дасягае 90%. Прынцып дзеяння святлодыёда заснаваны на святленні пэўнага тыпу паўправадніка пад уздзеяннем напружання.

Чаго не любіць лямпа напальвання

Тэрмін службы звычайнай лямпы напальвання будзе скарочаны, калі:

1. Напружанне ў сетцы пастаянна завышана ад намінальнага, на якое разлічаны асвятляльны прыбор. Гэта звязана з павелічэннем працоўнай тэмпературы цела напалу і, як следства, падвышаны выпарэнне сплаву металу, які прыводзіць да выхаду яго з ладу. Хоць ККД лямпы напальвання пры гэтым будзе больш.
2. Рэзка страсянуць лямпу падчас працы. Калі метал распалены да стану блізкага да плаўлення, а адлегласць паміж віткамі спіралі паменшана з прычыны пашырэння рэчывы, любое механічнае, рэзкі рух можа прывесці да непрыкметных воку межвитковому замыкання. Гэта памяншае агульны супраціў спіралі таку, спрыяе яе большаму разагрэве і хуткаму перагарвання.
3. Адбудзецца трапленне вільгаці на разагрэтую колбу. У месцы траплення ўзнікае перапад тэмператур, які вырабляе разбурэнне шкла.
4. Дакрануцца пальцамі да колбы галагенавыя лямпы. Галагенавыя лямпы з'яўляецца разнавіднасцю лямпы напальвання, але мае значна большую светлавую і цеплавую аддачу. Пры дотыку на колбе застаецца нябачнае тоўстае пляма ад пальца. Пад уздзеяннем тэмпературы тлушч згарае, утвараючы нагар, які перашкаджае цеплааддачы. У выніку гэтага ў месцы дотыку шкло пачынае плавіцца і можа лопнуць ці ўспушыцца, парушаючы газавы рэжым унутры, што прыводзіць да перагарвання спіралі. Галагенавыя лямпы напальвання ККД маюць вышэй, чым звычайныя.

Як замяніць лямпу

Калі лямпа перагарэла, але не разбурылася колба, то замяніць яе можна пасля поўнага астывання. Пры гэтым варта адключыць харчаванне. Пры укручвання лямпы вочы не трэба накіроўваць у яе бок, асабліва калі выключыць электрычнасць не ўяўляецца магчымым.

Калі колба лопнула, але захавала форму, пажадана ўзяць баваўняную тканіну, згарнуць у некалькі слаёў і, абхапіўшы ёю лямпу, пастарацца выдаліць шкло. Далей пасатыжамі з ізаляванымі ручкамі акуратна выкруціць цокаль і укруціць новую лямпу. Усе аперацыі неабходна праводзіць пры адключаным напрузе сілкавання.

заключэнне

Нягледзячы на тое што ККД лямпы напальвання складае мала адсоткаў і ў яе з'яўляецца ўсё больш канкурэнтаў, яна актуальная ў многіх сферах жыцця. Існуе нават самая старая лямпачка, бесперапынна якая працуе больш за сто гадоў. Ці гэта не пацверджанне і ўвекавечанне геніяльнасці думкі чалавека, які імкнецца змяніць свет?