전구의 설명과 원리

게시일: 2020년 8월 12일

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백열등이란 무엇입니까?

백열등은 얇은 금속 필라멘트를 빛나는 금속의 글로우 온도로 가열하여 광속이 생성되는 인공 조명의 소스입니다. 필라멘트를 가열하기 위해 전류가 통과합니다. 첫 번째 램프에는 섬유 형태의 대나무와 같은 탄화된 유기 물질 필라멘트가 있었습니다.

필라멘트가 빨리 타는 것을 방지하기 위해 전구에서 공기를 빼내고 밀봉했습니다. 또는 플라스크는 산화제가 없는 기체 조성인 산소로 채워졌습니다. 이러한 가스를 불활성 가스(아르곤, 네온, 헬륨, 질소 등)라고 합니다. 이러한 가스는 금속과 반응하지 않기 때문에 그렇게 불립니다. 즉, 불활성입니다.

탄소 필라멘트 램프

최초의 탄소 필라멘트 램프 탄소 필라멘트 램프는 작동 수명이 12시간 미만이었습니다. 탄소 필라멘트를 가는 금속 와이어로 교체한 후 크게 증가했습니다.

그러한 빛을 글로우(glow), 즉 빛나는 금속의 빛이라고 불렀다. 그리고 필라멘트를 백열등이라고 불렀습니다.예를 들어, 1200°C로 가열된 강철은 황백색으로 빛나고 1300°C에서는 거의 흰색이었습니다.

19세기 후반, 빠르게 타버린 탄소 필라멘트는 텅스텐, 몰리브덴, 오스뮴과 같은 내화 금속 또는 지르코늄, 마그네슘, 이트륨 등과 같은 금속 산화물로 대체되었습니다.

플라스크를 불활성 가스로 채우면 빛나는 필라멘트에서 금속 증발 속도가 감소하여 작동 시간이 늘어납니다.

고출력에서 필라멘트는 "분지된" 모양으로 만들어졌습니다. 지향성 플럭스를 생성하는 투사 광원은 복잡한 구성의 필라멘트를 가지며 복사 축에 수직인 평면 구조를 형성합니다. 전구 내부에는 은이나 알루미늄과 같은 얇은 금속 스프레이 층과 같은 광 반사기가 있습니다.

범용 백열등 - LON, "배" 전구. 나선형 형태의 직선형 짧은 필라멘트는 12, 24 또는 48-50V의 작은 작동 전압을 나타내며 전력은 10-20와트 이하입니다.

110V의 일정한 전압을 가진 기존 전력망에서 직접 램프에 전력을 공급하려면 길고 가는 금속 필라멘트가 필요했습니다. 이것은 저항을 증가시켰고 따라서 램프를 가열하는 데 필요한 전류를 줄였습니다.

작은 부피의 투명 유리 플라스크에 조밀한 "패킹"을 위해 필라멘트를 반복적으로 구부려 와이어 홀더에 배치했습니다.

현대적인 디자인의 에디슨 램프에서 긴 필라멘트를 여러 번 "접혀"있습니다.

또 다른 현대 에디슨 램프. 필라멘트의 평행 섹션이 명확하게 보입니다.

이 필라멘트의 굽힘은 "숯"것보다 훨씬 오래 작동한 첫 번째 광원의 설계를 복잡하게 만들었습니다. 백열전구 설계의 돌파구는 필라멘트를 나선형으로 꼬는 제안이었습니다. 이것은 크기를 여러 번 줄였습니다.

얇은 나선을 더 큰 직경의 두 번째 나선으로 감아 더 작은 글로우 바디를 얻었다. 이중 나선을 이중 나선이라고 불렀습니다.

이중 나선은 10-20배 확대됩니다.얇은 핀에 필라멘트를 늘리는 와이어 전기자의 루프에 삽입되어 압착되는 것을 볼 수 있습니다.

광원 개발의 다음 단계는 교류 네트워크로의 전환과 램프의 공급 전압을 줄이기 위한 변압기 사용이었습니다.

