Kapcsológomb – és a sötét szoba azonnal megváltozott, láthatóvá váltak a belső tér legapróbb elemeinek részletei is. Így egy kis készülékből azonnal szétáramlik az energia, és mindent eláraszt körülötte fénnyel. Mi késztet arra, hogy ilyen erős sugárzást hozzon létre? A válasz a világítóeszköz nevében rejlik, amelyet izzólámpának neveznek.
Az első világítóelemek létrehozásának története
Az első izzólámpák eredete a 19. század elejére nyúlik vissza. Illetve a lámpa egy kicsit később jelent meg, de már megfigyelték a platina- és szénrudak izzásának hatását az elektromos energia hatására. Két nehéz kérdés merült fel a tudósok előtt:
- nagy ellenállású anyagok megtalálása, amelyek képesek áram hatására felmelegedni fénykibocsátási állapotig;
- A levegőben lévő anyag gyors égésének megakadályozása.
Kutatás ésAlekszandr Nyikolajevics Lodygin orosz tudós és az amerikai Thomas Edison találmányai.
Lodygin szénrudak használatát javasolta izzó elemként, amelyek egy lezárt lombikban voltak. A kialakítás hátránya a levegő kiszivattyúzásának nehézsége volt, amelynek maradványai hozzájárultak a rudak gyors égéséhez. Ennek ellenére a lámpái több órán keresztül égtek, és a fejlesztések és a szabadalmak lettek az alapja a tartósabb eszközök létrehozásának.
Thomas Edison amerikai tudós, miután megismerkedett Lodygin munkáival, hatékony vákuumlombikot készített, amelybe bambuszszálból készült szénszálat helyezett. Edison a lámpatalpot a modern lámpákban rejlő menetes csatlakozással is ellátta, és számos elektromos elemet feltalált, például: dugót, biztosítékot, forgókapcsolót és még sok mást. Az Edison izzólámpa hatásfoka kicsi volt, bár akár 1000 órát is tudott működni, és gyakorlatban is használható volt.
Ezt követően a szénelemek helyett tűzálló fémek használatát javasolták. A modern izzólámpákban használt wolframszálat szintén Lodygin szabadalmaztatta.
A készülék és a lámpa működési elve
Az izzólámpák kialakítása alapjaiban nem változott több mint száz éve. Tartalmazza:
- Hermetikusan lezárt lombik, amely körülhatárolja a munkateret, és inert gázzal van megtöltve.
- A lábazat, amelyen vanspirál alakú. Arra szolgál, hogy a lámpát a foglalatban tartsa, és elektromosan csatlakoztassa az áramvezető alkatrészekhez.
- Vezetők, amelyek áramot vezetnek az alaptól a spirálig, és tartják azt.
- Izzóspirál, melynek melegítése fényenergia kibocsátását hozza létre.
Amikor elektromos áram áthalad egy tekercsen, az azonnal a legmagasabb hőmérsékletre, akár 2700 fokra is felmelegszik. Ez annak köszönhető, hogy a spirál nagy áramellenállással rendelkezik, és sok energiát fordítanak ennek az ellenállásnak a leküzdésére, ami hőként szabadul fel. A hő felmelegíti a fémet (volfrám), és elkezdi a fény fotonjait. Tekintettel arra, hogy a lombik nem tartalmaz oxigént, a volfrám nem oxidálódik melegítés közben, és nem ég ki. Az inert gáz megakadályozza, hogy a forró fémrészecskék elpárologjanak.
Mekkora az izzólámpa hatásfoka
A hatásfok megmutatja, hogy a ráfordított energia hány százaléka válik hasznos munkává, és mi nem. Egy izzólámpa esetében a hatásfok alacsony, mivel az energiának csak 5-10%-a megy fénykibocsátásra, a többi hőként szabadul fel.
Az első izzólámpák hatásfoka, ahol a szénrúd izzószálként működött, még alacsonyabb volt a modern eszközökhöz képest. Ennek oka a konvekcióból eredő további veszteségek. A spirális filamentumok kisebb százalékarányúak ezek a veszteségek.
Az izzólámpa hatásfoka közvetlenül függ a spirál fűtési hőmérsékletétől. Alapesetben egy 60 W-os lámpatekercs 2700 ºС-ig melegít, kbez a hatásfok mindössze 5%. A feszültség növelésével a fűtési érték 3400 ºС-ra növelhető, de ez több mint 90%-kal csökkenti a készülék élettartamát, bár a lámpa fényesebben fog világítani, és a hatásfok 15%-ra nő.
Tévedés azt gondolni, hogy a lámpa teljesítményének növelése (100, 200, 300 W) csak azért vezet hatékonyságnövekedéshez, mert megnőtt a készülék fényereje. A lámpa fényesebben kezdett világítani magának a spirálnak a nagyobb ereje és a nagyobb fénykibocsátás következtében. De az energiaköltségek is növekedtek. Ezért egy 100 W-os izzólámpa hatásfoka is 5-7% között lesz.
Változatos izzólámpák
Az izzólámpák különféle kivitelben és funkcionális célokra készülnek. Világítótestekre vannak osztva:
- Általános használatra. Ide tartoznak a háztartási használatra szánt, különböző teljesítményű, 220 V-os hálózati feszültségre tervezett lámpák.
- Dekoratív design. Nem szabványos típusú lombikok vannak gyertyák, gömbök és más alakúak formájában.
- Megvilágítás típusa. Kis teljesítményű színes lámpák a színes megvilágításhoz.
