En glødelampe er en gjenstand som er kjent for alle. Elektrisitet og kunstig lys har lenge blitt en integrert del av virkeligheten for oss. Men få mennesker tenker på hvordan den aller første og kjente glødelampen dukket opp.

Vår artikkel vil fortelle deg hva en glødelampe er, hvordan den fungerer og hvordan den dukket opp i Russland og rundt om i verden.

Hva er

En glødelampe er en elektrisk versjon av en lyskilde, hvor hoveddelen er en ildfast leder som spiller rollen som en glødetrådskropp. Lederen er plassert i en glasskolbe, som innvendig kan pumpes med en inert gass eller helt uten luft. Ved å føre elektrisk strøm gjennom en ildfast ledertype, kan denne lampen avgi en lysstrøm.

Glødelampe lyser

Driftsprinsippet er basert på det faktum at når elektrisk strøm strømmer gjennom glødetrådskroppen, begynner dette elementet å gløde, og oppvarmer wolframfilamentet. Som et resultat begynner glødetråden å sende ut stråling av elektromagnetisk-termisk type (Plancks lov). For å skape en glød må glødetrådens temperatur være et par tusen grader. Når temperaturen synker, vil luminescensspekteret bli stadig rødere.
Alle ulempene med en glødelampe ligger i glødetemperaturen. Jo bedre lysstrøm som trengs, jo høyere temperatur kreves. I dette tilfellet er wolframfilamentet preget av en filamentgrense, over hvilken denne lyskilden svikter permanent.
Merk! Oppvarmingstemperaturgrensen for glødelamper er 3410 °C.

Designfunksjoner

Siden glødelampen regnes som den aller første lyskilden, er det ganske naturlig at designet skal være ganske enkelt. Spesielt sammenlignet med dagens lyskilder, som gradvis skyver den ut av markedet.
I en glødelampe er de ledende elementene:

• lampe pære;
• filament kroppen;
• nåværende leder.

Merk! Den første slike lampen hadde akkurat denne strukturen.

Glødelampe design

Til dags dato er det utviklet flere varianter av glødelamper, men denne strukturen er typisk for de enkleste og aller første modellene.
I en standard glødepære, i tillegg til elementene beskrevet ovenfor, er det en sikring, som er en kobling. Den består av en ferronikkellegering. Den er sveiset inn i gapet til en av de to strømledningene til produktet. Koblingen er plassert i den gjeldende ledebenet. Det er nødvendig for å forhindre ødeleggelse av glasspæren under en filamentutbrudd. Dette skyldes det faktum at når wolframfilamentet bryter gjennom, dannes det en elektrisk lysbue. Det kan smelte gjenværende tråd. Og fragmentene kan skade glasskolben og føre til brann.
Sikringen bryter lysbuen. Et slikt ferronikkelledd plasseres i et hulrom hvor trykket er lik atmosfærisk trykk. I denne situasjonen går lysbuen ut.
Denne strukturen og driftsprinsippet har sørget for at glødelamper er mye brukt over hele verden, men på grunn av deres høye energiforbruk og korte levetid brukes de mye sjeldnere i dag. Dette skyldes at det har dukket opp mer moderne og effektive lyskilder.

Oppdagelseshistorie

Forskere både fra Russland og fra andre land i verden bidro til opprettelsen av glødelampen i den formen den er kjent i dag.

Alexander Lodygin

Inntil øyeblikket da oppfinneren Alexander Lodygin fra Russland begynte å jobbe med utviklingen av glødelamper, bør noen viktige hendelser noteres i historien:

• i 1809 skapte den berømte oppfinneren Delarue fra England sin første glødelampe utstyrt med en platina-glødetråd;
• Nesten 30 år senere, i 1938, utviklet den belgiske oppfinneren Jobard en karbonmodell av en glødelampe;
• Oppfinneren Heinrich Gobel fra Tyskland i 1854 presenterte allerede den første versjonen av en fungerende lyskilde.

Lyspæren i tysk stil hadde en forkullet bambusglødetråd som ble plassert i et evakuert fartøy. I løpet av de neste fem årene fortsatte Heinrich Goebel arbeidet sitt og kom til slutt opp med den første eksperimentelle versjonen av en fungerende glødepære.

Den første praktiske lyspæren

Joseph Wilson Swan, en kjent fysiker og kjemiker fra England, viste verden sine første suksesser i utviklingen av en lyskilde i 1860 og ble belønnet med patent for resultatene sine. Men noen vanskeligheter som oppsto med å skape et vakuum viste at Swan-lampen ikke fungerte effektivt og ikke varte lenge.
I Russland, som nevnt ovenfor, var Alexander Lodygin engasjert i forskning innen effektive lyskilder. I Russland var han i stand til å oppnå en glød i et glasskar av en karbonstang som luften tidligere hadde blitt evakuert fra. I Russland begynte historien til oppdagelsen av glødepæren i 1872. Det var i år at Alexander Lodygina lyktes i sine eksperimenter med en karbonstang. To år senere, i Russland, mottok han et patentnummer 1619, som ble utstedt til ham for en glødetrådslampe. Han erstattet tråden med en karbonstang plassert i en vakuumkolbe.
Nøyaktig et år senere forbedret V.F. Didrikhson utseendet til glødelampen som ble opprettet i Russland av Lodygin betydelig. Forbedringen bestod i å erstatte karbonstangen med flere hår.

