燈泡的描述和原理
什麼是白熾燈
白熾燈是一種人造光源，其中光通量是通過將細金屬燈絲加熱到發光金屬的輝光溫度而產生的。為了加熱燈絲，需要通過電流。第一盞燈有一根燒焦的有機材料燈絲，例如竹子，呈纖維形式。
為了防止燈絲快速燃燒，將空氣從燈泡中抽出並密封。或者燒瓶中充滿了沒有氧化劑的氣體組合物 - 氧氣。這些氣體被稱為惰性氣體——氬氣、氖氣、氦氣、氮氣等。這些氣體之所以如此命名是因為它們不與金屬反應，即它們是惰性的。
第一個碳絲燈 碳絲燈的使用壽命不到十幾個小時。用細金屬絲代替碳絲後，它顯著增加。
這種光被稱為輝光，即發光金屬的光。這種燈絲被稱為白熾燈。例如，鋼加熱到 1200°C 時會發出黃白色光，而在 1300°C 時它幾乎是白色的。
19世紀後期，燃燒迅速的碳絲被鎢、鉬、鋨等難熔金屬或鋯、鎂、釔等金屬氧化物取代。
用惰性氣體填充燒瓶會降低金屬從發光燈絲中蒸發的速度，因此會增加其操作的持續時間。
在高功率下，燈絲被製成“分支”形狀。用於產生定向通量的投影光源具有復雜配置的燈絲，形成垂直於輻射軸的平面結構。燈泡內部是一個光反射器，例如一層薄薄的噴塗金屬，如銀或鋁。
需要一根細長的金屬燈絲直接從當時存在的電網為燈供電，該電網具有 110 V 的恆定電壓。這增加了電阻，因此加熱燈所需的電流更少。
為了在小體積的透明玻璃燒瓶中密集“包裝”，通過反复彎曲將燈絲放置在線架上。
燈絲的這種彎曲使第一個光源的設計變得複雜，它的工作時間比“木炭”光源長得多。白熾燈泡設計的一個突破是提出將燈絲擰成螺旋狀。這將其尺寸縮小了很多倍。
通過將細螺旋盤繞成直徑更大的第二個螺旋，可以獲得更小的輝光體。雙螺旋稱為雙螺旋。
光源發展的下一個階段是過渡到交流電網絡和使用變壓器來降低燈的電源電壓。
白熾燈的主要部件
白熾燈結構的主要部分包括：
- 燈絲或燈絲體；
- 固定燈絲的配件；
- 保護燈絲免受快速燃燒和外部影響的燈泡；
- 用於安裝在插座中並連接到電源的插座
- 插座觸點 - 螺釘體和插座底部的中央觸點。
該配件旨在固定燈絲並創建所需的光通量配置和方向性。
需要插座將其固定在安裝插座中並將其連接到燈泡。在改裝燈（類似於白熾燈）中，插座容納部分功率設備。
基地
上 鹵素燈泡鹵素燈泡，根據電源電壓、瓦數和燈泡設計，有幾種類型的底座，如螺紋底座、插腳底座、卡口底座、插腳底座等。
底座上的觸點系統需要連接到電源或電源單元。
電燈泡
透明 LN 燈泡用於：
- 保護燈絲免受含有氧化劑、氧氣的外部氣氛的影響；
- 創造和保持真空或氣體成分；
- 將不同類型的電磁能轉換為可見輻射的磷光體和/或塗層的放置，將熱量返回到燈絲，將不可見的紫外線和紅外線輻射轉換為光，校正燈罩 - 紅色，綠色，藍色。
白熾燈體
燈絲體是盤繞成螺旋或雙螺旋或薄金屬帶的燈絲。
氣體介質
填充燈泡燈泡的惰性氣體，例如氮氣、氬氣、氖氣、氦氣。將鹵素物質添加到惰性氣體混合物中。
白熾燈是如何構成的，它是如何工作的？
白熾燈泡的結構在其發展過程中幾乎沒有變化。根據發光物質的發光原理工作的基本元素是白熾燈的燈絲或主體。這是一根細鎢絲，直徑為 30-40，最大為 50 微米或微米（百萬分之一米）。
白熾燈的顏色從紅色開始，隨著溫度的升高，從橙色、黃色變為白色。隨著溫度的進一步升高，發光體的金屬首先熔化，然後在氧氣存在下燃燒。
視頻課程：現代燈泡的工作原理
冷鎢絲具有低電阻率。與大多數金屬一樣，鎢具有正溫度係數的電阻 TCS。這意味著當燈絲被電流加熱時，其電阻會增加。
