Descrierea și principiul becului electric

Ce este o lampă cu incandescență

O lampă cu incandescență, cunoscută și sub numele de lampă cu incandescență, este o sursă de lumină artificială în care lumina este produsă prin încălzirea unui filament subțire de metal la temperatura de incandescență a unui metal incandescent. Un curent electric este trecut prin filament pentru a-l încălzi. Primele lămpi aveau un filament realizat din material organic carbonizat, cum ar fi bambusul, sub formă de fibră.

Pentru a preveni arderea rapidă a filamentului, aerul a fost evacuat din bec și sigilat. Sau balonul a fost umplut cu o compoziție de gaz care nu avea oxidant - oxigen. Aceste gaze se numesc gaze inerte - argon, neon, heliu, azot etc. Sunt numiți astfel deoarece nu reacționează cu metalele, adică sunt inerți.

Lampă cu filament de carbon

Primele lămpi cu filament de carbon Becurile cu filament de carbon aveau o durată de viață de mai puțin de o duzină de ore. Aceasta a fost semnificativ crescută prin înlocuirea filamentului de carbon cu un fir metalic subțire.

Această lumină a fost numită lumină incandescentă, adică lumina metalului incandescent. Iar filamentul se numea lumină cu incandescență. De exemplu, oțelul încălzit la 1200°C devine alb-gălbui, iar la 1300°C este aproape alb.

La sfârșitul secolului al XIX-lea, filamentul de carbon, care se consuma rapid, a fost înlocuit cu metale refractare - tungsten, molibden, osmiu sau oxizi metalici - zirconiu, magneziu, ytriu și altele.

Umplerea unui balon cu gaze inerte a redus rata de evaporare a metalului dintr-un filament incandescent și, prin urmare, a crescut durata de funcționare a acestuia.

Pentru o putere mare, filamentele sunt fabricate sub formă "ramificată". Sursele de lumină de proiecție au un filament cu o configurație complexă pentru a crea un flux direcțional, formând o structură plană perpendiculară pe axa de radiație. În interiorul becului se află un reflector de lumină, de exemplu un strat subțire de metal pulverizat, cum ar fi argintul sau aluminiul.

Lampă cu incandescență de uz general - LON, într-un bec în formă de "pară". Un filament scurt și drept sub formă de spirală indică o tensiune de funcționare mică - 12, 24 sau 48-50 V și o putere care nu depășește 10-20 wați.

A fost nevoie de un filament metalic lung și subțire pentru a alimenta lampa direct de la sursa de alimentare de 110 V DC existentă la acea vreme. Acest lucru a dus la creșterea rezistenței și, prin urmare, a fost nevoie de mai puțin curent pentru încălzire.

Pentru a "împacheta" strâns într-un volum mic de sticlă transparentă, filamentul a fost îndoit în mod repetat și plasat pe suporturi de sârmă.

"Îndoit" de mai multe ori filamentul lung dintr-o lampă Edison de design modern.

O altă lampă Edison modernă. Secțiunile filamentului dispuse în paralel sunt clar vizibile.

Această îndoire a filamentului a complicat proiectarea primelor surse de lumină, care au durat mult mai mult decât cele din "carbon". O descoperire importantă în proiectarea becurilor cu incandescență a fost propunerea de a răsuci filamentul în spirală. Acest lucru a redus de mai multe ori dimensiunea sa.

Un corp incandescent și mai mic a fost obținut prin înfășurarea unei bobine subțiri într-o a doua bobină, dar cu diametru mai mare. Dublul helix se numește bi-helix.

Bobina dublă este mărită cu un factor de 10 până la 20. Puteți vedea că este introdusă și încrețită într-o buclă de armătură de sârmă care întinde filamentul pe ace subțiri.

Următoarea etapă în dezvoltarea surselor de lumină a fost trecerea la rețeaua de curent alternativ și utilizarea unui transformator pentru a reduce tensiunea de alimentare a lămpilor.

Principalele părți ale unei lămpi cu incandescență

Componentele de bază ale unei lămpi cu incandescență sunt:

• filamentul sau corpul filamentului;
• un accesoriu pentru fixarea filamentului;
• bec pentru a proteja filamentul de combustia rapidă și de influențele externe
• priză pentru montarea în priză și conectarea la sursa de alimentare cu energie electrică
• contacte de soclu - carcasă de tip șurub și un contact central în baza soclului.