백열등의 주요 부품

백열등 구조의 주요 부분은 다음과 같습니다.

필라멘트 또는 필라멘트 본체;
필라멘트를 고정하기 위한 피팅;
급속 연소 및 외부 영향으로부터 필라멘트를 보호하는 전구;
소켓에 장착하고 주전원에 연결하기 위한 소켓
소켓 접점 - 나사 본체 및 소켓 바닥의 중앙 접점.

구성품

피팅은 필라멘트를 고정하고 원하는 구성과 광속의 방향성을 생성하도록 설계되었습니다.

소켓은 마운팅 소켓에 고정하고 전구에 연결하는 데 필요합니다. 백열 램프와 유사한 개조형 램프에서 소켓에는 전원 장치의 일부가 들어 있습니다.

베이스

에 할로겐 전구할로겐 전구는 공급 전압, 전력량 및 전구 설계에 따라 나사산 베이스, 핀 베이스, 총검 베이스, 핀 베이스 등과 같은 여러 유형의 베이스를 가지고 있습니다.

베이스의 접점 시스템은 주전원 또는 전원 공급 장치에 연결하는 데 필요합니다.

기지의 종류.

구근

투명 LN 전구는 다음 용도로 사용됩니다.

산화제, 산소를 포함하는 외부 대기로부터 필라멘트를 보호하는 단계;
진공 또는 가스 조성의 생성 및 유지;
다양한 유형의 전자기 에너지를 가시광선으로 변환하는 인광체 및/또는 코팅의 배치, 필라멘트로의 열 반환, 보이지 않는 UV 및 IR 복사선을 빛으로 변환, 램프 쉐이드(빨간색, 녹색, 파란색) 수정.

백열체

필라멘트 본체는 나선 또는 이중 나선 또는 얇은 금속 스트립으로 감긴 필라멘트입니다.

필라멘트의 구조적 외관

가스 매체

질소, 아르곤, 네온, 헬륨과 같은 램프 전구를 채우는 불활성 가스.비활성 기체 혼합물에 할로겐 물질이 첨가됩니다.

백열등은 어떻게 구성되며 어떻게 작동합니까?

백열 전구의 구조는 개발 과정에서 거의 변경되지 않았습니다. 빛나는 물질의 빛의 원리에 따라 작동하는 기본 요소는 백열등의 필라멘트 또는 몸체입니다. 이것은 직경이 30-40, 최대 50미크론 또는 마이크로미터(1미터의 백만분의 1)인 가는 텅스텐 와이어입니다.

백열등 색상은 빨간색에서 시작하여 온도가 상승함에 따라 주황색, 노란색에서 흰색으로 변합니다. 온도가 더 올라가면 글로우 바디의 금속이 먼저 녹은 다음 산소가 있는 상태에서 연소됩니다.

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차가운 텅스텐 필라멘트는 저항이 낮습니다. 텅스텐은 대부분의 금속과 마찬가지로 저항 TCS의 양의 온도 계수를 갖습니다. 이것은 필라멘트가 전류로 가열됨에 따라 저항이 증가함을 의미합니다.

램프가 켜지기 전에는 필라멘트가 차갑고 저항이 거의 없습니다. 따라서 전원을 켤 때 공칭 전류의 10-15배의 전류가 인가됩니다. 이 서지를 스타트업 서지라고 합니다. 그리고 그것이 종종 원인입니다 종종 번아웃의 원인 필라멘트의.

