Beskrivning och princip för glödlampan
Vad är en glödlampa?
En glödlampa, även kallad glödlampa, är en artificiell ljuskälla där ljuset produceras genom att en tunn metalltråd värms upp till glödtemperaturen för en glödande metall. En elektrisk ström leds genom glödtråden för att värma upp den. De första lamporna hade en glödtråd av förkolnat organiskt material, t.ex. bambu, i form av en fiber.
För att förhindra att glödtråden brinner snabbt evakuerades luften från glödlampan och förseglades. Eller så fylldes kolven med en gassammansättning som inte innehöll någon oxidationsmedel - syre. Dessa gaser kallas inerta gaser - argon, neon, helium, kväve osv. De kallas så eftersom de inte reagerar med metaller, dvs. de är inerta.
De första kolglödlamporna Kolglödlampor hade en livslängd på mindre än ett dussin timmar. Detta ökades avsevärt genom att ersätta kolfilamentet med en tunn metalltråd.
Detta ljus kallades glödande ljus, dvs. ljuset från glödande metall. Och glödtråden kallades för glödljus. Stål som värms upp till 1200 °C lyser gulvitt och vid 1300 °C är det nästan vitt.
I slutet av 1800-talet ersattes kolfilamenten, som brann ut snabbt, av eldfasta metaller - volfram, molybden, osmium eller metalloxider - zirkonium, magnesium, yttrium och andra.
Genom att fylla en kolv med inerta gaser minskas avdunstningen av metall från en glödande glödtråd och därmed förlängs dess drifttid.
För hög effekt tillverkas filamenten i förgrenad form. Projektionsljuskällor har en glödtråd med en komplex konfiguration för att skapa ett riktat flöde som bildar en platt struktur vinkelrätt mot strålningsaxeln. Inuti glödlampan finns en ljusreflektor, t.ex. ett tunt skikt av sprayad metall, t.ex. silver eller aluminium.
Det krävdes en lång och tunn metallglödtråd för att driva lampan direkt från den dåvarande 110 V likströmsförsörjningen. Detta ger ett ökat motstånd och därför krävs mindre ström för uppvärmning.
För att "packa" tätt i en liten volym av en kolv av klart glas böjdes trådarna upprepade gånger och placerades på trådhållare.
Denna böjning av glödtråden försvårade utformningen av de första ljuskällorna, som höll betydligt längre än kolkällorna. Ett genombrott i glödlampsdesignen var förslaget att vrida glödtråden i en spiral. Detta minskade dess storlek många gånger.
En ännu mindre glödkropp erhölls genom att en tunn spole lindades in i en andra spole med större diameter. Dubbelhelixen kallas bi-helix.
Nästa steg i utvecklingen av ljuskällor var övergången till växelströmsnätet och användningen av en transformator för att minska lampornas matningsspänning.
Huvuddelarna i en glödlampa
De grundläggande byggstenarna i en glödlampa är:
- glödtråden eller glödtrådskroppen;
- en montering för att fästa trådarna;
- glödlampa för att skydda glödtråden från snabb förbränning och yttre påverkan.
- uttag för montering i uttaget och anslutning till strömförsörjningen.
- uttagskontakter - skruvkapsling och en central kontakt i uttagets bas.
Fästet är utformat för att fästa glödtråden och skapa den önskade konfigurationen och riktningen av ljuset.
Sockeln behövs för att fästa den i monteringsfästet och för att ansluta den till glödlampan. I retrofytlampor, som motsvarar glödlampor, innehåller sockeln en del av strömförsörjningsenheten.
Basen
På HalogenlamporHalogenlampor har, beroende på matningsspänning, effekt och lampans utformning, ett antal olika socklar - med skruv, hane, bajonett, stift osv.
Kontaktsystemet på bottenplattan krävs för anslutning till elnätet eller elförsörjningsenheten.
Glödlampan
Transparenta LN-lampor används för:
- Skyddar glödtråden från den yttre atmosfären som innehåller oxidationsmedlet syre;
- Generering och bibehållande av vakuum- eller gaskomposition;
- Placering av fosfor och/eller beläggningar som omvandlar olika typer av elektromagnetisk energi till synlig strålning, återföring av värme till glödtråden, omvandling av osynlig UV- och IR-strålning till ljus, korrigering av lampans nyans - röd, grön, blå.