開燈前，燈絲是冷的，電阻很小。因此，在開啟的瞬間施加 10-15 倍標稱電流的電流。這種浪湧稱為啟動浪湧。這通常是原因 通常是倦怠的原因 的燈絲。
燈絲預熱需要幾分之一秒。在此期間，它的阻力增加。最初流過燈的電流很大，隨著氣體、燈泡和所有結構元件的升溫，它會降低到額定電流。從而使光源達到指定模式並給出額定光通量。發光的色調也變得標稱，即對應於 2000 到 3500 K 的色溫。它被稱為暖白，在這個範圍內有幾個色溫漸變，有原始名稱和縮寫。例如：
- 超暖白 - 2200-2400 K，稱為 S-Warm 或 S-W，也就是非常暖白或 Warm 2400；
- 暖色 - 2600-2800 K 或暖色 2700；
- 暖白 - 2700-3500 K 或暖白 (WW)；
- 另一個溫暖的 2900-3100 K 或溫暖的 3000 (W)。
單個燈元件的溫度
LON燈泡的外表面取決於燈的瓦數，可以加熱到250-300℃或更高。
燈絲加熱到2000-2800℃，鎢熔點3410℃。
在某些設計中，燈絲由熔點為 3045℃ 的鋨或熔點為 2174 的錸製成。這會將 LN 的發光光譜轉移到可見光譜的紅色區域。
燈泡裡有什麼氣體
在第一盞燈中，空氣從燈泡中抽出。現在只疏散（抽出空氣）低功率燈泡，不超過 25 瓦。
當鎢絲加熱到2-3千度時，金屬從其表面強烈蒸發。它的蒸汽沉積在燈泡內部並降低其透光率。
上世紀初進行的研究表明，如果在燒瓶中填充惰性氣體，蒸發會減少，光產率會增加。因此，燒瓶開始填充惰性氣體中的一種或其混合物。最常見的是氬氣、氮氣、氙氣、氪氣、氦氣等。氦氣用於對新型 LED 改裝燈的內部元件進行有效的被動冷卻。
這個實驗斷然不推薦家庭使用
它們的主要發光元件 - 人造藍寶石或玻璃的細棒，LED 的晶體位於其上。這種發射器稱為燈絲。一些“專家”混淆了本質 燈絲燈 並稱它們為“帶有藍寶石發光體的燈”。儘管這些燈中的人造藍寶石僅用作 LED 晶體的安裝底座和被動散熱器。
在大多數情況下，LN 的故障不是由於金屬從燈絲體表面蒸發，而是由於燈絲厚度擾動區域中這一過程的加速。這發生在導線急劇彎曲或其斷裂的區域。此時其電阻局部增加，電壓、功耗和金屬溫度增加。蒸發加速，變成雪崩狀，燈絲厚度迅速減小並燒毀。
這個問題在 1950 年代末和 1960 年代初隨著鹵素燈泡的大量生產而得到解決。
鹵素如氯、溴、氟或碘被添加到惰性氣體或混合物中。結果，金屬蒸發過程完全停止或顯著減慢。這些添加劑的原子與鎢蒸氣結合，形成不穩定化合物的分子。它們沉積在發光體的表面上。在高溫的作用下，分子解體，釋放出鹵素原子和純金屬，沉澱在燈絲的熱表面，使汽化層部分再生。
這個過程通過增加壓力來加強。這增加了燈絲溫度、壽命、光輸出、效率和其他特性。發射光譜向白色側移動。在充氣燈中，鎢蒸氣從內部使燈泡表面變暗的速度減慢。這種光源稱為鹵素光源。
電氣規格
白熾燈的電氣特性包括：
- 電功率，以瓦特為單位 - W，可用型號的範圍 - 從幾瓦（手電筒 - 1 W）到 500 甚至 1000 瓦；
- 光通量 Lm（流明）與功率有關：從 5 W 時的 20 Lm 到 200 W 時的 2500 Lm，功率越高，光通量越高；
- 光效，能源效率或效率因子，Lm/W - 以光通量的形式有多少流明的光可以使網絡或電源消耗的每瓦功率
- 光強度或亮度，cd（坎德拉）；