Componente

Racordul este conceput pentru a fixa filamentul și pentru a crea configurația și directivitatea necesară pentru ieșirea luminii.

Baza este necesară pentru a o fixa în soclul de montare și pentru a o conecta la bec. În cazul lămpilor retrofit, echivalentul lămpilor cu incandescență, soclul adăpostește o parte a unității de alimentare.

Baza

Pe Becuri cu halogenBecurile cu halogen, în funcție de tensiunea de alimentare, de puterea și de designul becului, au un număr de baze diferite - cu capse cu șurub, cu capsă, cu capsă, cu baionetă, cu știfturi etc.

Sistemul de contact de pe priză este necesar pentru conectarea la rețeaua de alimentare cu energie electrică sau la unitatea de alimentare cu energie electrică.

Tipuri de bază.

Becul

Becurile LN transparente sunt utilizate pentru:

• Protejarea filamentului de atmosfera exterioară care conține oxidantul - oxigenul;
• Generarea și menținerea vidului sau a compoziției gazului;
• plasarea fosforului și/sau a straturilor care transformă diferite tipuri de energie electromagnetică în radiații vizibile, returnarea căldurii la filament, transformarea radiațiilor invizibile UV și IR în lumină, corecția nuanței lămpii - roșu, verde, albastru.

Filament

Filamentul este un filament înfășurat într-o bobină sau o bobină dublă sau o bandă subțire de metal.

Aspectul structural al filamentului

Mediu gazos

Gazele inerte cu care este umplut becul lămpii, de exemplu azot, argon, neon, heliu. La amestecurile de gaze nobile se adaugă substanțe halogenate.

Cum se fabrică un bec și cum funcționează acesta

Construcția unui bec cu incandescență nu s-a schimbat prea mult în timpul dezvoltării sale. Elementul de bază care funcționează pe principiul strălucirii dintr-o substanță incandescentă este filamentul sau corpul filamentului. Este un fir subțire de tungsten cu un diametru de 30-40, maximum 50 microni sau micrometri (milionimi de metru).

Culorile corpului incandescent încep de la roșu și trec prin portocaliu, galben și alb pe măsură ce temperatura crește. Pe măsură ce temperatura crește în continuare, metalul incandescent se topește mai întâi și apoi, în prezența oxigenului, arde.

Citește și.

Verificarea unui bec cu un tester

 

Lecție video: Cum funcționează becurile moderne

Un filament de tungsten rece are o rezistivitate scăzută. Tungstenul, la fel ca majoritatea metalelor, are un coeficient de temperatură pozitiv de rezistență TKS. Aceasta înseamnă că, atunci când filamentul este încălzit de un curent electric, rezistența sa crește.

Înainte ca lampa să fie aprinsă, filamentul este rece și are o rezistență mică. Prin urmare, în momentul pornirii, se aplică un curent de 10 până la 15 ori mai mare decât curentul nominal. Această supratensiune de curent se numește curent de pornire. Și este adesea cauza... adesea cauza epuizării a filamentului.

Este nevoie de o fracțiune de secundă pentru ca filamentul să se încălzească. În acest timp, rezistența sa crește. Curentul inițial ridicat care trece prin lampă este redus la curentul nominal pe măsură ce gazul, becul și toate componentele se încălzesc. Astfel, sursa de lumină atinge modul de funcționare nominal și produce fluxul luminos nominal. Culoarea luminoasă devine, de asemenea, nominală, ceea ce corespunde unei temperaturi de culoare de 2000-3500 K. Se numește alb cald și are mai multe gradații de temperatură de culoare în cadrul intervalului specificat, cu denumiri și abrevieri originale. De exemplu:

• alb foarte cald - 2200-2400 K, denumit S-Warm sau S-W, cunoscut și ca alb foarte cald sau Warm 2400;
• Cald - 2600-2800 K sau cald 2700;
• alb cald - 2700-3500 K sau alb cald (WW);
• un alt alb cald - 2900-3100 K sau Warm 3000 (W).

