Министерство образования и науки Самарской
области.
ГОУ СПО Самарский
техникум транспорта и коммуникаций.
Р
Е Ф Е Р А Т
По
предмету: Физика.
Тема : ____ Лампа
накаливания.__________
Выполнил : учащийся гр А -7 Денисюк
Олег
2012
Лампа накаливания.
Ла́мпа нака́ливания — электрический
источник света, в котором тело накала (тугоплавкий проводник), помещённое в прозрачный вакуумированный
или заполненный инертным газом сосуд,
нагревается до высокой температуры за
счёт протекания через него электрического
тока, в результате чего излучает в широком
спектральном диапазоне, в том числе видимый
свет. В качестве тела накала в настоящее
время используется в основном спираль
из сплавов на основе вольфрама.
Принцип действия: - В лампе используется
эффект нагревания проводника (тела накаливания)
при протекании через него электрического тока (тепловое действие тока). Температура тела накала резко возрастает после включения
тока. Тело накала излучает электромагнитное тепловое излучение в соответствии с законом Планка. Функция Планка имеет максимум, положение
которого на шкале длин волн зависит от
температуры. Этот максимум сдвигается
с повышением температуры в сторону меньших
длин волн (закон смещения Вина). Для получения видимого излучения необходимо,
чтобы температура была порядка нескольких
тысяч градусов. При температуре 5770 K(температура поверхности Солнца) свет соответствует спектру Солнца.
Чем меньше температура, тем меньше доля
видимого света, и тем более «красным»
кажется излучение.
Часть потребляемой электрической
энергии лампа накаливания преобразует
в излучение, часть уходит в результате
процессов теплопроводимости и
конвекции. Только малая доля излучения
лежит в области видимого света,
основная доля приходится на инфракрасное излучение. Для повышения КПД лампы и получения максимально «белого»
света необходимо повышать температуру нити накала,
которая в свою очередь ограничена свойствами материала
нити — температурой плавления. Температура
в 5771 К недостижима, т. к. при такой температуре
любой известный материал плавится, разрушается
и перестаёт проводить электрический
ток. В современных лампах накаливания
применяют материалы с максимальными
температурами плавления — вольфрам (3410 °C) и, очень редко, осмий (3045 °C).
Для оценки данного качества света
используется т. н. цветовая температура. При достижимых практически температурах
2300—2900 °K излучается далеко не белый и
не дневной свет. По этой причине лампы
накаливания испускают свет, который кажется
более «жёлто-красным», чем дневной свет.
Однако лампа — точечный источник, поэтому
человеку свойственнее сопоставлять её
свет со светом, к примеру, костра или свечи,
чем с масштабным солнечным. Поэтому свет
такой температуры не вызывает раздражения
при длительном использовании.В обычном
воздухе при таких температурах вольфрам
мгновенно превратился бы в оксид. По этой причине тело накала помещено
в колбу, из которой в процессе изготовления
лампы откачивается воздух. Первые изготавливали
вакуумными; в настоящее время только
лампы малой мощности (для ламп общего
назначения — до 25 Вт) изготавливают в
вакуумированной колбе. Колбы более мощных
ламп наполняют инертным газом (азотом, аргоном иликриптоном). Повышенное давление в колбе газонаполненных
ламп резко уменьшает скорость испарения
вольфрама, благодаря чему не только увеличивается
срок службы лампы, но и есть возможность
повысить температуру тела накаливания,
что позволяет повысить КПД и приблизить спектр излучения к белому.
Колба газонаполненной лампы не так быстро
темнеет за счёт осаждения материала тела
накала, как у вакуумной лампы.
Конструкция:
Конструкции ламп накаливания весьма
разнообразны и зависят от назначения.
Однако общими являются тело накала, колба
и токовводы. В зависимости от
особенностей конкретного типа лампы
могут применяться держатели
тела накала различной конструкции;
лампы могут изготавливаться
бесцокольными или с цоколями
различных типов, иметь дополнительную
внешнюю колбу и иные дополнительные
конструктивные элементы.
В конструкции ламп общего назначения
предусматривается предохранитель —
звено из ферроникелевого сплава, вваренное
в разрыв одного из токовводов и расположенное
вне колбы лампы — как правило, в ножке.
Назначение предохранителя — предотвратить
разрушение колбы при обрыве нити накала
в процессе работы. Дело в том, что при
этом в зоне разрыва возникает электрическая дуга, которая расплавляет остатки нити, капли
расплавленного металла могут разрушить
стекло колбы и послужить причиной пожара.
Предохранитель рассчитан таким образом,
чтобы при зажигании дуги он разрушался
под воздействием тока дуги, существенно
превышающего номинальный ток лампы. Ферроникелевое
звено находится в полости, где давление
равно атмосферному, а потому дуга легко
гаснет. Из-за малой эффективности в настоящее
время отказались от их применения.
Конструкция
современной лампы. На схеме: 1 — колба;
2 — полость колбы (вакуумированная или
наполненная газом); 3 — тело накала; 4, 5 —
электроды (токовые вводы); 6 — крючки-держатели
тела накала; 7 — ножка лампы; 8 — внешнее
звено токоввода, предохранитель; 9 — корпус
цоколя; 10 — изолятор цоколя (стекло); 11 —
контакт донышка цоколя.