- 色溫 - 發射具有特定陰影的光的傳統黑體的溫度。
電燈的用途
電燈可以根據應用分為幾種類型 - 用於公共、技術和特殊用途。
主要的公共用途是在夜間或房間內的黑暗地方為任何人、動物和鳥類提供人造光。
使用光，人們可以將日常活動延長幾個小時。這可以是工作和學習過程，家務活。道路安全、晚上和夜間提供醫療服務的能力等得到提高。
燈在牲畜場和家禽場積極使用，用於生長 植物 在溫室綜合體中。它們被具有一定光譜和光通量大小的光照亮。養魚還需要具有特定光譜成分的光。
技術目的。在製造過程中，發出可見光和不可見光的設備用於技術目的。例子：
- 一個人在工作場所需要高水平的照明才能進行精確而重要的工作；
- 紅外 - 紅外輻射用於工業，例如，用於建築部件的非接觸式加熱或在氣候工程中用於加熱在露天寒冷的空氣中工作的人，用於軍事和狩獵工程 - 用於武器的夜視儀、夜視儀等;
- 紫外線- 輻射在牙科中用於快速硬化填充物、假牙製造等，在醫學和衛生方面 - 用於 用於對房間、儀器、衣服和表面進行消毒的醫學和衛生領域。在醫藥和衛生領域，對房間、工具、衣物、家具表面、空氣、水、藥品等進行消毒。
專用燈用於戶外和室內燈光廣告、取證、航空航天、演出燈光伴奏等。
主要類型及特點
白熾燈的主要類型包括：
- 通用燈具。簡稱 LON。通常這些設備的功率為 25、40、60、75 和 100 瓦。最常見的是 60 W。但工業生產的 LON 的額定功率為 150、200、500 甚至 1000 瓦。
- 鹵素白熾燈。它們可在 220 或 110 V 高壓和低壓下運行。在這種情況下，它們由降壓變壓器供電。
低壓鹵素燈的品種：
- 膠囊，具有不同底座的全玻璃管形式 - 端銷 GY6.35 或 G4；
- 反射器，具有反射元件，直徑為 35 至 111 毫米，GZ10 插座與選項。
高壓。主電壓為 220-230 V，50 Hz。這些燈有更多版本：
- 呈帶有 R7S 底座的玻璃管形式的線性；
- 圓柱形 - E27、E14 或 B15D 插座；
- 帶有可拆卸或額外的燈泡。
最後一個型號有一個緊湊的滷素燈泡或燈管，牢固地安裝在燈內。它焊接到常規 LON 燈泡的中心核心，並具有連接到標準 Edison E27 或 E14 底座的柔性引線。功耗為 70-100W，比傳統白熾燈泡多提供 20-30% 的光通量。
這些型號的能效更高，達到 12-25 Lm/W，而普通 LON 光源則為 3-4 到 10-12 Lm/W。
鹵素型號的使用壽命為 4-5 至 10-12 千小時。
燈具按功能和設計分類
裝飾燈泡
近年來，出現了模仿老式愛迪生燈泡的複古燈。
此外，他們還通過燈泡的形狀來模仿“蠟燭”、“風中的蠟燭”、“圓錐”、“梨”、“球”等。
鏡像
鏡面燈的燈泡的一部分在內部覆蓋有反射層。大多數情況下，它是金屬塗層——銀、鋁、金等。該層可以是薄而半透明的，也可以是厚而不透明的。
鏡像設計用於製造絕對純的工藝加熱，例如具有最高材料純度的半導體製造。在這種情況下，白熾燈的缺點 - 紅外輻射的高通量 - 成為其無與倫比的優勢。
這種燈用於具有窄旋轉光束的燈具中。
信號
信號燈是閃爍的光源。通常以閃爍信標的形式，例如在公司的汽車、飛機和直升機上，用於在海軍中傳輸光信息等。它們有一個薄的白熾燈絲，可提供快速的亮度增益。
運輸