Temperatura elementelor individuale ale lămpii

Suprafața exterioară a unui bec LON depinde de puterea lămpii și poate fi încălzită până la 250-300 ℃ sau mai mult.

Filamentul se încălzește până la 2000-2800 ℃, la un punct de topire a tungstenului de 3410°C.

În unele modele, filamentul este fabricat din osmiu cu un punct de topire de 3045 ℃ sau din reniu cu un punct de topire de 2174. Acest lucru deplasează spectrul luminos al LN în zona roșie a spectrului vizibil.

Citește și.

Becuri de explozie în candelabru - 6 cauze și soluție

 

Ce gaz se află în bulb

În cazul primelor lămpi, aerul era pompat în afara becului. Acum sunt aspirate (evacuate) doar becurile de putere mică (max. 25 W).

Atunci când un fir de tungsten încălzit la 2-3 mii de grade Celsius este în funcțiune, metalul este vaporizat intensiv de pe suprafața sa. Acești vapori se depun pe interiorul becului și reduc transmisia luminii.

Cercetările efectuate la începutul secolului trecut au arătat că, dacă balonul este umplut cu un gaz inert, evaporarea este redusă, iar randamentul luminos crește. Prin urmare, flacoanele au fost umplute cu unul dintre gazele inerte sau cu amestecuri ale acestora. Cele mai comune gaze sunt argonul, azotul, xenonul, kriptonul, heliul etc. Heliul este utilizat pentru răcirea pasivă eficientă a elementelor interne ale noilor tipuri de lămpi cu LED-uri de modernizare.

Acest experiment nu este categoric nerecomandat pentru uz casnic.

Principalul lor element emițător de lumină este o tijă subțire de safir artificial sau de sticlă pe care sunt amplasate cristalele LED. Acest tip de emițător se numește filament. Unii "experți" au confundat esența de lămpi cu filament și le-a numit "lămpi cu diode emițătoare de lumină din safir". Deși safirul artificial din aceste lămpi este utilizat doar ca bază de montare și ca radiator pasiv pentru cristalele LED.

În cele mai multe cazuri, eșecul LN nu se datorează evaporării metalului de la suprafața filamentului, ci accelerării acestui proces în zonele de întrerupere a grosimii filamentului. Aceasta apare în zona unei curbe ascuțite a firului sau a fracturii acestuia. În acest moment, rezistența sa crește local, iar tensiunea, puterea disipată și temperatura metalului cresc. Evaporarea se accelerează, devine de tip avalanșă, filamentul își reduce rapid grosimea și se arde.

Această problemă a fost rezolvată la sfârșitul anilor '50 și începutul anilor '60, odată cu producția în masă a becurilor cu halogen.

Halogenii - clor, brom, fluor sau iod - erau adăugați la un gaz inert sau la un amestec inert. Ca urmare, procesul de evaporare a metalului se oprește complet sau încetinește semnificativ. Atomii acestor aditivi se leagă de vaporii de tungsten pentru a forma molecule de compuși instabili. Acestea se depun pe suprafața corpului incandescent. Sub influența temperaturii ridicate, moleculele se descompun și eliberează atomi de halogen și metal pur, care se depun pe suprafața fierbinte a filamentului și regenerează parțial stratul vaporizat.

Acest proces este intensificat prin creșterea presiunii. Acest lucru mărește temperatura filamentului, durata de viață, randamentul luminos, eficiența și alte caracteristici. Spectrul de emisie este deplasat spre partea albă. În cazul lămpilor cu gaz, întunecarea suprafeței becului din interior de către vaporii de tungsten este întârziată. Aceste surse de lumină se numesc surse de lumină cu halogen.

Citește și

Principiul și caracteristicile unui bec cu LED-uri

 

Parametrii electrici

Caracteristicile electrice ale lămpilor cu incandescență sunt:

• puterea electrică, măsurată în wați - W, gama de modele disponibile este de la câțiva wați (un bec de lanternă are 1 W) la 500 și chiar 1000 W;
• fluxul luminos, lm (lumen), este legat de putere - de la 20 lm la 5W la 2500 lm la 200W, la o putere mai mare fluxul luminos este mai mare;
• Eficacitatea luminoasă, eficiența energetică sau factorul de eficiență, Lm/W - câți lumeni de lumină, în termeni de flux luminos, dau fiecare watt de putere consumată de la rețea sau de la sursa de alimentare;
• intensitatea luminii sau luminanța, cd (candela);
• temperatura de culoare - temperatura unui corp negru convențional care emite lumină cu o anumită nuanță.