Filament
Filamentet är en filament som är upprullad till en spole eller en dubbelspole, eller en tunn metallremsa.
Gasmedium
De inerta gaser som lampkolven är fylld med, t.ex. kväve, argon, neon och helium. Halogenämnen läggs till ädelgasblandningarna.
Hur en glödlampa tillverkas och hur den fungerar
Konstruktionen av en glödlampa förändrades inte mycket under den tid då den utvecklades. Den grundläggande beståndsdelen som fungerar enligt principen om glöd från ett glödande ämne är glödtråden eller glödtrådskroppen. Det är en tunn volframtråd med en diameter på 30-40, högst 50 mikron eller mikrometer (miljondelar av en meter).
Glödkroppens färger börjar med rött och går från orange, gult till vitt när temperaturen ökar. När temperaturen ökar ytterligare smälter glödmetallen först och brinner sedan i närvaro av syre.
Videolektion: Hur moderna glödlampor fungerar
En kall volframtråd har låg resistivitet. Volfram, liksom de flesta metaller, har en positiv temperaturkoefficient för resistans TKS. Detta innebär att när glödtråden värms upp av en elektrisk ström ökar dess motstånd.
Innan lampan tänds är glödtråden kall och har litet motstånd. Därför används en ström som är 10-15 gånger större än den nominella strömmen när den slås på. Denna strömstöt kallas för inkopplingsström. Och det är ofta orsaken till att... ofta orsaken till utbrändhet av trådarna.
Det tar en bråkdel av en sekund för glödtråden att värmas upp. Under denna tid ökar dess motståndskraft. Den till en början höga strömmen som flyter genom lampan reduceras till den nominella strömmen när gasen, lampan och alla komponenter värms upp. Ljuskällan uppnår då det nominella driftläget och producerar det nominella ljusflödet. Ljusfärgen blir också nominell, dvs. motsvarar en färgtemperatur på 2000-3500 K. Den kallas varmvitt och har flera färgtemperaturgrader inom det angivna intervallet med olika namn och förkortningar. Till exempel:
- supervarmt vitt - 2200-2400 K, benämnt S-Warm eller S-W, även kallat mycket varmt vitt eller Warm 2400;
- Varm - 2600-2800 K eller varm 2700;
- varmvitt - 2700-3500 K eller varmvitt (WW);
- en annan varm vit lampa - 2900-3100 K eller Warm 3000 (W).
Temperaturen hos de enskilda lampelementen.
LON-lampans yttre yta beror på lampans effekt och kan värmas upp till 250-300 ℃ eller mer.
Glödtråden värms upp till 2000-2800 ℃, vid en smältpunkt för volfram på 3410°C.
I vissa konstruktioner är glödtråden tillverkad av osmium med en smältpunkt på 3045 ℃ eller rhenium med en smältpunkt på 2174 ℃. Detta förskjuter LN:s ljusspektrum till det röda området av det synliga spektrumet.
Vilken gas finns i glödlampan?
I de första lamporna pumpades luft ut ur glödlampan. Nu vakuumeras (evakueras) endast glödlampor med låg effekt (max. 25 W).
När en volframtråd som värms upp till 2-3 000 grader Celsius är i drift förångas metall intensivt från dess yta. Denna ånga lägger sig på insidan av glödlampan och minskar dess ljusgenomsläpplighet.
Forskning som utfördes i början av förra seklet visade att om kolven fylls med en inert gas minskar avdunstningen och ljusutbytet ökar. Därför fylldes kolvarna med en av de inerta gaserna eller deras blandningar. De vanligaste gaserna är argon, kväve, xenon, krypton, helium osv. Helium används för effektiv passiv kylning av de inre delarna i nya typer av LED-lampar för eftermontering.
Det här experimentet rekommenderas inte för hemmabruk.
