Klik op de schakelaar - en de donkere kamer veranderde onmiddellijk, de details van de kleinste elementen van het interieur werden zichtbaar. Dit is hoe de energie van een klein apparaat zich onmiddellijk verspreidt en alles rondom met licht overspoelt. Wat maakt dat je zo'n krachtige straling creëert? Het antwoord zit verborgen in de naam van het verlichtingsapparaat, dat een gloeilamp wordt genoemd.
De geschiedenis van het ontstaan van de eerste verlichtingselementen
De oorsprong van de eerste gloeilampen gaat terug tot het begin van de 19e eeuw. Of liever gezegd, de lamp verscheen iets later, maar het effect van de gloed van platina en koolstofstaven onder inwerking van elektrische energie is al waargenomen. Twee moeilijke vragen rezen voor wetenschappers:
- het vinden van materialen met een hoge weerstand die onder invloed van stroom kunnen opwarmen tot een staat van emissie van licht;
- Voorkomen van snelle verbranding van het materiaal in de lucht.
Onderzoek enuitvindingen van de Russische wetenschapper Alexander Nikolajevitsj Lodygin en de Amerikaan Thomas Edison.
Lodygin stelde voor om koolstofstaven als gloeiend element te gebruiken, die in een afgesloten kolf zaten. Het nadeel van het ontwerp was de moeilijkheid om lucht weg te pompen, waarvan de overblijfselen bijdroegen aan de snelle verbranding van de staven. Maar toch brandden zijn lampen enkele uren, en ontwikkelingen en patenten werden de basis voor het maken van duurzamere apparaten.
De Amerikaanse wetenschapper Thomas Edison, die zich vertrouwd had gemaakt met het werk van Lodygin, maakte een effectieve vacuümfles, waarin hij een koolstofdraad van bamboevezel plaatste. Edison voorzag de lampvoet ook van een schroefdraadverbinding die inherent is aan moderne lampen, en vond veel elektrische elementen uit, zoals: een stekker, een zekering, een draaischakelaar en nog veel meer. De efficiëntie van de Edison-gloeilamp was klein, hoewel hij tot 1000 uur kon werken en praktisch werd gebruikt.
Vervolgens werd voorgesteld om in plaats van koolstofelementen vuurvaste metalen te gebruiken. De wolfraamgloeidraad die in moderne gloeilampen wordt gebruikt, is ook gepatenteerd door Lodygin.
Het apparaat en het werkingsprincipe van de lamp
Het ontwerp van een gloeilamp is al meer dan honderd jaar niet fundamenteel veranderd. Het omvat:
- Een hermetisch afgesloten kolf die de werkruimte begrenst en is gevuld met een inert gas.
- De plint die heeftspiraalvorm. Het dient om de lamp in de fitting te houden en elektrisch te verbinden met stroomvoerende delen.
- Geleiders die stroom geleiden van de basis naar de spiraal en deze vasthouden.
- Gloeidraadspiraal, waarvan de verwarming de emissie van lichtenergie veroorzaakt.
Wanneer een elektrische stroom door een spoel gaat, warmt deze onmiddellijk op tot de hoogste temperaturen tot 2700 graden. Dit komt door het feit dat de spiraal een grote stroomweerstand heeft en er veel energie wordt gebruikt om deze weerstand te overwinnen, die als warmte vrijkomt. Warmte verwarmt het metaal (wolfraam) en het begint fotonen van licht uit te zenden. Vanwege het feit dat de kolf geen zuurstof bevat, oxideert wolfraam niet tijdens verwarming en brandt het niet uit. Een inert gas zorgt ervoor dat hete metaaldeeltjes niet verdampen.
Wat is het rendement van een gloeilamp
Efficiëntie laat zien welk percentage van de verbruikte energie wordt omgezet in nuttig werk, en wat niet. In het geval van een gloeilamp is het rendement laag, aangezien slechts 5-10% van de energie naar licht gaat, de rest wordt afgegeven als warmte.
De efficiëntie van de eerste gloeilampen, waarbij de koolstofstaaf als gloeidraad fungeerde, was zelfs lager in vergelijking met moderne apparaten. Dit komt door extra verliezen door convectie. Spiraalfilamenten hebben een lager percentage van deze verliezen.
Het rendement van een gloeilamp hangt rechtstreeks af van de verwarmingstemperatuur van de spiraal. Een lampspoel van 60 W verwarmt standaard tot 2700 ºС, bijdit rendement is slechts 5%. Het is mogelijk om de verwarmingswaarde te verhogen tot 3400 ºС door de spanning te verhogen, maar dit zal de levensduur van het apparaat met meer dan 90% verkorten, hoewel de lamp helderder zal schijnen en het rendement zal toenemen tot 15%.
Het is verkeerd om te denken dat een toename van het lampvermogen (100, 200, 300 W) alleen leidt tot een toename van de efficiëntie omdat de helderheid van het apparaat is toegenomen. De lamp begon helderder te schijnen door de grotere kracht van de spiraal zelf en als gevolg van een grotere lichtopbrengst. Maar ook de energiekosten zijn gestegen. Daarom zal het rendement van een gloeilamp van 100 W ook binnen 5-7% liggen.
Rassen van gloeilampen
Gloeilampen zijn er in verschillende uitvoeringen en functionele doeleinden. Ze zijn onderverdeeld in verlichtingsarmaturen:
- Algemeen gebruik. Deze omvatten lampen voor huishoudelijk gebruik met verschillende vermogens, ontworpen voor een netspanning van 220 V.
- Decoratief ontwerp. Ze hebben niet-standaard soorten kolven in de vorm van kaarsen, bollen en andere vormen.
- Verlichtingstype. Gekleurde lampen met laag vermogen voor kleurrijke verlichting.