Merk! I en situasjon der en av dem brant ut, slo den andre seg automatisk på.

Joseph Wilson Swan, som fortsatte sine forsøk på å forbedre den eksisterende lyskildemodellen, fikk patent på lyspærer. Her fungerte karbonfiber som et varmeelement. Men her var den allerede plassert i en forseldet atmosfære av oksygen. Denne atmosfæren tillot veldig sterkt lys.

Thomas Edisons bidrag

På 70-tallet av forrige århundre ble en oppfinner fra Amerika, Thomas Edison, med i det oppfinnsomme løpet for å lage en fungerende modell av en glødelampe.

Thomas Edison

Han forsket på bruken av filamenter laget av en rekke materialer i form av et glødeelement. Edison fikk patent i 1879 for en lyspære utstyrt med en platina glødetråd. Men etter et år går han tilbake til den allerede utprøvde karbonfiberen og lager en lyskilde med en levetid på 40 timer.

Merk! Samtidig med arbeidet med å skape en effektiv lyskilde, skapte Thomas Edison en roterende type husholdningsbryter.

Gitt at Edisons lyspærer varer bare 40 timer, begynte de aktivt å fortrenge den gamle versjonen av gassbelysning fra markedet.

Resultater av Alexander Lodygins arbeid

Mens Thomas Edison utførte sine eksperimenter på den andre siden av verden, fortsatte Alexander Lodygin å engasjere seg i lignende forskning i Russland. På 90-tallet av 1800-tallet oppfant han flere typer lyspærer, hvis filamenter var laget av ildfaste metaller.

Merk! Det var Lodygin som først bestemte seg for å bruke en wolframfilament som glødelegeme.

Lodygins lyspære

I tillegg til wolfram foreslo han også å bruke filamenter laget av molybden, og også vri dem til en spiralform. Lodygin plasserte slike tråder i kolber hvorfra all luft ble pumpet ut. Som et resultat av slike handlinger ble trådene beskyttet mot oksygenoksidasjon, noe som gjorde produktets levetid betydelig lengre.
Den første typen kommersielle lyspære produsert i Amerika inneholdt en wolframglødetråd og ble produsert i henhold til Lodygins patent.
Det er også verdt å merke seg at Lodygin utviklet gassfylte lamper som inneholder karbonfilamenter og fylt med nitrogen.
Dermed tilhører forfatterskapet til den første glødelampen som ble sendt til masseproduksjon den russiske forskeren Alexander Lodygin.

Funksjoner til Lodygin-lyspæren

Moderne glødelamper, som er direkte etterkommere av Alexander Lodygins modell, er preget av:

• utmerket lysstrøm;
• utmerket fargegjengivelse;

Fargegjengivelse av glødelampe

• lav konveksjon og varmeledning;
• filamenttemperatur - 3400 K;
• ved maksimalt nivå av glødetrådens temperaturindikator er effektivitetskoeffisienten 15%.

I tillegg bruker denne typen lyskilde mye strøm under driften, sammenlignet med andre moderne lyspærer. På grunn av deres designfunksjoner kan slike lamper fungere i omtrent 1000 timer.
Men til tross for at dette produktet ifølge mange evalueringskriterier er dårligere enn mer avanserte moderne lyskilder, på grunn av dets lave pris, er det fortsatt relevant.

Konklusjon

Oppfinnere fra forskjellige land deltok i etableringen av en effektiv glødelampe. Men bare den russiske forskeren Alexander Lodygin var i stand til å lage det mest optimale alternativet, som vi faktisk fortsetter å bruke til i dag.

Hemmeligheter med å installere spotlights i et undertak: hvor vanskelig er det?

Innhold:

Spørsmål om å redusere strømforbruket løses ikke bare på statlig nivå. Dette problemet er også relevant for vanlige forbrukere. I denne forbindelse begynner ikke bare kraftige, men også økonomiske lyskilder å bli mye introdusert i leiligheter, kontorer og andre institusjoner. Blant dem blir LED-lamper stadig mer utbredt. Designet og prinsippet for drift av en LED-lampe gjør at den kan brukes med en standard stikkontakt og kobles til et elektrisk nettverk på 220 V. For å gjøre det riktige valget, må du kjenne til de viktigste fordelene og egenskapene til moderne lyskilder.

Driftsprinsipp for LED-lamper

Driften av LED-lamper bruker fysiske prosesser som er mye mer komplekse enn de som brukes i konvensjonelle glødelamper med metalltråd. Essensen av fenomenet er utseendet til en lysstrøm i kontaktpunktet for to stoffer laget av forskjellige materialer, etter at en elektrisk strøm er ført gjennom dem.

Hovedparadokset er at hvert av materialene som brukes ikke er en leder av elektrisk strøm. De tilhører kategorien halvledere og er i stand til å sende strøm bare i én retning, forutsatt at de er koblet til hverandre. I en av dem må negative ladninger nødvendigvis dominere - elektroner, og i den andre - ioner med positiv ladning.

I tillegg til bevegelsen av elektrisk strøm, forekommer andre prosesser i halvledere. Ved overgang fra en tilstand til en annen frigjøres termisk energi. Gjennom eksperimenter var det mulig å finne kombinasjoner av stoffer der det sammen med frigjøring av energi dukket opp lysstråling. I elektronikk begynte alle enheter som passerer strøm i bare én retning å bli kalt, og de som har evnen til å avgi lys begynte å bli kalt LED.

