Premi dell'interruttore - e la camera oscura è cambiata all'istante, i dettagli degli elementi più piccoli degli interni sono diventati visibili. È così che l'energia di un piccolo dispositivo si diffonde istantaneamente, inondando di luce tutto ciò che lo circonda. Cosa ti fa creare una radiazione così potente? La risposta è nascosta nel nome del dispositivo di illuminazione, che si chiama lampada a incandescenza.
La storia della creazione dei primi elementi di illuminazione
Le origini delle prime lampade ad incandescenza risalgono all'inizio del XIX secolo. O meglio, la lampada è apparsa poco dopo, ma l'effetto del bagliore delle barre di platino e carbonio sotto l'azione dell'energia elettrica è già stato osservato. Davanti agli scienziati sono sorte due domande difficili:
- trovare materiali ad alta resistenza in grado di riscaldarsi sotto l'influenza della corrente fino ad uno stato di emissione di luce;
- Prevenzione della rapida combustione del materiale nell'aria.
Ricerca einvenzioni dello scienziato russo Alexander Nikolaevich Lodygin e dell'americano Thomas Edison.
Lodygin suggerì di utilizzare barre di carbonio come elemento incandescente, che erano in una fiaschetta sigillata. Lo svantaggio del design era la difficoltà di pompare aria, i cui resti contribuivano alla rapida combustione delle aste. Tuttavia, le sue lampade sono bruciate per diverse ore e sviluppi e brevetti sono diventati la base per creare dispositivi più durevoli.
Lo scienziato americano Thomas Edison, dopo aver familiarizzato con le opere di Lodygin, realizzò un'efficace fiaschetta sottovuoto, in cui collocò un filo di carbonio fatto di fibra di bambù. Edison ha anche fornito alla base della lampada una connessione filettata inerente alle lampade moderne e ha inventato molti elementi elettrici, come: una spina, un fusibile, un interruttore rotante e molto altro. L'efficienza della lampada a incandescenza Edison era piccola, sebbene potesse funzionare fino a 1000 ore di tempo e ricevesse un uso pratico.
Successivamente, al posto degli elementi di carbonio, è stato proposto di utilizzare metalli refrattari. Anche il filamento di tungsteno utilizzato nelle moderne lampade a incandescenza è stato brevettato da Lodygin.
Il dispositivo e il principio di funzionamento della lampada
Il design di una lampada a incandescenza non è cambiato radicalmente da più di cento anni. Include:
- Un pallone ermeticamente sigillato che delimita lo spazio di lavoro ed è riempito con un gas inerte.
- Il plinto che haforma a spirale. Serve per tenere la lampada nella presa e collegarla elettricamente alle parti che trasportano corrente.
- Conduttori che conducono la corrente dalla base alla spirale e la trattengono.
- Spirale incandescente, il cui riscaldamento crea l'emissione di energia luminosa.
Quando una corrente elettrica passa attraverso una bobina, si riscalda istantaneamente alle temperature più alte fino a 2700 gradi. Ciò è dovuto al fatto che la spirale ha una grande resistenza alla corrente e viene spesa molta energia per superare questa resistenza, che viene rilasciata sotto forma di calore. Il calore riscalda il metallo (tungsteno) e inizia a emettere fotoni di luce. A causa del fatto che il pallone non contiene ossigeno, il tungsteno non si ossida durante il riscaldamento e non si brucia. Un gas inerte impedisce alle particelle di metallo caldo di evaporare.
Qual è l'efficienza di una lampada a incandescenza
Efficienza mostra quale percentuale dell'energia spesa viene convertita in lavoro utile e quale no. Nel caso di una lampada a incandescenza, l'efficienza è bassa, poiché solo il 5-10% dell'energia va a emettere luce, il resto viene rilasciato sotto forma di calore.
L'efficienza delle prime lampade a incandescenza, dove l'asta di carbonio fungeva da filamento, era persino inferiore rispetto ai dispositivi moderni. Ciò è dovuto a ulteriori perdite dovute alla convezione. I filamenti a spirale hanno una percentuale inferiore di queste perdite.
L'efficienza di una lampada a incandescenza dipende direttamente dalla temperatura di riscaldamento della spirale. Di norma, una bobina della lampada da 60 W si riscalda fino a 2700 ºС, aquesta efficienza è solo del 5%. È possibile aumentare il potere calorifico a 3400 ºС aumentando la tensione, ma ciò ridurrà la durata del dispositivo di oltre il 90%, sebbene la lampada brillerà di più e l'efficienza aumenterà al 15%.
È sbagliato pensare che un aumento della potenza della lampada (100, 200, 300 W) porti ad un aumento dell'efficienza solo perché la luminosità del dispositivo è aumentata. La lampada iniziò a brillare più luminosa a causa della maggiore potenza della spirale stessa e come risultato di una maggiore emissione di luce. Ma sono aumentati anche i costi energetici. Pertanto, anche l'efficienza di una lampada a incandescenza da 100 W sarà compresa tra il 5 e il 7%.
Varietà di lampade a incandescenza
Le lampade a incandescenza sono disponibili in vari design e scopi funzionali. Sono suddivisi in corpi illuminanti:
- Uso generale. Questi includono lampade per uso domestico di diversa potenza, progettate per una tensione di rete di 220 V.
- Design decorativo. Hanno tipi di boccette non standard sotto forma di candele, sfere e altre forme.
- Tipo di illuminazione. Lampade colorate a bassa potenza per illuminazioni colorate.
