Vakumske žarulje sa žarnom niti. Temperatura boje žarulja sa žarnom niti

Nakon što se krug zatvori (na primjer, kada se pritisne prekidač), električna struja počinje da prolazi kroz tijelo niti, koja, kada se postigne određena temperatura, emituje zračenje vidljivo ljudskom oku. Kada temperatura dostigne 570 ° C, osoba može vidjeti crveni sjaj koji emituje tijelo u mraku, a standardna radna temperatura žarne niti u žarnoj niti je u rasponu od 2000-2800 ° C. Što je niža temperatura tijela sa žarnom niti, to će zračenje izgledati više "crveno" (za više detalja o prikazivanju boja pogledajte članak). Da bismo bolje razumjeli princip rada konvencionalne sijalice, potrebno je razumjeti dizajn i obavezne elemente, koji uključuju sijalicu, tijelo sa žarnom niti i strujne vodove.

Standardna sijalica je kruškolikog oblika i sastoji se od sledećih delova:

• Flask. Izrađen je od natrijum-kalc silikatnog stakla, može biti providan, mat, mlečni, opal, ogledalo (reflektujući). Ako se sijalica koristi bez plafona u maloj prostoriji, onda obratite pažnju na sijalice sa mat ili mlečnom sijalicom, jer je njihov svetlosni tok 3% odnosno 20%, manji od svetlosnog toka prozirnih lampi. Također, tikvice se mogu sa vanjske strane premazati ukrasnim bojama, lakovima i keramikom.
• pufer gas(šupljina tikvice). Da bi se spriječila oksidacija spirale (toplotnog tijela), zrak se ispumpava iz tikvice, stvarajući vakuum unutra. Međutim, danas se vakuum koristi samo u sijalicama male snage, a većina modernih modela punjena je inertnim plinom, koji povećava snagu sjaja. Prema sastavu gasovitog medija, žarulje sa žarnom niti se mogu podijeliti na: vakuumske, punjene plinom (ksenon, kripton, mješavina dušika sa argonom itd.), halogene.
• Glow body. Najčešće se izrađuje od okrugle žice, rjeđe - od metalne trake. U prvim modelima sijalica korištena je karbonska nit, u modernim - spirala od volframa ili legure osmijum-volfram.
• Strujni ulazi(olovna žica).
• Svjetleći držači tijela(držači molibdena).
• Noga(štengel i noga lampe).
• Eksterna veza trenutnog potencijalnog klijenta.
• topljiva veza(osigurač)
• Kućište postolja.
• Stakleni izolator postolja.
• Donji kontakt postolja.

Koje su vrste/vrste sijalica sa žarnom niti?

Klasifikacija žarulja sa žarnom niti je prilično razgranata, jer uzima u obzir mnoge karakteristike.

Po vrsti postolja najčešći su navoj i igla. U svakodnevnom životu najčešće možete pronaći Edisonovu navojnu bazu, označenu slovom E, pored koje je njegov promjer napisan u milimetrima, na primjer, E10, E14, E27 i E40.

U obliku tikvicežarulje sa žarnom niti su različite, od standardnih kruškolikih do figuriranih, uvijenih, itd. U nekim slučajevima, veličina i oblik sijalice (kao i prisustvo reflektirajućih područja) su povezani s tim gdje se žarulja sa žarnom niti koristi, u u drugim slučajevima povezuje se s dekorativnom funkcijom.

Žarulje sa žarnom niti: karakteristike i oznake

Da biste znali kako odabrati žarulju sa žarnom niti, morate naučiti kako pročitati njenu oznaku, koja je kombinacija slova i brojeva. Slovni dio oznake označava svojstva i dizajn proizvoda, na primjer:

B– bispiralni

BO– bispiralni sa opalnom tikvicom koja je napunjena argonom

BC– bispiralna, boca je napunjena kriptonom

DB– raspršiti sa prostirkom unutar tikvice

AT– vakuum

G— punjeni gasom

O– sa opalnom tikvicom

M– sa pljoskom za mleko

W- sferni

W- ogledalo (ZK - koncentrisana kriva svjetlosti, ZSH - proširena kriva)

MO- koristi se za lokalnu rasvjetu

Brojevi označavaju opseg napona i snagu. Dakle, oznaka B 220..230 60 može se dešifrirati na sljedeći način: 60W bispiralna žarulja sa žarnom niti, dizajnirana za napon od 220 do 230 V.

Koji su nedostaci/prednosti žarulje sa žarnom niti?

Prednosti sijalica sa žarnom niti uključuju:

• jeftino;
• širok raspon snage;
• neprekidan rad na niskom naponu (sa smanjenjem intenziteta osvjetljenja);
• otpornost na manje padove napona (uz moguće smanjenje radnog vijeka);
• ugodna temperatura boje (toplo);
• mogućnost upotrebe u vlažnim prostorima;
• jednostavnost rada.