Helt i begynnelsen dekket utslippet av fotoner fra halvlederforbindelser bare en smal del av spekteret. De kunne bare sende ut rødt, gult eller grønt lys, med svært lav lysstyrke. Derfor ble LED i lang tid bare brukt som indikatorlamper. Til dags dato er det oppnådd materialer hvis forbindelser har gjort det mulig å utvide rekkevidden av lysstråling betydelig og dekke nesten hele spekteret. Noen bølgelengder dominerer imidlertid alltid i gløden. Derfor er LED-lamper delt inn i kilder til kaldt lys - blått og varmt lys - hovedsakelig rødt eller gult.

Enhet av LED-lyskilder

Utseendet til LED-lamper er praktisk talt ikke forskjellig fra tradisjonelle lyskilder med metalltråd. De er utstyrt med en tråd, som gjør at de kan brukes med konvensjonelle patroner og uten å gjøre endringer i det elektriske utstyret i lokalene. Imidlertid skiller LED-lamper seg betydelig i deres komplekse interne struktur.

De inkluderer en kontaktbase, et hus som fungerer som en radiator, et strøm- og kontrollkort, et brett med lysdioder og en gjennomsiktig hette. Når du planlegger å bruke LED-lamper i et 220 V-nettverk, bør du huske at de ikke vil kunne fungere med slik strøm og spenning. For å hindre at armaturene brenner ut, er strøm- og kontrollkort installert i huset deres, noe som reduserer spenningen og retter opp strømmen.

Utformingen av et slikt brett har en alvorlig innvirkning på lampens levetid. I noen modeller er bare en motstand installert foran, og i noen tilfeller klarer skruppelløse produsenter seg uten den. Som et resultat gir lampene en veldig sterk glød, men brenner ut veldig raskt på grunn av mangelen på stabiliserende enheter. Derfor er høykvalitetslamper absolutt utstyrt med stabilisatorer, for eksempel ballasttransformatorer. De vanligste kontrollkretsene bruker anti-aliasing-filtre, som inkluderer en kondensator og en motstand. De dyreste modellene bruker mikrokretser i kontroll- og kraftenhetene.

Hver enkelt LED avgir et ganske svakt lys. Derfor, for å oppnå ønsket lyseffekt, grupperes det nødvendige antallet elementer. For dette formålet brukes et brett laget av dielektrisk materiale med påførte ledende spor. Omtrent de samme brettene brukes i andre elektroniske enheter.

LED-kortet er også en nedtrappingstransformator. For dette formålet er alle elementene koblet i serie til en felles krets, og nettspenningen er jevnt fordelt mellom dem. Den eneste betydelige ulempen med denne kretsen er at hele kjeden bryter hvis minst en LED brenner ut.

Hele lampen er beskyttet mot fuktighet, støv og andre negative påvirkninger av en gjennomsiktig hette. Noen egenskaper til hetten lar deg forbedre den generelle gløden. Faktum er at dens indre side er dekket med et lag av fosfor, som begynner å lyse under påvirkning av kvanteenergi. Derfor ser den ytre overflaten av hetten matt ut. Fosforet har et bredere emisjonsspekter, flere ganger høyere enn for LED. Som et resultat blir strålingen sammenlignbar med naturlig sollys. Uten et slikt belegg er lysdioder irriterende for øynene og forårsaker tretthet og smerte.

Det er best å studere de nyttige egenskapene, strukturen og prinsippet for drift av LED-lamper på diagrammer ved en elektrisk nettverksspenning på 220 volt. Oftest brukes slike lamper i industri- og gatebelysning, og under hjemlige forhold erstattes tradisjonelle lyskilder med LED-pærer som opererer med lav spenning, hovedsakelig 12 volt. Lampens kraft og lyseffekt er imidlertid ikke direkte relatert til hverandre. Denne faktoren bør tas i betraktning når du velger LED-lamper.

I LED-lamper designet for 220 volt er det ingen transformator i kretsen. I denne forbindelse oppstår ytterligere besparelser i driften av slike lamper. Denne funksjonen skiller dem fra LED-lamper med andre krefter. Derfor er valget av lamper ikke basert på kraft, men på graden av belysning som skapes av dem.

Fordeler med LED-lamper

For tiden er det lagt stor vekt på økonomisk og holdbar drift av belysningsenheter. Derfor kommer lamper som skaper skarp belysning med frigjøring av en minimal mengde varme og lavt energiforbruk i forgrunnen. De har lav følsomhet for endringer i strøm og spenning og tåler et stort antall av og på.

LED-lamper har fullt ut alle disse egenskapene. De har flere varianter, forskjellige i design og tekniske egenskaper, som lar deg velge det mest passende alternativet. Alle lamper er forskjellige i tilstedeværelse eller fravær av lamper, graden av miljøsikkerhet og behovet for å bruke likerettere og andre tilleggsenheter.