필라멘트가 예열되는 데 몇 초가 걸립니다. 이 시간 동안 저항이 증가합니다. 초기에는 램프를 통해 흐르는 높은 전류가 가스, 전구 및 모든 구조 요소가 예열됨에 따라 정격 전류로 감소합니다. 따라서 광원은 지정된 모드에 도달하고 정격 광속을 제공합니다. 발광 음영도 명목상이 됩니다. 즉, 2000~3500K의 색온도에 해당합니다. 따뜻한 흰색이라고 하며 원래 이름과 약어를 사용하여 이 범위 내에서 여러 색온도 그라데이션이 있습니다. 예를 들어:

매우 따뜻한 흰색 - S-Warm 또는 S-W라고도 하는 2200-2400K, 일명 매우 따뜻한 흰색 또는 따뜻한 2400;
따뜻한 - 2600-2800K 또는 따뜻한 2700;
웜 화이트 - 2700-3500K 또는 웜 화이트(WW);
또 다른 따뜻한 2900-3100K 또는 따뜻한 3000(W).

개별 램프 요소의 온도

LON 전구의 외부 표면은 램프의 전력량에 따라 달라지며 250-300℃ 이상으로 가열될 수 있습니다.

필라멘트는 2000-2800℃까지 가열되며 텅스텐 융점은 3410℃입니다.

일부 디자인에서 필라멘트는 융점이 3045℃인 오스뮴 또는 융점이 2174℃인 레늄으로 만들어집니다. 이는 LN의 발광 스펙트럼을 가시 스펙트럼의 적색 영역으로 이동시킵니다.

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전구에 어떤 가스가 있습니까?

첫 번째 램프에서는 전구에서 공기가 펌핑되었습니다. 이제 25와트 이하의 저전력 전구만 대피(공기 배출)합니다.

텅스텐 와이어가 2-3,000도까지 가열되면 금속이 표면에서 집중적으로 기화됩니다. 그것의 증기는 전구 내부에 정착하여 빛의 투과를 감소시킵니다.

지난 세기 초에 수행된 연구에 따르면 플라스크에 불활성 기체를 채우면 증발이 감소하고 광량은 증가합니다. 따라서 플라스크는 불활성 가스 중 하나 또는 그 혼합물로 채워지기 시작했습니다. 대부분 아르곤, 질소, 크세논, 크립톤, 헬륨 등입니다. 헬륨은 새로운 종류의 LED 개조형 램프의 내부 요소를 효과적으로 수동 냉각하는 데 사용됩니다.

이 실험은 가정용으로 절대 권장되지 않습니다.

그들의 주요 발광 요소 - LED 결정이 위치한 인공 사파이어 또는 유리의 얇은 막대. 이러한 에미터를 필라멘트라고 합니다. 일부 "전문가"는 본질을 혼동했습니다. 필라멘트 램프 그리고 그들을 "사파이어 발광체가 있는 램프"라고 불렀습니다. 이 램프의 인조 사파이어는 LED 수정을 위한 마운팅 베이스 및 패시브 방열판으로만 사용됩니다.

대부분의 경우 LN의 실패는 필라멘트 본체의 표면에서 금속의 증발로 인한 것이 아니라 필라멘트 두께 교란 영역에서 이 프로세스의 가속화 때문입니다. 이것은 와이어의 날카로운 구부러짐 또는 파손 영역에서 발생합니다. 이 지점에서 저항이 국부적으로 증가하고 전압, 전력 손실 및 금속 온도가 증가합니다. 증발이 가속화되어 눈사태처럼 되고 필라멘트의 두께가 급격히 감소하여 타버립니다.

이 문제는 1950년대 후반과 1960년대 초반에 할로겐 전구의 대량 생산으로 해결되었습니다.

염소, 브롬, 불소 또는 요오드와 같은 할로겐이 불활성 가스 또는 혼합물에 첨가되었습니다. 결과적으로 금속 증발 과정이 완전히 멈추거나 상당히 느려집니다. 이러한 첨가제의 원자는 텅스텐 증기와 결합하여 불안정한 화합물 분자를 형성합니다. 그들은 글로우 바디의 표면에 증착됩니다. 고온의 영향으로 분자가 분해되어 할로겐 원자와 순수한 금속을 방출하여 필라멘트의 뜨거운 표면에 침전되고 부분적으로 기화된 층을 재생합니다.