Deras huvudsakliga ljusavgivande element är en tunn stav av konstgjord safir eller glas på vilken LED-kristallerna är placerade. Denna typ av emitter kallas glödtråd. Vissa "experter" har förväxlat kärnan i av glödlampor och kallade dem "lampor med lysdioder av safir". Även om den konstgjorda safiren i dessa lampor endast används som en monteringsbas och en passiv kylfläns för LED-kristallerna.
I de flesta fall beror felet på LN inte på avdunstning av metall från filamentets yta, utan på att denna process påskyndas i områden där filamenttjockleken är störd. Detta inträffar i området för en skarp böjning i tråden eller vid dess brott. Vid denna tidpunkt ökar dess motstånd lokalt, spänningen, energiförbrukningen och metalltemperaturen ökar. Avdunstningen accelererar, blir lavinliknande, filamentet minskar snabbt i tjocklek och brinner ut.
Detta problem löstes i slutet av 1950-talet och början av 1960-talet med massproduktionen av halogenlampor.
Halogener - klor, brom, fluor eller jod - tillsattes till en inert gas eller blandning. Detta leder till att metallavdunstningsprocessen helt och hållet stoppas eller saktar ner avsevärt. Atomer i dessa tillsatser binder volframångorna till molekyler av instabila föreningar. Dessa deponeras på glödkroppens yta. Under påverkan av hög temperatur sönderdelas molekylerna och frigör halogenatomer och ren metall, som deponeras på glödtrådens varma yta och delvis regenererar det förångade skiktet.
Denna process intensifieras om trycket ökar. Detta ökar glödtrådstemperaturen, livslängden, ljusflödet, effektiviteten och andra egenskaper. Emissionsspektrumet förskjuts till den vita sidan. I gasfyllda lampor fördröjs mörkläggningen av glödlampans yta inifrån av volframånga. Dessa ljuskällor kallas halogenljuskällor.
Elektriska parametrar
De elektriska egenskaperna hos glödlampor är:
- Elektrisk effekt, mätt i watt - W. Det finns olika modeller från några få watt (en ficklampa är 1 W) till 500 och till och med 1000 W;
- Ljusflödet, lm (lumen), är relaterat till watt - från 20 lm vid 5W till 2500 lm vid 200W, med högre watt är ljusflödet högre;
- Lyseffektivitet, energieffektivitet eller effektivitetsfaktor, Lm/W - hur många lumen ljus i form av ljusflöde ger varje watt som förbrukas från elnätet eller strömförsörjningen;
- ljusintensitet eller luminans, cd (candela);
- färgtemperatur - temperaturen hos en konventionell svart kropp som avger ljus i en viss nyans.
Syftet med en elektrisk lampa
Elektriska lampor kan delas in i flera olika typer beroende på användningsområde - för offentlig, teknisk och speciell användning.
Den huvudsakliga användningen för allmänheten är att ge människor, djur eller fåglar artificiellt ljus på natten eller i ett mörkt rum.
Genom att använda ljuset förlänger människor sin dagliga verksamhet med flera timmar. Det kan handla om arbets- och studieprocesser, hushållssysslor. Trafiksäkerheten förbättras, sjukvård kan tillhandahållas på kvällar och nätter och mycket mer.
Lampor används aktivt på boskaps- och fjäderfäfarmar, för odling av växter i växthuskomplex. De belyses med ljus med ett visst spektrum och ett visst ljusflöde. Fiskodling kräver också ljus med en specifik spektral sammansättning.
Tekniska tillämpningar. Apparater som avger synligt och osynligt ljus används i tillverkningen för tekniska ändamål. Exempel:
- För exakt och viktigt arbete behöver en person en hög ljusnivå på arbetsplatsen;
- IR - Infraröd strålning används inom industrin, t.ex. för kontaktfri uppvärmning av byggnadsdelar eller inom klimatteknik för att ge värme till människor som arbetar utomhus, samt inom militär- och jaktteknik - mörkersikten för vapen, mörkerseende apparater osv;
- UV-UV-strålning används inom tandvården för snabb härdning av fyllningar, tandproteser etc., inom medicin och sanitet - för desinficering. Desinfektion av lokaler.Inom medicin och sanitet desinfektion av rum, verktyg, kläder, möbelytor, luft, vatten, läkemedel osv.