Analyse av strukturen til en glødelampe (Figur 1, EN) finner vi at hoveddelen av strukturen er filamentlegemet 3 , som varmes opp under påvirkning av elektrisk strøm til optisk stråling vises. Prinsippet for drift av lampen er faktisk basert på dette. Filamentlegemet festes inne i lampen ved hjelp av elektroder 6 , vanligvis holder endene. Gjennom elektrodene tilføres også elektrisk strøm til filamentlegemet, det vil si at de også er interne koblinger til terminalene. Hvis stabiliteten til filamentlegemet er utilstrekkelig, brukes ekstra holdere 4 . Holderne monteres på en glassstang ved lodding 5 , kalt en stav, som har en fortykkelse på slutten. Stolpen er assosiert med en kompleks glassdel - beinet. Benet, det er vist i figur 1, b, består av elektroder 6 , tallerkener 9 , og shtengel 10 , som er et hult rør som luft pumpes ut av pæren gjennom. Generell kobling mellom mellomklemmer 8 , stav, plater og stenger danner et blad 7 . Forbindelsen gjøres ved å smelte glassdelene, hvor det lages et eksoshull 14 koble det indre hulrommet til evakueringsrøret med det indre hulrommet til pæren. For å levere elektrisk strøm til filamentet gjennom elektroder 6 bruk mellomliggende 8 og eksterne konklusjoner 11 , koblet til hverandre ved elektrisk sveising.

Figur 1. Strukturen til en elektrisk glødelampe ( EN) og bena hennes ( b)

En glasspære brukes til å isolere glødetrådskroppen, så vel som andre deler av lyspæren fra det ytre miljøet. 1 . Luften fra det indre hulrommet i kolben pumpes ut, og en inert gass eller en blanding av gasser pumpes inn i stedet 2 , hvoretter enden av stangen varmes opp og forsegles.

For å tilføre elektrisk strøm til lampen og sikre den i stikkontakten, er lampen utstyrt med en sokkel 13 , som er festet til halsen på kolben 1 utføres ved bruk av capping mastikk. Lampeledningene er loddet til de riktige stedene på sokkelen. 12 .

Lysfordelingen til lampen avhenger av hvordan glødetrådskroppen er plassert og hvilken form den har. Men dette gjelder kun lamper med gjennomsiktige pærer. Hvis vi forestiller oss at glødetråden er en like lys sylinder og projiserer lyset som kommer fra den på et plan vinkelrett på den største overflaten av den lysende glødetråden eller spiralen, vil den maksimale lysintensiteten vises på den. Derfor, for å skape de nødvendige retningene for lysintensiteter, i forskjellige lampedesign, gis filamentene en viss form. Eksempler på filamentformer er vist i figur 2. Rett ikke-spiralglødetråd brukes nesten aldri i moderne glødelamper. Dette skyldes det faktum at med en økning i diameteren til glødetrådslegemet, reduseres varmetapet gjennom gassen som fyller lampen.

Figur 2. Utforming av filamentlegemet:
EN- høyspent projeksjonslampe; b- lavspent projeksjonslampe; V- sikre at du får en like lyssterk disk

Et stort antall filamentlegemer er delt inn i to grupper. Den første gruppen inkluderer glødetrådslegemer som brukes i lamper for generelle formål, hvis design opprinnelig ble tenkt som en strålingskilde med en jevn fordeling av lysstyrken. Hensikten med å designe slike lamper er å oppnå maksimal lyseffektivitet, som oppnås ved å redusere antall holdere som glødetråden kjøles gjennom. Den andre gruppen inkluderer de såkalte flate filamentlegemene, som er laget enten i form av parallelle spiraler (i kraftige høyspentlamper) eller i form av flate spiraler (i laveffekts lavspentlamper). Det første designet er laget med et stort antall molybdenholdere, som er festet med spesielle keramiske broer. En lang filament er plassert i form av en kurv, og oppnår dermed høy total lysstyrke. I glødelamper beregnet for optiske systemer skal glødetrådene være kompakte. For å gjøre dette rulles filamentkroppen inn i en bue, dobbel eller trippel spiral. Figur 3 viser lysstyrkekurvene skapt av filamentlegemer av forskjellige utforminger.

Figur 3. Lysstyrkekurver for glødelamper med forskjellige glødetrådlegemer:
EN- i et plan vinkelrett på lampens akse; b- i et plan som går gjennom lampens akse; 1 - ringformet spiral; 2 - rett spole; 3 - en spiral plassert på overflaten av sylinderen

De nødvendige lysstyrkekurvene til glødelamper kan oppnås ved å bruke spesielle pærer med reflekterende eller diffuserende belegg. Bruken av reflekterende belegg på en passende formet pære gir mulighet for et betydelig utvalg av lysintensitetskurver. Lamper med reflekterende belegg kalles speillamper (Figur 4). Dersom det er nødvendig å sikre spesielt presis lysfordeling i speillamper, brukes pærer laget ved pressing. Slike lamper kalles frontlykter. Noen glødelampedesign har metallreflektorer innebygd i pærene.

Figur 4. Speil glødelamper

Materialer som brukes i glødelamper

Metaller

Hovedelementet i glødelamper er glødetrådskroppen. For å lage en filamentkropp er det mest tilrådelig å bruke metaller og andre materialer med elektronisk ledningsevne. I dette tilfellet, ved å sende en elektrisk strøm, vil kroppen varme opp til ønsket temperatur. Materialet til filamentlegemet må tilfredsstille en rekke krav: ha et høyt smeltepunkt, plastisitet som tillater trekking av tråd med forskjellige diametre, inkludert svært små, lav fordampningshastighet ved driftstemperaturer, som sikrer lang levetid, og som. Tabell 1 viser smeltetemperaturene til ildfaste metaller. Det mest ildfaste metallet er wolfram, som sammen med høy duktilitet og lav fordampningshastighet har sikret dens utbredte bruk som glødetråden til glødelamper.