- Helyi úti cél. Biztonságos feszültségű készülékek 40 V-ig. Gyártóasztalokon használják, szerszámgépek munkahelyeinek megvilágítására
- Tükörbevonatú. Lámpák, amelyek irányított fényt hoznak létre.
- Jeltípus. Különféle eszközök műszerfalain működött.
- Szállításhoz. Megnövelt kopásállósággal és megbízhatósággal rendelkező lámpák széles választéka. Felhasználóbarát kialakítással rendelkezik a gyors csere érdekében.
- Reflektorokhoz. Megnövelt teljesítményű, akár 10 000 W-os lámpák.
- Optikai eszközökhöz. Lámpák filmvetítőkhöz és hasonló eszközökhöz.
- Kommutátor. A mérőműszerek digitális kijelzőjének szegmenseiként használják.
Az izzólámpák pozitív és negatív oldalai
Az izzólámpás típusú világítóeszközöknek megvannak a maguk sajátosságai. A pozitívumok a következők:
- a tekercs azonnali gyújtása;
- környezetbiztonság;
- kis méret;
- tisztességes ár;
- különböző teljesítményű és üzemi feszültségű váltóáramú és egyenáramú eszközök létrehozásának lehetősége;
- alkalmazási sokoldalúság.
Negatívra:
- alacsony hatásfokú izzólámpa;
- érzékenység az életmentő áramlökésekre;
- rövid munkaidő, legfeljebb 1000;
- lámpák tűzveszélyes az izzó erős melegítése miatt;
- törékeny kialakítás.
Más típusú világítótestek
Vannak világítólámpák, amelyek elve alapvetően eltér az izzólámpák működésétől. Ide tartoznak a gázkisüléses és LED-lámpák.
Sok ív- vagy gázkisülési lámpa létezik, de ezek mindegyike a gáz izzásán alapul, amikor az elektródák között ív keletkezik. A ragyogás az ultraibolya spektrumban jelentkezik, amely azután az emberi szem számára láthatóvá alakul.áthaladva a foszfor bevonaton.
A gázkisüléses lámpában végbemenő folyamat két munkafázisból áll: ívkisülés létrehozása, valamint a gáz ionizációjának és izzásának fenntartása az izzóban. Ezért az ilyen világítótestek minden típusa rendelkezik áramvezérlő rendszerrel. A fénycsövek hatásfoka nagyobb, mint az izzólámpáké, de nem biztonságosak, mert higanygőzt tartalmaznak.
A LED-es világítóberendezések a legmodernebb rendszerek. Egy izzólámpa és egy LED lámpa hatékonysága összehasonlíthatatlan. Ez utóbbiban eléri a 90%-ot. A LED működési elve egy bizonyos típusú félvezető izzásán alapul, feszültség hatására.
Mit nem szeret egy izzólámpa
Egy közönséges izzólámpa élettartama lerövidül, ha:
- A hálózatban a feszültség folyamatosan túlértékelődik a névlegeshez képest, amelyre a világítóberendezést tervezték. Ennek oka a fűtőtest üzemi hőmérsékletének emelkedése, és ennek következtében a fémötvözet fokozott elpárolgása, ami annak meghibásodásához vezet. Bár az izzólámpa hatásfoka nagyobb lesz.
- Működés közben élesen rázza meg a lámpát. Ha a fémet olvadáshoz közeli állapotra hevítik, és az anyag tágulása miatt a spirál menetei közötti távolság csökken, bármilyen mechanikus, hirtelen mozgás szemmel észrevehetetlen fordulatközi áramkörhöz vezethet. Ez csökkenti a tekercs árammal szembeni általános ellenállását, hozzájárul a nagyobb felmelegedéshez és gyorsításáhozkiégés.
- A felmelegített lombikra víz kerül. Az ütközés helyén hőmérséklet-különbség lép fel, ami az üveg eltörését okozza.
- Érintsen meg ujjaival a halogénlámpa izzóját. A halogén lámpa egyfajta izzólámpa, de lényegesen nagyobb fény- és hőteljesítményű. Ha megérinti, az ujjról egy láthatatlan zsíros folt marad a lombikon. A hőmérséklet hatására a zsír kiég, szénlerakódások képződnek, amelyek megakadályozzák a hőátadást. Ennek eredményeként az érintkezési ponton az üveg olvadni kezd, és szétrepedhet vagy megduzzadhat, megzavarva a belső gázrendszert, ami a spirál kiégéséhez vezet. A halogén izzólámpák hatásfoka nagyobb, mint a hagyományos izzóké.
A lámpa cseréje
Ha a lámpa kiégett, de az izzó nem esett össze, akkor a teljes lehűlés után kicserélheti. Ebben az esetben kapcsolja ki a készüléket. A lámpa becsavarásakor a szemet nem kell az irányába irányítani, főleg ha nem lehet kikapcsolni az áramot.
Amikor az izzó kidurrant, de megtartotta formáját, célszerű pamutkendőt venni, több rétegben összehajtogatni, és a lámpa köré tekerve próbálja meg eltávolítani az üveget. Ezután szigetelt fogantyúval ellátott fogóval óvatosan csavarja le az alapot, és csavarjon be egy új lámpát. Minden műveletet kikapcsolt állapotban kell végrehajtani.
Következtetés
Annak ellenére, hogy egy izzólámpa hatásfoka csekély százalék, és egyre több versenytársa van, az élet számos területén aktuális. Még a legrégebbi villanykörte is létezik, amely több mint száz éve folyamatosan működik. Ez nem a világ megváltoztatására törekvő ember gondolatának zsenialitásának megerősítése és továbbélése?