Temperaturile de culoare condiționate și nuanța de luminescență.

Scopul unei lămpi electrice

Lămpile electrice pot fi împărțite în mai multe tipuri în funcție de aplicația lor - pentru uz public, tehnic și special.

Principala utilizare publică este aceea de a furniza lumină artificială pentru orice om, animal sau pasăre pe timp de noapte sau într-o cameră întunecată.

Prin utilizarea luminii, oamenii își prelungesc activitatea zilnică cu câteva ore. Acestea pot fi procese de muncă și de studiu, treburi casnice. Siguranța rutieră este îmbunătățită, asistența medicală poate fi asigurată seara și noaptea și multe altele.

Lămpile sunt utilizate în mod activ în fermele de animale și în fermele de păsări, pentru creșterea plante în complexe de sere. Acestea sunt iluminate cu o lumină cu un anumit spectru și o anumită intensitate a fluxului luminos. Creșterea peștilor necesită, de asemenea, lumină cu o compoziție spectrală specifică.

Se realizează încălzirea animalelor de companie.

Aplicații tehnice. Dispozitivele care emit lumină vizibilă și invizibilă sunt utilizate în producție în scopuri tehnologice. Exemple:

• Pentru o muncă precisă și importantă, o persoană are nevoie de un nivel ridicat de lumină la locul de muncă;
• IR - Radiația infraroșie este utilizată în industrie, de exemplu, pentru încălzirea fără contact a pieselor de construcție sau în tehnologia climatică pentru a oferi căldură persoanelor care lucrează în aer liber; în tehnologia militară și de vânătoare - lunete pentru arme, dispozitive de vedere pe timp de noapte etc;
• UV-Radiațiile UV sunt utilizate în stomatologie pentru întărirea rapidă a plombelor, a protezelor dentare etc., în medicină și sanitație - pentru dezinfecție. dezinfectarea încăperilorÎn medicină și în igienă, dezinfectarea încăperilor, a instrumentelor, a hainelor, a suprafețelor de mobilier, a aerului, a apei, a medicamentelor etc.

Lămpile cu destinație specială sunt utilizate în publicitatea luminoasă exterioară și interioară, în criminalistică, în aviație și astronautică, în iluminatul spectacolelor etc.

Principalele tipuri și caracteristici

Principalele tipuri de lămpi cu incandescență sunt:

1. Lămpile de uz general. Acestea sunt desemnate prin abrevierea LON. În general, acestea sunt dispozitive cu o putere de 25, 40, 60, 75 și 100 de wați. Cel mai frecvent este de 60 W. Dar LLH disponibile în comerț cu 150, 200, 500 și chiar 1000 de wați.
2. Lămpi cu incandescență cu halogen. Disponibil pentru aplicații de înaltă tensiune și joasă tensiune de 220 V sau 110 V. În acest caz, acestea sunt alimentate de la un transformator coborâtor.

Lampă cu incandescență de joasă tensiune

O varietate de lămpi cu halogen de joasă tensiune:

• capsulă, având o formă de tuburi complet din sticlă cu baze diferite - fie capsule cu capăt cu știfturi GY6.35 sau G4;
• lămpi reflectorizante cu element reflectorizant, diametru de la 35 la 111 mm, soclu GZ10 cu opțiuni.

Înaltă tensiune. Tensiunea de bază este de 220-230 V, 50 Hz. Aceste lămpi au mai multe versiuni:

• liniar - ca un tub din sticlă cu baze R7S;
• cilindrice - soclu E27, E14 sau B15D;
• cu telecomandă sau bec suplimentar.

Acestea din urmă au un bec cu halogen sau un tub montat rigid în interiorul becului. Acesta este sudat la miezul central al becului LON standard și are cabluri flexibile conectate la un soclu standard Edison E27 sau E14. La o putere de 70-100 W, oferă un flux luminos cu 20-30% mai mare decât un bec cu incandescență standard.