이 과정은 압력을 증가시키면 강화됩니다. 이것은 필라멘트 온도, 수명, 광 출력, 효율성 및 기타 특성을 증가시킵니다. 방출 스펙트럼은 흰색으로 이동합니다. 가스로 채워진 램프에서는 텅스텐 증기에 의해 내부에서 전구 표면이 어두워지는 속도가 느려집니다. 이러한 광원을 할로겐 광원이라고 합니다.

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LED 램프의 동작 원리 및 특징

전기 사양

백열등의 전기적 특성은 다음과 같습니다.

와트로 측정된 전력 - W, 사용 가능한 모델 범위 - 몇 와트(손전등 전구 - 1W)에서 500, 심지어 1000와트까지;
광속, Lm(루멘)은 전력과 관련이 있습니다. 5W에서 20Lm에서 200W에서 2500Lm까지, 더 높은 전력에서 광속은 더 높습니다.
발광 효율, 에너지 효율 또는 효율 계수, Lm/W - 네트워크 또는 전원에서 소비되는 각 와트의 전력을 제공하는 광속 형태의 광 루멘 수
광도 또는 휘도, cd(칸델라);
색온도 - 특정 음영으로 빛을 방출하는 기존 흑체의 온도.

조건부 색온도 및 발광 색상 음영.

전등의 목적

전기 램프는 응용 프로그램에 따라 공공, 기술 및 특수 용도로 여러 유형으로 나눌 수 있습니다.

주요 공용 용도는 밤에 또는 실내의 어두운 장소에서 사람, 동물 및 새에게 인공 조명을 제공하는 것입니다.

사람들은 빛을 사용하여 일상 활동을 몇 시간 연장합니다. 이것은 일과 공부 과정, 가사일 수 있습니다. 도로에서의 안전성, 야간·야간 진료능력 등이 향상된다.

램프는 가축 농장 및 가금류 농장에서 활발하게 사용됩니다. 식물 온실 단지에서. 그들은 특정 스펙트럼의 빛과 광속의 크기로 조명됩니다. 또한 양식업에는 특정 스펙트럼 구성의 빛이 필요합니다.

애완 동물의 난방이 구현됩니다.

기술적 목적. 제조 과정에서 가시광선과 비가시광선을 제공하는 장치는 기술적 목적으로 사용됩니다. 예:

사람은 정확하고 중요한 작업을 위해 작업장에서 높은 수준의 조명이 필요합니다.
IR - 적외선은 산업, 예를 들어 건설 부품의 비접촉 가열 또는 서리가 내린 야외에서 일하는 사람을 가열하기 위한 기후 공학, 군사 및 사냥 공학 - 무기용 야간 조준경, 야간 투시경 장치 등에 사용됩니다. ;
자외선- 방사선은 의료 및 위생 분야에서 충전재의 빠른 경화, 치과 보철물 제작 등을 위해 치과에서 사용됩니다. 방, 기구, 의복 및 표면을 소독하기 위한 의약 및 위생.의료 및 위생에서 방, 도구, 의복, 가구 표면, 공기, 물, 의약품 등의 소독

특수 목적 램프는 옥외 및 실내 조명 광고, 법의학, 항공 및 우주 비행, 쇼의 가벼운 반주 등에 사용됩니다.

주요 유형 및 특성

백열등의 주요 유형은 다음과 같습니다.

범용 램프. 약어로 LON이라고 합니다. 일반적으로 이들은 25, 40, 60, 75 및 100와트의 전력을 가진 장치입니다. 가장 일반적인 것은 60W입니다. 그러나 산업적으로 생산되는 LON의 정격은 150, 200, 500, 심지어 1000와트입니다.
할로겐 백열등. 이들은 220 또는 110V 고전압 및 저전압에서 작동하도록 만들어졌습니다. 이 경우 강압 변압기에 의해 전원이 공급됩니다.