Tabell 1

Smeltepunkt for metaller og deres forbindelser

Metaller	T, °С	Karbider og deres blandinger	T, °С	Nitrider	T, °С	Borides	T, °С
Wolfram Rhenium Tantal Osmium Molybden Niob Iridium Zirkonium Platina	3410 3180 3014 3050 2620 2470 2410 1825 1769	4TaC+ +HiC 4TaC+ +ZrC HfC TaC ZrC NbC TiC TOALETT. W2C MoC VnC ScC SiC	3927 3887 3877 3527 3427 3127 2867 2857 2687 2557 2377 2267	TaC+ + TaN HfN TiC+ + TiN TaN ZrN Tinn BN	3373 3087 2977 2927 2727	HfB ZrB W.B.	3067 2987 2927

Fordampningshastigheten til wolfram ved temperaturer på 2870 og 3270°C er 8,41×10-10 og 9,95×10-8 kg/(cm²×s).

Blant andre materialer kan rhenium betraktes som lovende, hvis smeltepunkt er litt lavere enn wolfram. Rhenium kan enkelt bearbeides når det varmes opp, er motstandsdyktig mot oksidasjon og har en lavere fordampningshastighet enn wolfram. Det er utenlandske publikasjoner om produksjon av lamper med wolframfilament med rheniumtilsetningsstoffer, samt belegg glødetråden med et lag rhenium. Av de ikke-metalliske forbindelsene er tantalkarbid av interesse, hvis fordampningshastighet er 20 - 30 % lavere enn for wolfram. En hindring for bruk av karbider, spesielt tantalkarbid, er deres skjørhet.

Tabell 2 viser de viktigste fysiske egenskapene til et ideelt filamentlegeme laget av wolfram.

tabell 2

Grunnleggende fysiske egenskaper til wolframfilament

Temperatur, K	Fordampningshastighet, kg/(m²×s)	Elektrisk resistivitet, 10 -6 Ohm×cm	Lysstyrke cd/m²	Lyseffekt, lm/W	Fargetemperatur, K
1000 1400 1800 2200 2600 3000 3400	5,32 × 10 -35 2,51 × 10 -23 8,81 × 10 -17 1,24 × 10 -12 8,41 × 10 -10 9,95×10 -8 3,47×10 -6	24,93 37,19 50,05 63,48 77,49 92,04 107,02	0,0012 1,04 51,2 640 3640 13260 36000	0,0007 0,09 1,19 5,52 14,34 27,25 43,20	1005 1418 1823 2238 2660 3092 3522

En viktig egenskap ved wolfram er muligheten for å produsere legeringene. Deler laget av dem beholder en stabil form ved høye temperaturer. Når wolframtråden varmes opp, under varmebehandlingen av filamentet og påfølgende oppvarming, oppstår en endring i dens indre struktur, kalt termisk rekrystallisering. Avhengig av arten av rekrystallisering, kan filamentlegemet ha større eller mindre dimensjonsstabilitet. Naturen til omkrystallisering påvirkes av urenheter og tilsetningsstoffer tilsatt wolfram under produksjonsprosessen.

Tilsetning av thoriumoksid ThO 2 til wolfram bremser prosessen med omkrystallisering og gir en finkrystallinsk struktur. Slik wolfram er sterk under mekaniske støt, men den synker sterkt og er derfor ikke egnet for fremstilling av filamentlegemer i form av spiraler. Wolfram med høyt thoriumoksidinnhold brukes til å lage katoder for gassutladningslamper på grunn av dets høye emissivitet.

For fremstilling av spiraler brukes wolfram med et tilsetningsstoff av silisiumoksid SiO 2 sammen med alkalimetaller - kalium og natrium, samt wolfram som inneholder, i tillegg til de som er angitt, tilsetningsstoffet av aluminiumoksid Al 2 O 3. Sistnevnte gir best resultater ved fremstilling av bispiraler.

Elektrodene til de fleste glødelamper er laget av rent nikkel. Valget skyldes de gode vakuumegenskapene til dette metallet, som frigjør gasser sorbert i det, høye ledende egenskaper og sveisbarhet med wolfram og andre materialer. Smidbarheten til nikkel gjør at sveising med wolfram kan erstattes av kompresjon, noe som gir god elektrisk og termisk ledningsevne. I glødevakuumlamper brukes kobber i stedet for nikkel.

Holderne er vanligvis laget av molybdentråd, som beholder elastisiteten ved høye temperaturer. Dette gjør at filamentlegemet kan holdes i en utvidet tilstand selv etter at den utvider seg som følge av oppvarming. Molybden har et smeltepunkt på 2890 K og en temperaturkoeffisient for lineær ekspansjon (TCLE), i området fra 300 til 800 K lik 55 × 10 -7 K -1. Molybden brukes også til å lage innsatser til ildfast glass.

