Načelo rada, uređaja, karakteristika i učinkovitosti žarulja sa žarnom niti

Klik na prekidač - i tamna soba se odmah promijenila, detalji najmanjih elemenata unutrašnjosti su postali vidljivi. Tako se trenutačno energija malog uređaja širi, preplavljujući svjetlost. Što vas čini tako snažnim zračenjem? Odgovor je skriven u ime uređaja za rasvjetu, koji se naziva žarulja sa žarnom niti.

Povijest stvaranja prvih rasvjetnih elemenata

Porijeklo prve žarulje sa žarnom niti datiraju početkom XIX. stoljeća. Ili bolje, svjetiljka se pojavila malo kasnije, no učinak luminescencije platinastih i ugljenih šipki pod djelovanjem električne energije već je pokušan promatrati. Prije znanstvenika bilo je dva teška pitanja:

• pronalaženje materijala visoke otpornosti koji se mogu zagrijati pod utjecajem struje na stanje emisije svjetlosti;
• sprečavanje brzog izgaranja materijala u zraku.

Najplodnije u ovom području bile su istraživanja i izumi ruskog znanstvenika Aleksandra Nikolejevića Lodygina i američkog Thomas Edisona.

Lodygin je predložio uporabu ugljičnih štapića kao žarnom niti, koji su bili u zapečaćenoj tikvici. Nedostatak dizajna bio je poteškoće u evakuaciji zraka, čiji ostaci doprinose brzom izgaranju štapića. No ipak su joj svjetiljke palile nekoliko sati, a razvoj i patenti postali su temelj za stvaranje trajnijih uređaja.

Američki znanstvenik Thomas Edison, nakon što se upoznao s djelima Lodygina, napravio je učinkovitu vakuumsku tikvicu u koju je stavio ugljični vlakno od bambusovih vlakana. Također, Edison je opskrbio poklopac svjetiljke na navojnu vezu svojstvenu modernim svjetiljkama i izumio različite električne elemente, kao što su: osigurač, rotirajući prekidač i još mnogo toga. Učinkovitost Edisonove žarulje sa žarnom niti bila je mala, iako je mogla raditi do 1000 sati vremena i primila praktičnu primjenu.

Nakon toga, umjesto ugljikovih elemenata, predloženo je korištenje vatrostalnih metala. Volframska vlakna, upotrijebljena u modernim žaruljama sa žarnom niti, također je patentirao Lodygin.

Dizajn i rad svjetiljke

Dizajn žarulje sa žarnom niti ne mijenja se iz temelja više od stotinu godina. To uključuje:

• Tikvica nepropustna koja graniči radni prostor i ispunjava se inertnim plinom.
• Baza, koja ima spiralni oblik. Služi za držanje žarulje u spremniku i električno spajanje na dijelove koji se žive.
• Vodiči koji vode struju od kapa do spirale i drže je.
• Vlakna od incandansa, čije zagrijavanje stvara zračenje svjetlosne energije.

Kada struja prolazi kroz spiralu, odmah se zagrijava do najviših temperatura do 2700 stupnjeva. To je zbog činjenice da spirala ima veliku otpornost na struju i da prevlada ovaj otpor troši puno energije, koja se oslobađa kao topline. Toplina zagrijava metal (volfram) i počinje emitirati fotone svjetlosti. Zbog činjenice da tikvica ne sadrži kisik, volfram se tijekom zagrijavanja ne oksidira i ne izgara. Inertni plin čuva čestice vrućeg metala isparavanjem.

Kakva je učinkovitost žarulja sa žarnom niti?

Koeficijent učinkovitosti pokazuje koliko postotak potrošene energije pretvara u koristan rad, a što nije. U slučaju žarulje sa žarnom niti, učinkovitost je mala jer se samo 5-10% energije odlazi na emisiju svjetlosti, a ostatak se oslobađa kao topline.

Učinkovitost prvih žarulja sa žarnom niti, gdje je ugljena štap izbočena iz jezgre ugljena, bila je još manja u usporedbi s modernim uređajima. To je zbog dodatnih gubitaka za konvekciju. Spiralne niti imaju manji postotak tih gubitaka.

Učinkovitost žarulje sa žarnom niti ovisi izravno o temperaturi grijanja spirale. Standardna spiralna spirala od 60W zagrijava do 2700 ordm-C, s učinkovitosti od samo 5%. Možete povećati vrijednost grijanja na 3400 ordm-C, povećava napon, ali to će smanjiti život uređaja za više od 90%, iako će svjetiljka svjetliti svjetlije i učinkovitost će se povećati na 15%.

Pogrešno je misliti da povećanje snage žarulje (100, 200, 300 W) dovodi do povećanja učinkovitosti samo zato što se svjetlina uređaja povećala. Svjetlost je počeo sjajiti sjaji zbog veće snage same spirale i zbog veće svjetlosne snage. No povećali su se i troškovi energije. Stoga, učinkovitost žarulje sa žarnom niti od 100 W također će biti unutar 5-7%.