저전압 백열 전구

저전압 할로겐 램프의 종류:

캡슐, 베이스가 다른 전체 유리 튜브 형태 - 엔드 핀 GY6.35 또는 G4;
반사 요소가 있는 반사경, 직경 35 ~ 111mm, 옵션이 있는 GZ10 소켓.

높은 전압. 주 전압은 220-230V, 50Hz입니다. 이 램프에는 더 많은 버전이 있습니다.

R7S베이스가있는 유리 튜브 형태의 선형;
원통형 - E27, E14 또는 B15D 소켓;
이동식 또는 추가 전구로.

마지막 모델에는 램프 내부에 단단하게 장착된 소형 할로겐 전구 또는 튜브가 있습니다. 일반 LON 전구의 중앙 코어에 용접되며 표준 Edison E27 또는 E14 베이스에 연결된 유연한 리드가 있습니다. 70~100W의 소비전력으로 기존 백열전구 대비 20~30% 더 많은 광속을 제공합니다.

이 모델은 12-25Lm/W에 도달하는 더 높은 에너지 효율을 갖는 반면 일반 LON 광원은 3-4에서 10-12Lm/W입니다.

할로겐 모델의 서비스 수명은 4-5 ~ 10-12,000시간입니다.

기능 및 디자인에 따른 램프 분류

목적에 따른 백열등 분류.

장식용 전구

최근에는 빈티지 에디슨 전구를 모방한 레트로 램프가 등장했습니다.

또한 전구의 모양으로 '촛불', '바람에 흩날리는 양초', '원뿔', '배', '공' 등을 모방한다.

에디슨 램프의 색온도는 2000K이며 필라멘트 모양이 다르고 전구가 다릅니다.

미러링

미러 램프는 전구의 일부가 내부에 반사층으로 덮여 있습니다. 대부분 은, 알루미늄, 금 등의 금속 코팅입니다. 이 층은 얇고 반투명하거나 두껍고 불투명할 수 있습니다.

미러 적외선 램프.

미러링된 디자인은 재료의 순도가 가장 높은 반도체 제조와 같이 절대적으로 순수한 공정 가열을 위한 제조에 사용됩니다. 이 경우 백열 램프의 단점(적외선의 높은 플럭스)이 탁월한 장점이 됩니다.

이러한 램프는 회전 광선이 좁은 등기구에 사용됩니다.

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방전 램프의 특성

신호

신호 램프는 깜박이는 광원입니다. 일반적으로 깜박이는 비콘의 형태입니다. 회사 차량, 비행기 및 헬리콥터에서, 해군 등에서 가벼운 메시지를 전송하기 위해. 그들은 빠른 밝기 증가를 제공하는 얇은 백열 필라멘트를 가지고 있습니다.

수송

이 유형의 램프는 자동차, 철도 및 지하철, 강 및 선박과 같은 다양한 유형의 운송 수단에 사용하도록 설계되었습니다. 주요 요구 사항은 진동 및 충격에 대한 저항입니다. 이를 위해 필라멘트를 짧게 만들고 많은 지지 요소에 장착합니다. 이러한 램프의 기초는 총검 백조, 핀 또는 밑면입니다. 그들은 장치가 나사를 풀고 소켓에서 떨어지는 것을 방지합니다.

핀 베이스가 있는 운송 램프.

다양한 유형의 논드롭아웃 베이스가 있는 운송, 자동차 램프: e), f), g) - 핀 포함, h) 처마밑면 포함.

조명

조명을 위해 램프를 사용한다는 것은 이름에서 알 수 있습니다. 따라서 전구는 파란색, 녹색, 노란색, 빨간색 등 다양한 색상의 유리로 만들어집니다.

나사산 기반 Edison E27이있는 다양한 색상의 조명 램프.

이중 좌초

이러한 백열 램프의 다이어그램: 하나의 전구에 두 개의 개별 필라멘트가 있습니다. 예를 들어 자동차 헤드라이트에서 이중 필라멘트 전구는 다음과 같이 사용됩니다.