Terminalene til glødelamper er laget av kobbertråd, som er endesveiset til inngangene. Glødelamper med lav effekt har ikke separate terminaler; deres rolle spilles av langstrakte terminaler laget av platinitt. For å lodde ledningene til basen, brukes tinn-bly loddetinn av merket POS-40.

Glass

Stengler, plater, stenger, kolber og andre glassdeler som brukes i samme glødelampe, er laget av silikatglass med samme temperaturkoeffisient for lineær ekspansjon, noe som er nødvendig for å sikre tettheten til sveisepunktene til disse delene. Verdiene for temperaturkoeffisienten for lineær utvidelse av lampeglass må sikre dannelsen av konsistente kryss med metallene som brukes til fremstilling av bøssinger. Det mest brukte glasset er SL96-1-merket med en temperaturkoeffisientverdi på 96 × 10 -7 K -1. Dette glasset kan fungere ved temperaturer fra 200 til 473 K.

En av de viktige parametrene til glass er temperaturområdet der det opprettholder sveisbarheten. For å sikre sveisbarhet er noen deler laget av SL93-1 glass, som skiller seg fra SL96-1 glass i sin kjemiske sammensetning og et bredere temperaturområde der det beholder sveisbarheten. SL93-1 glass er preget av et høyt innhold av blyoksid. Hvis det er nødvendig å redusere størrelsen på kolbene, brukes flere ildfaste glass (for eksempel klasse SL40-1), hvis temperaturkoeffisient er 40 × 10 -7 K -1. Disse glassene kan fungere ved temperaturer fra 200 til 523 K. Den høyeste driftstemperaturen er kvartsglass av merket SL5-1, glødelamper som kan fungere ved 1000 K eller mer i flere hundre timer (temperaturkoeffisient for lineær utvidelse av kvartsglass er 5,4 × 10-7 K-1). Glass fra de listede merkene er gjennomsiktig for optisk stråling i bølgelengdeområdet fra 300 nm til 2,5 - 3 mikron. Overføringen av kvartsglass starter ved 220 nm.

Innganger

Bøsningene er laget av et materiale som sammen med god elektrisk ledningsevne må ha en termisk lineær ekspansjonskoeffisient, noe som sikrer dannelsen av konsistente knutepunkter med glasset som brukes til fremstilling av glødelamper. Kryssene av materialer kalles konsistente, verdiene til den termiske koeffisienten for lineær ekspansjon som over hele temperaturområdet, det vil si fra minimum til glassglødingstemperatur, ikke avviker med mer enn 10 - 15%. Når du lodder metall i glass, er det bedre hvis den termiske koeffisienten for lineær utvidelse av metallet er litt lavere enn for glass. Så, når loddetinn avkjøles, komprimerer glasset metallet. I fravær av metall med den nødvendige verdien av den termiske koeffisienten for lineær ekspansjon, er det nødvendig å lage uovertrufne skjøter. I dette tilfellet er en vakuumtett forbindelse mellom metall og glass over hele temperaturområdet, samt den mekaniske styrken til loddetinn, sikret av en spesiell design.

En matchet forbindelse med SL96-1 glass oppnås ved bruk av platinaledninger. De høye kostnadene for dette metallet førte til behovet for å utvikle en erstatning, kalt "platinitt". Platinitt er en tråd laget av en jern-nikkel-legering med en termisk lineær ekspansjonskoeffisient som er lavere enn for glass. Ved å påføre et lag av kobber på en slik ledning, er det mulig å oppnå en svært ledende bimetalltråd med en stor termisk lineær ekspansjonskoeffisient, avhengig av tykkelsen på laget av påført kobberlag og den termiske koeffisienten for lineær utvidelse av original ledning. Åpenbart gjør denne metoden for å matche temperaturkoeffisientene for lineær ekspansjon det mulig å matche hovedsakelig den diametriske ekspansjonen, slik at temperaturkoeffisienten for den langsgående ekspansjonen er uovertruffen. For å sikre bedre vakuumtetthet ved skjøtene av SL96-1-glass med platinitt og for å øke fuktbarheten over et lag med kobber oksidert over overflaten til kobberoksid, er tråden belagt med et lag boraks (natriumsalt av borsyre). Tilstrekkelig sterke loddemetaller er sikret ved bruk av platinatråd med en diameter på opptil 0,8 mm.

Vakuumtett lodding i SL40-1 glass oppnås ved bruk av molybdentråd. Dette paret gir en mer konsistent tilkobling enn SL96-1 glass med platinitt. Den begrensede bruken av dette loddetinn skyldes de høye kostnadene for råvarer.

For å oppnå vakuumtette ledninger i kvartsglass kreves metaller med svært lav termisk lineær ekspansjonskoeffisient, som ikke finnes. Derfor får jeg det nødvendige resultatet takket være inputdesignet. Metallet som brukes er molybden, som har god fuktbarhet med kvartsglass. For glødelamper i kvartskolber brukes enkle folieforinger.

Gasser

Å fylle glødelamper med gass lar deg øke driftstemperaturen til glødetrådskroppen uten å redusere levetiden på grunn av en reduksjon i frekvensen av wolframforstøvning i et gassholdig miljø sammenlignet med sputtering i et vakuum. Forstøvningshastigheten avtar med økende molekylvekt og fyllingsgasstrykk. Påfyllingsgasstrykket er omtrent 8 × 104 Pa. Hvilken gass bør jeg bruke til dette?