Vrste žarulja sa žarnom niti

Svjetiljke sa žarnom niti imaju različite izvedbe i funkcije. Podijeljeni su na rasvjetne uređaje:

• Opća primjena. To uključuje kućanske svjetiljke različite snage, dizajnirane za mrežni napon od 220 V.
• Dekorativno izvršenje. Oni imaju nestandardne tipove bočica u obliku svijeća, sfera i drugih oblika.
• Iluminacijski tip. Svjetiljke male snage s obojenim premazom za stvaranje šarenih osvjetljenja.
• Lokalna namjena. Uređaji za sigurno napajanje do 40 V. Primijenjeni su na proizvodnim stolovima, za rasvjetne radne stanice alatnih strojeva.
• S premazom za zrcalo. Svjetiljke koje stvaraju usmjerenu svjetlost.
• Vrsta signala. Koriste se za rad na pločama instrumenta različitih uređaja.
• Za prijevoz. Širok raspon žarulja s povećanom otpornošću i pouzdanosti trošenja. Zahvaljujući praktičnom dizajnu, što podrazumijeva brzu zamjenu.
• Za reflektore. Svjetiljke velike snage, do 10 000 W.
• Za optičke uređaje. Svjetiljke za filmske projektore i slične uređaje.
• Komutator. Koriste se kao segmenti pokazatelja digitalnog prikaza mjernih instrumenata.

Pozitivne i negativne strane cijevi s nitima

Rasvjetni uređaji tipa vlakana imaju svoje osobine. Za pozitivno je moguće nositi:

• trenutačno paljenje spirale;
• sigurnost okoliša;
• male veličine;
• prihvatljiva cijena;
• sposobnost stvaranja uređaja različitih napajanja i radnih napona AC i DC;
• univerzalnost primjene.

Negativno:

• niska učinkovitost žarulje sa žarnom niti;
• osjetljivost na naponske udarce, što smanjuje vijek trajanja;
• kratko radno vrijeme, ne više od 1000;
• opasnost od požara svjetiljki zbog jakog zagrijavanja žarulje;
• lomljivost strukture.

Ostale vrste rasvjete

Postoje rasvjetne svjetiljke, čije se načelo radikalno razlikuje od rada žarulja sa žarnom niti. To uključuje plinsko pražnjenje i LED svjetiljke.

Luka ili izbojne svjetiljke postoji veliki broj, ali svi se temelje na svjetlu plina kada se između elektroda pojavi luk. Sjaj se javlja u ultraljubičastom spektru, koji se zatim prevodi u vidljivo ljudskom oku kroz prolaz kroz fosfornu prevlaku.

Postupak koji se pojavljuje u žarulji za ispuštanje plina uključuje dvije faze rada: stvaranje protoka luka i održavanje ionizacije i sjaj plina u tikvici. Stoga, svi tipovi takvih rasvjetnih uređaja imaju trenutni sustav upravljanja. Svjetlosni uređaji imaju veću učinkovitost u usporedbi s učinkovitost žarulja sa žarnom niti, ali nisu sigurni jer sadrže živu paru.

LED rasvjetni uređaji su najmoderniji sustavi. Učinkovitost žarulje sa žarnom niti i LED svjetiljke su neusporedive. U potonjem doseže 90%. Načelo rada LED-a temelji se na svjetlu određene vrste poluvodiča pod utjecajem napona.

Ono što žarulja sa žarnom niti ne voli

Vijek trajanja konvencionalne žarulje sa žarnom niti smanjuje se ako:

1. Napon u mreži stalno je precijenjen od nazivnog napona na koji je projektiran rasvjetni uređaj. To je zbog povećanja radne temperature grijaće tijelo, a time i povećane isparavanje metalne legure, što dovodi do njegovog kvara. Iako će učinkovitost žarulje sa žarnom niti biti veća.
2. Lagano protresite svjetiljku tijekom rada. Kada metal je usijan stanje se zatvoriti do točke taljenja, a udaljenost između zavoja spirale smanjena zbog širenja tvari, bilo mehanički, nagli pokret mogao izazvati oku neprimjetno interturn kratkog spoja. Time se smanjuje ukupna otpornost spirale na struju, pridonosi njegovom većem zagrijavanju i brzom izgaranju.
3. Na toploj tikvici će biti vlažna. Na mjestu udarca postoji temperaturna razlika, koja uzrokuje uništavanje stakla.
4. Dodirnite prste na žarulju halogene žarulje. Halogena svjetiljka je vrsta žarulje sa žarnom niti, ali ima mnogo veću svjetlost i toplinu. Prilikom dodirivanja tikvice, iz prsta je mrlja od nevidljivog maziva. Pod utjecajem temperature, masnoća opeklina, formirajući depozit, koji sprječava prijenos topline. Kao rezultat toga, na dodirnoj točki, staklo se počinje taliti i može prsnuti ili nabubriti, narušavajući unutrašnji način rada plina, što uzrokuje spaliju spirale. Halogene svjetiljke učinkovitost gorenja je viša od običnih.

Kako zamijeniti svjetiljku

Ako je žarulja izgorjela, ali žarulja se ne uništava, može se zamijeniti nakon što se potpuno ohladi. U tom slučaju morate isključiti napajanje. Prilikom pričvršćivanja svjetiljke, oči se ne trebaju usmjeriti prema njoj, osobito ako nije moguće isključiti struju.

Kada žarulja rasprsne, ali zadrži svoj oblik, preporučljivo je uzeti pamučnu tkaninu, savijati ga u nekoliko slojeva i, omatajući je oko svjetiljke, pokušajte ukloniti staklo. Sljedeće kliješta s izoliranim ručkama uredno odvrnite bazu i uvijte novu žarulju. Sve operacije moraju biti izvedene s isključenim napajanjem.

zaključak

Unatoč činjenici da je učinkovitost žarulje sa žarnom niti je niska i ima sve više i više konkurenata, ona je važna u mnogim sferama života. Postoji čak i najstarija žarulja koja kontinuirano radi već više od stotinu godina. Nije li to potvrda i opstanak genija mišljenja čovjeka koji nastoji promijeniti svijet?