- Lokale bestemming. Veilige spanningsapparaten tot 40 V. Ze worden gebruikt op productietafels, om de werkplekken van werktuigmachines te verlichten.
- Spiegel gecoat. Lampen die gericht licht creëren.
- Signa altype. Werkte in de dashboards van verschillende apparaten.
- Voor transport. Een breed scala aan lampen met verhoogde slijtvastheid en betrouwbaarheid. Beschikt over een gebruiksvriendelijk ontwerp voor snelle vervanging.
- Voor schijnwerpers. Lampen met verhoogd vermogen, tot wel 10.000 W.
- Voor optische apparaten. Lampen voor filmprojectoren en soortgelijke apparaten.
- Commutator. Gebruikt als segmenten van de digitale weergave van meetinstrumenten.
Positieve en negatieve kanten van gloeilampen
Gloeilampen van het type verlichting hebben hun eigen kenmerken. Positieven zijn onder meer:
- onmiddellijke ontsteking van de spoel;
- milieuveiligheid;
- klein formaat;
- eerlijke prijs;
- de mogelijkheid om apparaten met verschillende stroom- en bedrijfsspanningen van zowel AC als DC te maken;
- veelzijdigheid van toepassing.
Naar negatief:
- gloeilamp met laag rendement;
- gevoeligheid voor levensreddende stroompieken;
- korte werkuren niet meer dan 1000;
- brandgevaar van lampen door sterke opwarming van de lamp;
- fragiel ontwerp.
Andere soorten verlichtingsarmaturen
Er zijn verlichtingslampen, waarvan het principe fundamenteel verschilt van de werking van gloeilampen. Deze omvatten gasontladings- en LED-lampen.
Er zijn veel boog- of gasontladingslampen, maar ze zijn allemaal gebaseerd op de gloed van gas wanneer er een boog ontstaat tussen de elektroden. De gloed treedt op in het ultraviolette spectrum, dat vervolgens wordt omgezet in zichtbaar voor het menselijk oog.door de fosforcoating te passeren.
Het proces dat plaatsvindt in een gasontladingslamp omvat twee werkfasen: het creëren van een boogontlading en het in stand houden van ionisatie en gloeien van het gas in de lamp. Daarom hebben alle soorten van dergelijke verlichtingsarmaturen een stroombesturingssysteem. Fluorescerende apparaten hebben een hoger rendement dan gloeilampen, maar zijn onveilig omdat ze kwikdamp bevatten.
LED-verlichtingstoestellen zijn de modernste systemen. Het rendement van een gloeilamp en een LED-lamp is onvergelijkbaar. In het laatste geval bereikt het 90%. Het werkingsprincipe van de LED is gebaseerd op de gloed van een bepaald type halfgeleider onder invloed van spanning.
Wat een gloeilamp niet lust
De levensduur van een gewone gloeilamp wordt verkort als:
- Spanning in het netwerk wordt constant overschat ten opzichte van de nominale, waarvoor het verlichtingsapparaat is ontworpen. Dit komt door een toename van de bedrijfstemperatuur van het verwarmingslichaam en als gevolg daarvan een verhoogde verdamping van de metaallegering, wat leidt tot het falen ervan. Hoewel de efficiëntie van de gloeilamp groter zal zijn.
- Schud de lamp stevig tijdens het gebruik. Wanneer het metaal wordt verwarmd tot een toestand die bijna smelt, en de afstand tussen de windingen van de spiraal wordt verkleind door de uitzetting van de substantie, kan elke mechanische, abrupte beweging leiden tot een circuit tussen de windingen dat niet waarneembaar is voor het oog. Dit vermindert de algehele weerstand van de spoel tegen stroom, draagt bij aan de grotere verwarming en snelleburn-out.
- Er komt water op de verwarmde kolf. Op het inslagpunt treedt een temperatuurverschil op, waardoor het glas breekt.
- Raak met uw vingers de lamp van de halogeenlamp aan. Een halogeenlamp is een soort gloeilamp, maar heeft een beduidend hogere licht- en warmteafgifte. Bij aanraking blijft er een onzichtbare vettige vlek van de vinger op de fles achter. Onder invloed van temperatuur verbrandt het vet, waardoor koolstofafzettingen ontstaan die warmteoverdracht verhinderen. Als gevolg hiervan begint het glas op het contactpunt te smelten en kan het barsten of zwellen, waardoor het gasregime binnenin wordt verstoord, wat leidt tot doorbranden van de spiraal. Halogeengloeilampen hebben een hoger rendement dan gewone lampen.
De lamp vervangen
Als de lamp is doorgebrand, maar de lamp niet is ingestort, kunt u deze vervangen nadat deze volledig is afgekoeld. Schakel in dit geval de stroom uit. Bij het inschroeven van de lamp hoeven de ogen niet in de richting te worden gericht, vooral als het niet mogelijk is om de elektriciteit uit te schakelen.
Wanneer de lamp barst, maar zijn vorm heeft behouden, is het raadzaam om een katoenen doek te nemen, deze in meerdere lagen te vouwen en deze om de lamp te wikkelen en het glas te verwijderen. Gebruik vervolgens een tang met geïsoleerde handgrepen om de voet voorzichtig los te draaien en een nieuwe lamp erin te schroeven. Alle handelingen moeten worden uitgevoerd terwijl de stroom is uitgeschakeld.
Conclusie
Ondanks het feit dat de efficiëntie van een gloeilamp een klein percentage is en er steeds meer concurrenten zijn, is het relevant op veel terreinen van het leven. Er is zelfs de oudste gloeilamp, die al meer dan honderd jaar onafgebroken werkt. Is dit niet een bevestiging en voortzetting van het genie van de gedachte van een persoon die ernaar streeft de wereld te veranderen?