하나의 필라멘트에 전압이 가해지면 담근 빛이 켜집니다. 빛의 흐름이 도로에 "눌러지고" 빔이 수십 미터 동안 퍼집니다.
두 번째 필라멘트로 전환한 후 빛이 상승하고 그 범위는 수백 미터에 달할 수 있으며 플럭스는 훨씬 더 큽니다.

이러한 램프는 후면 램프에도 있을 수 있습니다. 첫 번째 필라멘트는 주차등용이고 두 번째 필라멘트는 정지등용입니다.

신호등에서 이중 필라멘트 램프는 신뢰성을 높입니다. 복제를 통해 장치는 하나의 필라멘트로 작동하거나 첫 번째 필라멘트가 소진된 후 두 번째 필라멘트를 켤 수 있습니다. 예를 들어, 철도에서 신호의 신뢰성은 교통 안전을 보장합니다.

일반, 로컬 목적

다른 목적을 위한 램프.

맨 위 줄, 왼쪽에서 오른쪽으로 - E14 소켓이 있는 램프 - 샹들리에, 벽 램프 및 소형 램프용, E27 소켓 포함 - 범용, 녹색, 빨간색, 노란색 - 조명.

맨 아래 줄: 파란색 - 절차용 의료용, 반사경이 있는 거울 - 사진 작업 또는 특수 조명용, 보라색 유리, 두 개의 외부 - 전구 "촛대"와 소켓 E27 및 E14 장식.

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장점과 단점

백열 전구의 장점:

저렴한 가격 - 간단하고 저렴한 재료, 수십 년 동안 개발된 디자인 및 기술, 대량 자동화 생산;
상대적으로 작은 치수;
주전원의 전압 서지는 즉각적인 고장을 일으키지 않습니다.
시작 및 다시 시작 - 즉시;
50-60Hz 주파수의 교류로 전원을 공급하면 밝기 맥동이 거의 눈에 띄지 않습니다.
발광의 밝기는 조광기로 조정할 수 있습니다.
방출 스펙트럼은 견고하고 눈에 친숙합니다. 태양 스펙트럼과 유사합니다.
다른 제조업체의 램프 특성을 거의 완전히 반복합니다.
연색 지수 Ra 또는 CRI-조명 된 물체의 색조 재현 품질-은 100과 같으며 이는 태양 표시기에 완전히 해당합니다.
컴팩트 필라멘트의 작은 크기는 선명한 그림자를 제공합니다.
심한 서리 및 열 조건에서 높은 신뢰성;
설계는 분수에서 수백 볼트의 작동 전압을 가진 모델의 대량 생산을 허용합니다.
시동 장치가 없는 경우 AC 또는 DC 전원 공급 장치
필라멘트 저항의 활성 특성은 1과 동일한 역률(코사인 φ)을 제공합니다.
방사선, 전자기 펄스, 간섭에 무관심;
방사선에 UV 성분이 거의 없습니다.
조명 및 기타 여러 장치의 빈번한 켜기/끄기로 정상적인 작동을 제공했습니다.

단점은 다음과 같습니다.

LON의 공칭 수명 - 1000 시간, 할로겐 백열등 - 3 ~ 5-6,000, in 형광등 - 최대 10-50,000 시간, LED 램프 - 30-150,000 시간 이상;
유리 전구와 얇은 필라멘트는 충격에 민감하며 진동은 특정 주파수에서 공진을 일으킬 수 있습니다.
공급 전압에 대한 에너지 효율 및 수명의 높은 의존성;
가시광선으로의 전력 변환 효율은 3-4%를 초과하지 않지만 전력이 증가함에 따라 증가합니다.
전구 표면 온도는 전력에 따라 다르며 100W - 290°C의 경우, 200W - 330°C의 경우, 25W - 100°C입니다.
스위치를 켤 때 필라멘트가 워밍업되기 전의 전류 점프는 정격 전류보다 10배 더 높을 수 있습니다.
등기구 소켓과 부속품은 내열성이 있어야 합니다.