Электротехнические параметры:
Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока определяется по закону Ома (I=U/R) и мощность по формуле P=U·I , или P=U²/R. Т. к. металлы имеют малоеудельное сопротивление, для достижения
такого сопротивления необходим длинный
и тонкий провод. Толщина провода в обычных
лампах составляет 40—50 микрон.
Так как при включении нить накала
находится при комнатной температуре,
её сопротивление на порядок меньше
рабочего сопротивления. Поэтому при
включении протекает очень большой
ток (в десять — четырнадцать раз больше
рабочего тока). По мере нагревания нити
её сопротивление увеличивается и ток
уменьшается. В отличие от современных
ламп, ранние лампы накаливания с угольными
нитями при включении работали по обратному
принципу — при нагревании их сопротивление
уменьшалось, и свечение медленно нарастало.
Возрастающая характеристика сопротивления
нити накала (при увеличении тока сопротивление
растет) позволяет использовать лампу
накаливания в качестве примитивного
стабилизатора тока. При этом лампа включается
в стабилизируемую цепь последовательно,
а среднее значение тока выбирается таким,
чтобы лампа работала вполнакала.
В мигающих лампах последовательно
с нитью накала встраивается биметаллический переключатель. За счёт этого такие лампы
самостоятельно работают в мерцающем
режиме.
Преимущества и недостатки
ламп накаливания:
Преимущества:
- налаженность в массовом производстве
- малая стоимость
- небольшие размеры
- отсутствие пускорегулирующей аппаратуры
- нечувствительность к ионизирующей радиации
- чисто активное электрическое сопротивление (единичный коэффициент мощности)
- быстрый выход на рабочий режим
- невысокая чувствительность к сбоям в питании и скачкам напряжения
- отсутствие токсичных компонентов[источник не указан 388 дней] и как следствие отсутствие необходимости в инфраструктуре по сбору и утилизации
- возможность работы на любом роде тока
- нечувствительность к полярности напряжения
- возможность изготовления ламп на самое разное напряжение (от долей вольта до сотен вольт)
- отсутствие мерцания и гудения при работе на переменном токе
- непрерывный спектр излучения
- приятный и привычный в быту спектр
устойчивость к электромагнитному импульсу
- возможность использования регуляторов яркости
- не боятся низкой и повышенной температуры окружающей среды, устойчивы к конденсату.
Недостатки:
- низкая световая отдача
- относительно малый срок службы
- хрупкость, чувствительность к удару и вибрации
- бросок тока при включении (примерно десятикратный)
- при термоударе или разрыве нити под напряжением возможен взрыв баллона
- резкая зависимость световой отдачи и срока службы от напряжения
- лампы накаливания представляют пожарную опасность. Через 30 минут после включения ламп накаливания температура наружной поверхности достигает в зависимости от мощности следующих величин: 25 Вт-100 °C,
40 Вт — 145 °C,
75 Вт — 250 °C,
100 Вт — 290 °C,
200 Вт — 330 °C. При соприкосновении ламп с текстильными материалами их колба нагревается ещё сильнее. Солома, касающаяся поверхности лампы мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно через 67 минут.[19]
- нагрев частей лампы требует термостойкой арматуры светильников световой коэффициент полезного действия ламп накаливания, определяемый как отношение мощности лучей видимого спектра к мощности, потребляемой от электрической сети, весьма мал и не превышает 4 %. Включение электролампы через диод, что часто применяется с целью продления ресурса на лестничных площадках, в тамбурах и прочих затрудняющих замену местах, ещё больше усугубляет её недостатки.
Разновидности ламп накаливания:
Лампы накаливания делятся на (расположены
по порядку возрастания эффективности):
- Вакуумные (самые простые) Аргоновые (азот-аргоновые) Криптоновые (примерно +10% яркости от аргоновых) Ксеноновые (в 2 раза ярче аргоновых, интересно что светодиоды в турборежиме примерно только в 2 раза эффективнее, так как с подачей на светодиод большей мощности, растет нагрев кристалла и падает КПД, поэтому очень мощные и компактные фонари как правило выпускают с газоразрядными лампами) Галогенные (наполнитель I или Br, в 2,5 раза ярче аргоновых, большой срок службы, не любят недокала, так как не работает галогенный цикл)/ Галогенные с двумя колбами (более эффективный галогенный цикл за счет лучшего нагрева внутренней колбы) Ксенон-галогенные (наполнитель Xe
+ I или Br, наиболее эффективный наполнитель, до 3х раз ярче аргоновых) Ксенон-галогенные с отражателем ИК излучения (так как большая часть излучения лампы приходится на ИК диапазон, то отражение ИК излучения внутрь лампы заметно повышает КПД, производятся для охотничьих фонарей) Накаливания с покрытием преобразующим ИК излучение в видимый диапазон (известны только заявления о разработке таких покрытий, скорей всего массово уже производится не будут, в связи с переходом многих производителей на светодиодные технологии.