Nedostaci uključuju:

• jako zagrijavanje (stvaranje situacije opasnosti od požara);
• kratak vijek trajanja;
• slaba izlazna svjetlost (efikasnost<4%)
• ovisnost izlazne svjetlosti od napona;
• rizik od pucanja tikvice;
• krhkost.

Kako produžiti vijek trajanja žarulje sa žarnom niti?

Kao što je ranije spomenuto, životni vek sijalica sa žarnom niti koji pretpostavlja proizvođač doseže u prosjeku 750-1000 sati, ali u praksi mnogo češće izgaraju. To je zbog pojave pukotina i uništavanja volframove niti (zbog pregrijavanja i isparavanja). Da biste produžili vijek trajanja svjetiljke, prvo biste trebali ukloniti moguće uzroke izgaranja.

1. Raspon napona. Za različite žarulje sa žarnom niti, proizvođači ne navode jednu vrijednost napona, već raspon: 125..135, 220..230, 230..240V, itd. Ako napon u strujnom krugu vašeg stana premašuje navedenu vrijednost, tada će lampa brže pregorjeti, stoga, na naponu od 230V, ne možete odabrati sijalicu s parametrima 215..220V. Dakle, ako je napon samo 6% veći, vijek trajanja će se prepoloviti.
2. Vibracije. U uvjetima vibracije, filament brže troši svoj resurs, stoga je pri korištenju prijenosnih uređaja bolje kretati s isključenim svjetlom.
3. Cartridge. Ako primijetite da sijalice najčešće pregore u istom ulošku, onda ga trebate zamijeniti ili provjeriti kontakte. Također biste trebali staviti lampe iste snage u luster s nekoliko patrona.
4. Pad napona. Ako snizite napon u mreži za samo 8%, sijalica će trajati 3,5 puta duže. Za spuštanje možete spojiti poluvodičku diodu u seriju sa lampom.

Najduža sijalica sa žarnom niti zove se "Centenary Lamp", nalazi se u vatrogasnoj službi u Livermoreu (Kalifornija). Sa vrlo malom snagom (4 vata), debelim karbonskim vlaknom (8 puta debljim od konvencionalnih sijalica našeg vremena) i kontinuiranom upotrebom bez gašenja i paljenja, tamo radi od 1901. godine.

Kako spojiti žarulju sa žarnom niti kroz diodu

Da biste produžili vijek trajanja sijalice (i istovremeno uštedjeli na struji), možete je spojiti putem diode. Prilikom odabira diode potrebno je obratiti pažnju na parametre kao što su maksimalna struja naprijed (+ u impulsu) i maksimalni obrnuti napon. Da bismo olakšali zadatak i da ne bismo izračunali sve parametre, evo tabele:

Za sastavljanje strukture trebat će vam:

• 1 radna sijalica E27
• 1 neradna sijalica E27 (ili postolje od nje);
• dioda;
• lemilica.

Proces montaže. Diodu zalemimo na zakrpu na bazi radne sijalice. Pažljivo odvojimo postolje od pregorele sijalice, napravimo rupu u njoj i kroz nju provučemo drugu "nogu" diode. Uklonjeni kraj zalemimo na mjesto uklanjanja, a zatim zalemimo obje baze zajedno.

Lakši način: spojite diodu jednim krajem na terminal prekidača, a drugim krajem na žicu koja vodi do sijalice.

Kako dioda produžava vijek trajanja sijalice sa žarnom niti?

U većini slučajeva, filament pregori u trenutku dovođenja struje (uključivanje prekidača) zbog prebrzo zagrijavanja hladnog namotaja. Poluvodička dioda smanjuje struju i omogućava da se volfram postepeno zagrijava, sporijim tempom. Sijalica počinje primjetno da treperi, dok struja prolazi u polutalasima.

Ovaj metal se zove volfram. Otkrio ga je krajem 1781. švedski hemičar Šele, a tokom 19. veka naučnici su ga aktivno istraživali. Danas čovječanstvo zna dovoljno da uspješno koristi volfram i njegove spojeve u raznim industrijama.

Volfram ima promjenjivu valenciju, koja je povezana s posebnim rasporedom elektrona u atomskim orbitalama. Ovaj metal je obično srebrno bijele boje i karakterističan je sjaj. Izgleda kao platina.

Volfram se može pripisati nepretencioznim metalima. Ni jedna alkalija ga neće rastvoriti. Čak i jake kiseline, kao što je hlorovodonična kiselina, neće uticati na to. Iz tog razloga, elektrode koje se koriste u galvanizaciji i elektrolizi izrađuju se od volframa.

Volframove i žarulje sa žarnom niti

Zašto je žarna niti u žaruljama sa žarnom niti napravljena od volframa? Sve je u njegovim jedinstvenim fizičkim svojstvima. Tu ključnu ulogu igra tačka topljenja, koja iznosi oko 3500 stepeni Celzijusa. Ovo je za red veličine više od mnogih metala koji se obično koriste u industriji. Na primjer, aluminijum se topi na 660 stepeni.