Bruken av et gassmedium fører til varmetap på grunn av termisk ledningsevne gjennom gassen og konveksjon. For å redusere tap er det fordelaktig å fylle lamper med tunge inerte gasser eller deres blandinger. Disse gassene inkluderer nitrogen, argon, krypton og xenon hentet fra luft. Tabell 3 viser hovedparametrene for inerte gasser. Nitrogen i sin rene form brukes ikke på grunn av store tap knyttet til dens relativt høye varmeledningsevne.

Tabell 3

Grunnleggende parametere for inerte gasser

I dag er det vanskelig å forestille seg folks liv uten en elektrisk lampe. Denne ganske enkle enheten brukes til å lyse opp forskjellige rom og gater. Det finnes et stort antall typer lyspærer, forskjellige i lysstyrke og driftsprinsipp. I det siste har brukere i økende grad tatt hensyn til energisparende enheter, men den konvensjonelle glødelampen har ikke hastverk med å miste terreng.

Driftsprinsipp

Driftsprinsippet til en glødelampe er ganske enkelt, som designet til denne enheten. En elektrisk strøm går gjennom en ildfast leder og varmer den opp til høy temperatur. Det skal bemerkes at oppvarmingstemperaturen avhenger av spenningen som leveres til enheten. I følge Plancks lov er en oppvarmet leder i stand til å generere elektromagnetiske bølger.

Jo høyere temperatur, desto kortere er bølgelengden til den utsendte strålingen. Bølger av det synlige spekteret vises når lederen varmes opp til flere tusen grader på Kelvin-skalaen. Hvis spiralen til en elektrisk lyspære varmes opp til 5000 K, vil den lyse med nøytralt lys (i likhet med det Solen sender ut). Når temperaturen synker, vil fargen på gløden begynne å endre seg først til gul og deretter til rød.

I lamper blir den overveiende delen av energien omdannet til varme og bare en liten mengde omdannes til lysstrøm. Det bør også huskes at menneskelige visuelle organer er i stand til å oppfatte bare et visst utvalg av lysbølger. For å øke belysningen av rommet, må du øke temperaturen på spolen. Dette er imidlertid bare mulig opp til et visst punkt, som er begrenset av egenskapene til ledermaterialet.

Dermed, Maksimal temperatur på lyspæren er 3410 grader på Celsius-skalaen. Ytterligere oppvarming av wolfram vil føre til deformasjon og smelting av materialet. Men selv denne temperaturen kan bare oppnås under visse miljøforhold. Hvis wolfram kommer i kontakt med oksygen, blir det til oksid. Når luften pumpes ut av kolben, vil det være mulig å lage en lampe med en maksimal effekt på 25 W. Kraftigere enheter inneholder inerte gasser i kolben.

Designfunksjoner

Selv om lampene er forskjellige i design, har de tre felles elementer - ledninger, leder og glasspære. Noen spesialenheter har kanskje ikke en base fordi de bruker en annen type holder. Noen ganger er det også en ferronickel-sikring innebygd i lyspærer. Oftest er den montert i et ben, så etter at lederen svikter, blir ikke pæren ødelagt.

Når filamentet går i stykker, oppstår det en lysbue som smelter det gjenværende materialet. Stoffet i smeltet tilstand faller ned på glassbeholderen og kan skade dens integritet. Sikringen kan forhindre at spiralen smelter. Denne teknologien har imidlertid ikke blitt utbredt på grunn av dens lave effektivitet.

Hvis vi snakker om hva en lyspære består av, er det nødvendig å merke seg hoveddesignelementene. Disse inkluderer:

• en kolbe laget av glass;
• utstrålende leder;
• elektroder;
• utgangspunkt;
• gass ​​miljø;
• strålelederholdere.

Kolbe og gassmiljø

Takket være glassbeholderen er filamentet beskyttet mot oksidasjonsprosessen som skjer når det emitterende ledermaterialet samhandler med oksygen. De første elektriske glødelampene ble produsert med en vakuumpære. Foreløpig produseres bare enheter med lav effekt ved hjelp av denne teknologien. For å produsere kraftigere enheter brukes oftest en nitrogen-argon-blanding eller argon alene. Pærene til noen lamper kan også inneholde xenon eller krypton. Den termiske utslippshastigheten til filamentmaterialet avhenger av gassens molare masse.

En egen gruppe er halogenlyspærer, hvis glassbeholder er fylt med halogengass. Ved oppvarming fordamper materialet til strålingslederen og reagerer med disse gassene. Stoffet som oppnås under den kjemiske prosessen brytes raskt ned under påvirkning av høy temperatur og returneres til filamentet. Som et resultat øker ikke bare effektiviteten til enheten, men også levetiden øker.

Strålende leder

Formen på filamentet kan være hvilken som helst og avhenger av enhetens spesifikasjoner. Som oftest har lederen i en vanlig lyspære et rundt tverrsnitt, men du kan også finne et stripetverrsnitt. Det er verdt å merke seg at Til og med kull ble brukt i de første lampene, i stand til å varme opp til en temperatur på 3559 grader Celsius. I moderne enheter er imidlertid hovedfilamentmaterialet wolfram.

Dette elementet kan også være laget av en osmium-wolfram-legering. Valget av typen spiral er ikke tilfeldig, siden dimensjonene avhenger av den. Moderne lamper kan bruke bi-spiraler og til og med tri-spiraler. De oppnås ved gjentatt vridning. Dette lar deg øke effektiviteten til enheten ved å redusere varmespredningen.