Aceste modele au o eficiență energetică mai mare, de până la 12-25 Lm/W, în timp ce randamentul surselor de lumină LON convenționale variază între 3-4 și 10-12 Lm/W.

Durata de viață a modelelor cu halogen este de 4-5 până la 10-12 mii de ore.

Clasificarea lămpilor în funcție de utilizare și de construcție

Clasificarea becurilor în funcție de destinația lor.

Becuri decorative

În ultimii ani, au apărut lămpi retro care imită becurile Edison de epocă.

În plus, acestea au forma de "lumânare", "lumânare în vânt", "con", "pară", "minge" etc.

Lămpi Edison - cu temperatura de culoare 2000 K, cu filamente de forme diferite, cu becuri diferite.

Oglindă

Lămpile reflectorizante au un strat reflectorizant pe interiorul becului. Este de obicei un strat de metal, cum ar fi argintul, aluminiul sau aurul. Acest strat poate fi subțire și translucid sau gros și opac.

Lampă cu infraroșu cu oglinzi.

Structurile reflectorizante sunt utilizate în producție pentru încălzirea proceselor complet pure, de exemplu, în producția de semiconductori cu materiale de înaltă puritate. În acest caz, un dezavantaj al lămpilor cu incandescență - fluxul ridicat de radiații infraroșii - devine un avantaj imbatabil.

Astfel de lămpi sunt utilizate în corpurile de iluminat cu un fascicul de lumină îngust și orientabil.

Citește și

Caracteristicile lămpilor cu descărcare

 

Semnal

Lămpile de semnalizare sunt surse de lumină intermitentă. De obicei sub formă de balize luminoase, de exemplu, pe vehiculele de serviciu, pe avioane și elicoptere, pentru transmiterea de mesaje luminoase în marină etc. Acestea au un filament subțire care permite o creștere rapidă a luminozității.

Transport .

Acest tip de lămpi este destinat utilizării în diferite tipuri de transport, cum ar fi: automobile, căi ferate și nave subterane, fluviale și maritime. Principala cerință pentru acestea este rezistența la vibrații și la impact. Pentru a realiza acest lucru, filamentul este făcut scurt și montat pe mai multe elemente de susținere. Bazele unor astfel de becuri sunt de tip baionetă, cu știfturi sau de tip soffit. Acestea împiedică unitatea să se deșurubeze și să cadă din priză.

Lămpile de transport cu soclu cu știfturi.

Lămpile montate pe vehicule, montate pe vehicule, cu diferite tipuri de socluri: e), f), g) - cu socluri cu știfturi, h) - cu socluri de plafon.

Lămpile de iluminare .

Numele implică faptul că aceste lămpi sunt folosite pentru iluminare. Prin urmare, becurile lor sunt realizate din sticlă de diferite culori - albastru, verde, galben, roșu etc.

Lămpi de iluminat în diferite culori, cu soclu filetat Edison E27.

Dublu șir.

Schema unei astfel de lămpi de iluminat: Două filamente separate într-un singur bec. De exemplu, într-un far de mașină, se utilizează o lampă cu două filamente, după cum urmează:

• atunci când se aplică tensiune la un filament, se aprinde fasciculul de întâlnire - fascicululul de lumină este "apăsat" pe suprafața drumului, iar fascicululul de lumină se extinde pe o distanță de câteva zeci de metri;
• După trecerea la cel de-al doilea filament, lumina crește, iar raza de acțiune poate fi de până la sute de metri, iar fasciculul va fi considerabil mai mare.

Astfel de lămpi pot fi, de asemenea, într-o lampă spate. Primul filament este pentru luminile de parcare, iar cel de-al doilea este pentru lumina de frână.

În cazul semafoarelor, lămpile cu două filamente sporesc fiabilitatea acestora. Duplicarea permite dispozitivului să funcționeze fie cu un singur filament, fie să îl pornească pe cel de-al doilea după ce primul a explodat. Iar pe căile ferate, de exemplu, o semnalizare fiabilă este o garanție a siguranței transportului.