這種類型的燈設計用於不同類型的交通工具——汽車、鐵路和地鐵、河流和海上船隻。對它們的主要要求是抗振動和抗衝擊。為此，燈絲被製成較短並安裝在許多支撐元件上。這種燈的底座是卡口天鵝、銷或拱腹。它們可防止設備從插座中擰下並掉出。
照明
從名字可以看出，燈是用來照明的。因此，他們的燈泡由不同顏色的玻璃製成——藍色、綠色、黃色、紅色等。
雙股
這種白熾燈的示意圖：一個燈泡中有兩個獨立的燈絲。例如，在汽車前照燈中，雙燈絲燈泡的使用如下：
- 當對一根燈絲施加電壓時，近光燈就會亮起——光束被“壓”在路面上，光束傳播了幾十米；
- 切換到第二根燈絲後，光線上升，射程可達數百米，光通量會大很多。
這種燈也可以在尾燈中。第一個燈絲用於停車燈，第二個燈絲用於停車燈。
在交通信號燈中，雙燈絲燈提高了它們的可靠性。複製允許設備使用一根燈絲運行，或者在第一個燈絲燒毀後打開第二個燈絲。而且，例如在鐵路上，信號的可靠性是運輸安全的保證。
通用、本地用途
頂行，從左到右 - 帶 E14 插座的燈 - 用於吊燈、壁燈和小燈，帶 E27 插座 - 通用，綠色、紅色、黃色 - 照明。
底行：藍色 - 用於手術的醫療用途，帶反射鏡的鏡子 - 用於攝影作品或特殊照明，帶有紫羅蘭色玻璃，兩個外部 - 用燈泡“蠟燭”和插座 E27 和 E14 裝飾。
優點和缺點
白熾燈泡的優點：
- 低廉的價格 - 簡單而廉價的材料，設計和技術已經制定了幾十年，大規模自動化生產；
- 相對較小的尺寸；
- 電源中的電壓浪湧不會立即導致故障；
- 啟動，以及重新啟動 - 瞬時；
- 當由頻率為 50-60 Hz 的交流電供電時，亮度脈動幾乎不明顯；
- 發光亮度可通過調光器調節；
- 發射光譜是實心的並且是眼睛熟悉的——類似於太陽光譜；
- 幾乎完全重複不同製造商的燈具特性；
- 顯色指數 Ra 或 CRI - 被照物體的色調再現質量 - 等於 100，完全對應於太陽的指標；
- 緊湊燈絲的小尺寸提供清晰的陰影；
- 在嚴重霜凍和高溫條件下具有高可靠性；
- 設計允許批量生產工作電壓從幾分之一到數百伏的模型；
- 在沒有啟動裝置的情況下提供交流或直流電源
- 燈絲電阻的有源特性提供等於 1 的功率因數（餘弦 φ）；
- 對輻射、電磁脈衝、干擾不敏感；
- 輻射中幾乎沒有紫外線成分；
- 提供正常操作，頻繁開/關燈和許多其他。
缺點包括：
- LON 的標稱壽命 - 1000 小時，在鹵素白熾燈中 - 從 3 到 5-6 千，在 熒光的 - 長達 10-5 萬小時，LED 燈 - 30-15 萬小時及以上；
- 玻璃燈泡和細燈絲對沖擊很敏感，振動可能會在某些頻率引起共振；
- 能源效率和壽命對電源電壓的高度依賴；
- 功率轉化為可見光的效率不超過3-4%，但隨著功率的增加而增加；
- 燈泡表面溫度取決於功率，為：100W - 290°C，200W - 330°C，25W - 100°C；
- 開啟時，燈絲升溫前的電流跳變可達到額定電流的十倍；
- 燈具插座和配件必須是耐熱的。
如何增加燈泡壽命
有很多方法可以延長燈泡壽命。最常用的是：
- 通過包含與燈串聯的熱敏電阻來限制浪湧電流，其高電阻會隨著浪湧電流的加熱而降低；
- 通過晶閘管或可控矽調光器手動調光軟啟動；
- 通過強大的整流二極管為燈供電，即半正弦波的整流電壓；
- 多燈燈具中成對的燈串聯連接，例如在枝形吊燈中。
現代工業生產大量不同類型的白熾燈，具有廣泛的工作電壓和瓦數，具有不同的發光深淺、燈泡和底座的配置。這樣的分類允許 選擇 任何用途的必要燈。