Lampefot

Dette elementet er standardisert og har en viss form og dimensjoner. Som et resultat kan du enkelt skifte lyspæren etter at den svikter. . I dag brukes det oftest enheter med E14-base., E27 og også E40. Å tyde denne markeringen er ekstremt enkel - tallene etter bokstaven E indikerer elementets ytre diameter.

Siden det nå er et stort antall typer lamper, er noen av dem forskjellige i utformingen av basen. For eksempel er det enheter som holdes i en stikkontakt på grunn av friksjon. Det skal også bemerkes at basen i en glødelampeenhet utfører følgende funksjoner:

• kobler sammen flere elementer;
• representerer en av kontaktene;
• lar deg montere enheten sikkert i stikkontakten.

Fordeler og ulemper

Alle tekniske enheter har ikke bare fordeler, men også ulemper. Glødepærer er intet unntak.

Positive egenskaper

En av hovedfordelene med disse enhetene er deres enkle design, noe som gjør kostnadene for produktet lave. I dag kan du enkelt kjøpe en enhet med ønsket kraft og dimensjoner. En like viktig fordel med klassiske lyspærer er glødespekteret til deres emitterende element. Siden det er så nært sollys som mulig, kan det ikke påvirke synsorganene negativt.

Et oppvarmet filament har termisk treghet, så lyset som sendes ut av det er praktisk talt fritt for pulsering. Dette skiller konvensjonelle glødelamper fra andre typer produkter (for eksempel fluorescerende lamper). Ingen skadelige stoffer brukes i produksjonen av disse enhetene, så spesielle teknologier er ikke nødvendig for avhending.

Negative egenskaper

En av de største ulempene med enhetene kan betraktes som avhengigheten av forsyningsspenningen. Hvis den øker og overskrider tillatte grenser, slites spiralen raskt ut. Når spenningen faller, reduseres også lysstrømmen som sendes ut av enheten.

I tillegg bør det huskes at det utstrålende elementet er designet for å fungere over lang tid. Motstandsindikatoren for en kald spiral er betydelig lavere sammenlignet med driftsmodusen.

På grunn av dette, i øyeblikket av innkobling, oppstår et sterkt hopp i strømstyrke, noe som fører til fordampning av filamentmaterialet. Dermed avhenger levetiden til enheten av antall starter.

Imidlertid kan denne ulempen bekjempes ved å bruke spesielle mykstartenheter - dimmere. De kan også brukes til å justere lysstrømmen over et ganske bredt område.

Den mest alvorlige ulempen med glødelamper er deres lave effektivitet. Hovedtyngden av elektrisiteten omdannes til varme, som spres i miljøet. I dag brukes LED-lamper i økende grad for å spare strøm.

Elektrisitet, som driver lyspærer, fjernsyn og andre husholdningsapparater, består av bevegelige elektroner eller elektrisk strøm. Hvis et fritt elektron settes i bevegelse, vil det til slutt kollidere med et atom og overføre det til en eksitert tilstand, med andre ord vil det overføre en del av energien sin til atomet.

Det eksiterte atomet frigjør deretter denne ekstra energien i form av elektromagnetisk stråling. Når elektroner beveger seg gjennom metallglødetråden til en glødelampe, fører oppvarmingen av glødetråden til at den blir hvitglødende og begynner å sende ut intens elektromagnetisk stråling.

I en fluorescerende lampe flyter elektrisk strøm gjennom gass i stedet for en glødetråd. Når en elektrisk strøm passerer gjennom et gassutladningsrør, får gassen til å sende ut ultrafiolett stråling, som eksiterer fosforbelegget på innsiden av røret, og starter en kjedereaksjon som frigjør elektromagnetisk stråling i området med synlig lys.

Bølgelengden til strålingen som sendes ut av varme kropper avhenger mest av temperaturen deres. Solen ved 6000°K sender ut mesteparten av sin stråling i det synlige spekteret, mens en 100-watts glødepære som sender ut ved omtrent 3000°K sender ut mesteparten av sin energi som infrarød stråling og svært lite i det synlige området.

Utrolig tråd

Elektrisitet varmer opp glødetråden – den kveilede ledningen inne i lyspæren – til omtrent 3000°K (5000°F). Denne tynne ledningen tåler så høye temperaturer fordi den er laget av wolfram, et metall med høyt smeltepunkt.

Fluorescerende lys fra gass

Fluorescerende lamper bruker elektroner, gass og et kjemikalie som kalles fosfor for å produsere lys. Elektroner som strømmer gjennom hulrommet i glassrøret kolliderer med gassatomer, og gir dem energien deres. De eksiterte gassatomene frigjør usynlige ultrafiolette stråler som bombarderer fosforbelegget på røret. Fosfor absorberer denne strålingen og sender den ut igjen, men i det synlige området av spekteret

Varmespredning i en glødelampe

Glødelampen varmes opp fordi frie elektroner (blå kuler) beveger seg langs metalltråden (brunt rør) og kolliderer med stasjonære atomer (røde kuler) underveis. De eksiterte atomene begynner å gjennomgå intense vibrasjoner, øker temperaturen på metalltråden og får den til å gløde.