- Destinazione locale. Dispositivi con tensione di sicurezza fino a 40 V. Vengono utilizzati sui tavoli di produzione, per illuminare i posti di lavoro delle macchine utensili.
- Rivestito a specchio. Lampade che creano luce direzionale.
- Tipo di segnale. Utilizzato per funzionare nei dashboard di vari dispositivi.
- Per il trasporto. Una vasta gamma di lampade con maggiore resistenza all'usura e affidabilità. Presenta un design intuitivo per una rapida sostituzione.
- Per faretti. Lampade di maggiore potenza, fino a 10.000 W.
- Per dispositivi ottici. Lampade per proiettori cinematografici e dispositivi simili.
- Commutatore. Utilizzati come segmenti del display digitale degli strumenti di misura.
Lati positivi e negativi delle lampade a incandescenza
I dispositivi di illuminazione a incandescenza hanno le loro caratteristiche. I positivi includono:
- accensione istantanea della bobina;
- sicurezza ambientale;
- taglia piccola;
- prezzo equo;
- la capacità di creare dispositivi di diversa potenza e tensione di esercizio sia AC che DC;
- versatilità di applicazione.
In negativo:
- lampada a incandescenza a bassa efficienza;
- suscettibilità a sovratensioni salvavita;
- orario di lavoro breve non superiore a 1000;
- pericolo di incendio delle lampade dovuto al forte riscaldamento della lampadina;
- design fragile.
Altri tipi di apparecchi di illuminazione
Esistono lampade di illuminazione, il cui principio è fondamentalmente diverso dal funzionamento delle lampade a incandescenza. Questi includono lampade a scarica di gas e LED.
Ci sono molte lampade ad arco oa scarica di gas, ma sono tutte basate sul bagliore del gas quando si verifica un arco tra gli elettrodi. Il bagliore si verifica nello spettro ultravioletto, che viene poi convertito in visibile all'occhio umano.passando attraverso il rivestimento al fosforo.
Il processo che avviene in una lampada a scarica di gas comprende due fasi di lavoro: la creazione di una scarica ad arco e il mantenimento della ionizzazione e del bagliore del gas nel bulbo. Pertanto, tutti i tipi di tali apparecchi di illuminazione hanno un sistema di controllo corrente. I dispositivi fluorescenti hanno un'efficienza maggiore rispetto alle lampade a incandescenza, ma non sono sicuri perché contengono vapori di mercurio.
I dispositivi di illuminazione a LED sono i sistemi più moderni. L'efficienza di una lampada a incandescenza e di una lampada a LED è impareggiabile. In quest'ultimo si raggiunge il 90%. Il principio di funzionamento del LED si basa sul bagliore di un certo tipo di semiconduttore sotto l'influenza della tensione.
Cosa non piace a una lampadina a incandescenza
La durata di una normale lampada a incandescenza sarà ridotta se:
- La tensione nella rete è costantemente sopravvalutata rispetto a quella nominale, per la quale è progettato il dispositivo di illuminazione. Ciò è dovuto ad un aumento della temperatura di esercizio del corpo riscaldante e, di conseguenza, ad una maggiore evaporazione della lega metallica, che porta al suo cedimento. Anche se l'efficienza della lampada a incandescenza sarà maggiore.
- Agitare bruscamente la lampada durante il funzionamento. Quando il metallo viene riscaldato in uno stato prossimo alla fusione e la distanza tra le spire della spirale si riduce a causa dell'espansione della sostanza, qualsiasi movimento meccanico e brusco può portare a un circuito di intersezione impercettibile alla vista. Ciò riduce la resistenza complessiva della bobina alla corrente, contribuisce al suo riscaldamento maggiore e rapidoesaurimento.
- L'acqua entrerà nel pallone riscaldato. Si verifica una differenza di temperatura nel punto di impatto, che provoca la rottura del vetro.
- Tocca con le dita la lampadina della lampada alogena. Una lampada alogena è un tipo di lampada a incandescenza, ma ha una resa luminosa e termica significativamente più elevata. Quando viene toccato, sul pallone rimane una macchia di grasso invisibile dal dito. Sotto l'influenza della temperatura, il grasso si brucia, formando depositi di carbonio che impediscono il trasferimento di calore. Di conseguenza, nel punto di contatto, il vetro inizia a fondersi e può scoppiare o gonfiarsi, interrompendo il regime del gas all'interno, che porta al burnout della spirale. Le lampade a incandescenza alogene hanno un'efficienza maggiore rispetto a quelle ordinarie.
Come cambiare la lampada
Se la lampada è bruciata, ma la lampadina non è collassata, puoi sostituirla dopo che si è completamente raffreddata. In questo caso, spegnere l'alimentazione. Quando si avvita la lampada, non è necessario dirigere gli occhi nella sua direzione, soprattutto se non è possibile spegnere l'elettricità.
Quando il bulbo è scoppiato, ma ha mantenuto la sua forma, è consigliabile prendere un panno di cotone, piegarlo in più strati e, avvolgendolo attorno alla lampada, provare a rimuovere il vetro. Quindi, usando una pinza con manici isolati, svitare con cura la base e avvitare una nuova lampada. Tutte le operazioni devono essere eseguite a macchina spenta.
Conclusione
Nonostante il fatto che l'efficienza di una lampada a incandescenza sia una piccola percentuale e abbia sempre più concorrenti, è rilevante in molti settori della vita. C'è anche la lampadina più antica, che funziona ininterrottamente da più di cento anni. Non è questa una conferma e una perpetuazione del genio del pensiero di una persona che si sforza di cambiare il mondo?