Lampor för speciella ändamål används för utomhus- och inomhusreklam, kriminalteknik, flyg- och rymdteknik, showbelysning osv.
Huvudsakliga typer och egenskaper
De viktigaste typerna av glödlampor är:
- Lampor för allmänna ändamål. De betecknas med förkortningen LON. I allmänhet är det enheter med en effekt på 25, 40, 60, 75 och 100 watt. Den vanligaste är 60 W. Det finns dock kommersiellt tillgängliga LLH med 150, 200, 500 och till och med 1000 watt.
- Halogenglödlampor. Finns för 220 V eller 110 V hög- och lågspänningstillämpningar. I det här fallet drivs de från en nedtrappningstransformator.
En mängd olika halogenlampor med låg spänning:
- kapsel, i form av glasrör med olika baser - antingen GY6.35- eller G4-kapslar med stiftändar;
- Reflektorlampor med ett reflekterande element, diameter från 35 till 111 mm, GZ10-uttag med tillval.
Högspänning. Grundspänningen är 220-230 V, 50 Hz. Dessa lampor har fler versioner:
- linjärt - som ett glasrör med R7S baser;
- cylindriska - E27, E14 eller B15D uttag;
- med fjärrkontroll eller extra lampa.
De senare har en halogenlampa eller ett halogenrör som är fast monterat i lampan. Den är svetsad på den centrala kärnan i standard LON-lampan och har flexibla ledningar som ansluts till en standard Edison E27- eller E14-sockel. Med 70-100 W ger den 20-30 % mer ljusflöde än en vanlig glödlampa.
Dessa modeller har en högre energieffektivitet på upp till 12-25 Lm/W, medan konventionella LON-ljuskällor har ett ljusflöde på 3-4 till 10-12 Lm/W.
Halogenmodellerna har en livslängd på 4-5 till 10-12 000 timmar.
Klassificering av lampor enligt avsedd användning och konstruktion
Dekorativa glödlampor
På senare år har retrolampor som efterliknar gamla Edison-lampor dykt upp.
Dessutom är de formade som "ljus", "ljus i vinden", "kon", "päron", "boll" osv.
Speglad
Reflektorlampor har en reflekterande beläggning på lampans insida. Det är vanligtvis en beläggning av metall som silver, aluminium eller guld. Detta skikt kan vara tunt och genomskinligt eller tjockt och ogenomskinligt.
Reflekterande strukturer används inom tillverkningen för helt ren processuppvärmning, t.ex. vid halvledartillverkning med högrenhetsmaterial. Här blir en nackdel med glödlampor - det höga flödet av infraröd strålning - en oslagbar fördel.
Sådana lampor används i armaturer med en smal svängbar ljusstråle.
Signal
Signallampor är blinkande ljuskällor. Vanligtvis i form av blinkande fyrar, t.ex. på tjänstefordon, på flygplan och helikoptrar, för att sända ljusmeddelanden inom flottan osv. De har en tunn tråd som gör att ljusstyrkan snabbt ökar.
Transport .
Den här typen av lampor är avsedda för användning i olika typer av transporter, t.ex. bilar, järnvägar, underjordiska fartyg, flod- och sjöfartyg. Det viktigaste kravet för dem är motståndskraft mot vibrationer och stötar. För att uppnå detta görs trådarna korta och monteras på flera stödelement. Dessa lampor har bajonett-, stift- eller soffitsocklar. De förhindrar att enheten skruvas loss och faller ut ur uttaget.
Belysningslampor .
Namnet antyder att dessa lampor används för belysning. Därför är deras glödlampor tillverkade av olika färger av glas - blått, grönt, gult, rött osv.
Dubbelsträngad .
Diagrammet för en sådan lampa: Två separata glödtrådar i en glödlampa. I en bilstrålkastare används t.ex. en lampa med dubbla glödlampor enligt följande:
- När spänning läggs på en glödtråd slås halvljuset på - ljuskäglan "pressas" mot vägbanan och strålen sträcker sig flera tiotals meter;
- När du byter till den andra glödtråden ökar ljuset och dess räckvidd kan vara upp till hundratals meter och ljuskäglan blir betydligt större.