General, local

Lămpile pentru diferite aplicații.

Rândul de sus, de la stânga la dreapta: soclu E14 pentru candelabre, lămpi de perete și lămpi mici; soclu E27 pentru lămpi de uz general; verde, roșu, galben - lămpi de iluminat.

Rândul de jos: albastru - în scopuri medicale pentru proceduri; oglindă cu reflector - pentru lucrări foto sau iluminat special, cu sticlă violetă, cele două exterioare - decorative cu un bec "lumânare" și soclu E27 și E14.

Citește și

Care este mai bine - LED sau bec cu economie de energie

 

Pro și contra

Avantajele becurilor cu incandescență:

• Prețul scăzut - materiale simple și ieftine, design și tehnologie elaborată de-a lungul deceniilor, producție automatizată în masă;
• dimensiuni relativ mici;
• supratensiunile de rețea nu provoacă defecțiuni imediate;
• pornirea, precum și repornirea este instantanee;
• cu o sursă de alimentare de 50-60Hz AC, pulsația luminozității este imperceptibilă;
• luminozitatea este reglabilă;
• spectrul de emisie este uniform și familiar ochiului - similar cu cel al soarelui;
• Caracteristicile lămpilor de la diferiți producători sunt aproape identice;
• Indicele de redare a culorilor Ra sau CRI - calitatea de redare a culorilor obiectelor iluminate - este egal cu 100, ceea ce corespunde în totalitate indicelui soarelui;
• dimensiunile mici ale filamentului compact oferă umbre clare;
• fiabilitate ridicată în condiții de frig și căldură extreme;
• permite producerea în masă a modelelor cu tensiuni de funcționare de la fracțiuni până la sute de volți;
• Alimentarea cu energie electrică de curent alternativ sau continuu în absența starterilor
• natura activă a rezistenței filamentului asigură un factor de putere (cosinus φ) de 1;
• indiferentă la radiații, impulsuri electromagnetice, interferențe;
• practic nu există nicio componentă UV în radiație;
• Este asigurată funcționarea standard cu aprinderea și stingerea frecventă a luminilor etc.

Dezavantajele includ:

• durata de viață nominală a LON este de 1.000 de ore, în timp ce pentru lămpile cu incandescență cu halogen - de la 3 la 5-6 mii, pentru fluorescentă - până la 10-50 mii de ore, lămpi cu LED-uri - 30-150 mii de ore sau mai mult;
• Becul de sticlă și filamentul subțire sunt sensibile la șocuri; vibrațiile pot provoca rezonanță la anumite frecvențe;
• Dependența ridicată a eficienței energetice și a duratei de viață de tensiunea de alimentare;
• Eficiența conversiei energiei electrice în lumină vizibilă nu depășește 3-4%, dar crește odată cu creșterea puterii;
• Temperatura suprafeței becului depinde de putere și este următoarea: 100W - 290°C, 200W - 330°C, 25W - 100°C;
• La pornire, supratensiunea de curent înainte ca filamentul să se încălzească poate fi de zece ori mai mare decât curentul nominal;
• Prizele și fitingurile pentru corpuri de iluminat trebuie să fie rezistente la căldură.

Cum se prelungește durata de viață a lămpii

Există multe modalități de a crește durata de viață a lămpii. Cele mai frecvent utilizate sunt:

• Limitarea curentului de pornire prin încorporarea unui termistor în serie cu lampa, a cărui rezistență ridicată scade pe măsură ce curentul de pornire o încălzește;
• Soft-start cu reglare manuală a intensității luminoase prin intermediul unui variator cu tiristor sau triac;
• Alimentarea lămpii prin intermediul unei diode redresoare puternice, adică o tensiune redresată de jumătate de undă sinusoidală;
• Conectarea lămpilor în perechi în corpuri de iluminat cu mai multe lămpi, de exemplu candelabre.

Industria modernă produce un număr mare de tipuri diferite de lămpi cu incandescență, cu o gamă largă de tensiuni și puteri de funcționare, cu diferite nuanțe de luminozitate, configurații ale becurilor și socluri. Această gamă vă permite să alegeți alege lampa necesară pentru fiecare aplicație.