Sådana lampor kan också finnas i en baklykta. Den första glödtråden är för parkeringsljuset, den andra för bromsljuset.
I trafikljus ökar dubbla glödlampor deras tillförlitlighet. Duplicering gör att apparaten kan fungera antingen med en glödtråd eller att den andra glödtråden kan sättas på när den första har slocknat. Och på järnvägarna är tillförlitlig signalering en garanti för transportsäkerheten.
Allmänt, lokalt
Översta raden, från vänster till höger: E14-fäste för ljuskronor, vägglampor och små lampor; E27-fäste för vanliga lampor; grönt, rött, gult - belysningslampor.
Nedre raden: blå - medicinska ändamål för förfaranden; spegel med en reflektor - för fotografiska arbeten eller speciell belysning, med violett glas, de två ändarna - dekorativa med en glödlampa "ljus" och sockel E27 och E14.
Fördelar och nackdelar
Fördelar med glödlampor:
- Lågt pris - enkla och billiga material, konstruktion och teknik som utarbetats under årtionden, automatiserad massproduktion;
- relativt små dimensioner;
- Spänningsstötar i nätet orsakar inte omedelbart fel;
- start och återstart sker omedelbart;
- med 50-60 Hz växelströmsförsörjning, är ljusstyrkan omärklig;
- Ljusstyrkan är dimbar;
- emissionsspektrumet är enhetligt och välbekant för ögat - det liknar solens spektrum;
- Egenskaperna hos lampor från olika tillverkare är nästan exakt likadana;
- Färgåtergivningsindex Ra eller CRI - färgåtergivningskvalitet för upplysta föremål - är lika med 100, vilket helt motsvarar solens index;
- Den kompakta glödtrådens små dimensioner ger tydliga skuggor;
- hög tillförlitlighet i extrem kyla och värme;
- konstruktionen gör det möjligt att massproducera modeller med driftsspänningar från bråkdelar till hundratals volt;
- AC- eller DC-strömförsörjning i avsaknad av startmotor.
- Den aktiva karaktären hos glödtrådsmotståndet garanterar en effektfaktor (cosinus φ) på 1;
- likgiltig för strålning, elektromagnetisk puls, störningar;
- Praktiskt taget ingen UV-komponent i strålningen;
- Standarddrift med frekvent på/avkoppling av lampor säkerställs osv.
Nackdelarna är bl.a. följande:
- Den nominella livslängden för LON är 1 000 timmar, medan halogenglödlampor har en livslängd på mellan 3 och 5-6 000 timmar, medan halogenglödlampor har en livslängd på fluorescerande - upp till 10-50 tusen timmar, LED-lampor - 30-150 tusen timmar eller mer;
- Glaskolven och den tunna glödtråden är känsliga för stötar; vibrationer kan orsaka resonans vid vissa frekvenser;
- Energieffektiviteten och livslängden är starkt beroende av matningsspänningen;
- Effektiviteten för omvandling av elektricitet till synligt ljus överstiger inte 3-4 %, men ökar med ökande effekt;
- Lampans yttemperatur beror på effekten och är följande: 100W - 290°C, 200W - 330°C, 25W - 100°C;
- Vid påslagning kan strömmen innan glödtråden värms upp vara tio gånger högre än märkströmmen;
- Armaturfästen och armaturer måste vara värmebeständiga.
Hur man förlänger lampans livslängd
Det finns många sätt att förlänga lampans livslängd. De vanligaste är:
- Begränsning av inrusningsströmmen genom att en termistor monteras i serie med lampan, vars höga motstånd minskar när inrusningsströmmen värmer upp lampan;
- Mjukstart med manuell dimning med en thyristor- eller triacdimmer;
- Strömförsörjning av lampan via en kraftfull likriktardiod, dvs. likriktad spänning av en halv sinusvåg;
- Koppla ihop lampor parvis i armaturer med flera lampor, t.ex. ljuskronor.
Den moderna industrin producerar ett stort antal olika typer av glödlampor med ett brett spektrum av driftsspänningar och watt, med olika nyanser av ljusstyrka, glödlampskonfigurationer och socklar. Med detta sortiment kan du välja Välj nödvändig lampa för varje tillämpning.