Električna struja koja prolazi kroz nit zagreva je do 3000 stepeni. Oslobađa se velika količina toplotne energije koja se beskorisno troši u okolnom prostoru. Od svih metala poznatih nauci, samo je volfram u stanju da izdrži tako visoku temperaturu i ne rastopi se, za razliku od istog aluminijuma. Nepretencioznost volframa omogućava sijalicama da služe u kućama prilično dugo. Međutim, nakon nekog vremena, žarna nit pukne i lampa nestane. Zašto se ovo dešava? Stvar je u tome što pod uticajem veoma visoke temperature tokom prolaska struje (oko 3000 stepeni), volfram počinje da isparava. Tanka nit lampe vremenom postaje još tanja sve dok se ne pukne.

Za topljenje uzorka volframa koristi se taljenje elektronskim snopom ili argonom. Koristeći ove metode, lako možete zagrijati metal do 6000 stepeni Celzijusa.

Dobivanje volframa

Prilično je teško dobiti visokokvalitetan uzorak ovog metala, ali danas se naučnici s tim zadatkom nose sa sjajem. Razvijeno je nekoliko jedinstvenih tehnologija koje omogućavaju uzgoj monokristala volframa, ogromnih volframovih lonaca (težine do 6 kg). Potonji se široko koriste za dobivanje skupih legura.

Moderno tržište rasvjete danas je predstavljeno ne samo raznim lampama, već i izvorima svjetlosti. Jedna od najstarijih sijalica našeg vremena su žarulje sa žarnom niti (LN).

Čak i uzimajući u obzir činjenicu da danas postoje napredniji izvori svjetlosti, žarulje sa žarnom niti i dalje se široko koriste za osvjetljavanje raznih vrsta prostorija. Ovdje ćemo razmotriti tako važan parametar ovih svjetiljki kao što je temperatura grijanja tokom rada, kao i temperatura boje.

Karakteristike izvora svjetlosti

Žarulje sa žarnom niti su prvi izvor električne svjetlosti koji je izumio čovjek. Ovaj proizvod može imati različite snage (od 5 do 200 W). Ali najčešće korišteni modeli su 60 vati.

Bilješka! Najveći nedostatak žarulja sa žarnom niti je velika potrošnja energije. Zbog toga se svake godine smanjuje broj LN-ova koji se aktivno koriste kao izvor svjetlosti.

Prije nego što pređete na razmatranje parametara kao što su temperatura grijanja i temperatura boje, potrebno je razumjeti karakteristike dizajna takvih svjetiljki, kao i princip njihovog rada.
Žarulje sa žarnom niti u toku svog rada pretvaraju električnu energiju koja prolazi kroz volframovu nit (spiralu) u svjetlost i toplinu.
Do danas se zračenje, prema svojim fizičkim karakteristikama, dijeli na dvije vrste:

Uređaj sa žarnom niti

• termalni;
• luminiscentna.

Termička, koja je karakteristična za žarulje sa žarnom niti, odnosi se na svjetlosno zračenje. Na toplotnom zračenju zasniva se sjaj električne sijalice sa žarnom niti.
Žarulje sa žarnom niti sastoje se od:

• staklena boca;
• vatrostalna volframova nit (dio spirale). Važan element cijele lampe, jer ako je nit oštećena, sijalica prestaje da svijetli;
• postolje.

Tokom rada takvih lampi, t0 žarne niti se povećava zbog prolaska električne energije kroz nju u obliku struje. Kako bi se izbjeglo brzo izgaranje niti u spirali, iz tikvice se ispumpava zrak.
Bilješka! U naprednijim modelima sijalica sa žarnom niti, koje su halogene sijalice, inertni gas se upumpava u sijalicu umesto vakuuma.
Volframova nit je ugrađena u spiralu, koja je pričvršćena na elektrode. U spirali, nit je u sredini. Elektrode na koje se ugrađuje spirala, odnosno volframova nit, zalemljene su na različite elemente: jedna na metalnu navlaku baze, a druga na metalnu kontaktnu ploču.
Kao rezultat ovakvog dizajna sijalice, struja koja prolazi kroz spiralu uzrokuje zagrijavanje (povećanje t0 unutar sijalice) žarulje, jer savladava njen otpor.

Princip rada sijalice

Radna lampa sa žarnom niti

Zagrijavanje LN-a tokom rada nastaje zbog dizajnerskih karakteristika izvora svjetlosti. Upravo zbog jakog zagrijavanja tokom rada, vrijeme rada lampi je značajno smanjeno, što ih danas čini manje isplativim. U ovom slučaju, zbog zagrijavanja žarne niti, dolazi do povećanja t0 same sijalice.

Princip rada LN-a zasniva se na pretvaranju električne energije koja prolazi kroz filamente spirale u svjetlosno zračenje. U tom slučaju temperatura zagrijane niti može doseći 2600-3000 °C.

Bilješka! Tačka topljenja volframa, od kojeg se prave spiralne niti, je 3200-3400 °C. Kao što vidite, normalno temperatura zagrijavanja niti ne može dovesti do početka procesa topljenja.

Spektar svjetiljki s takvom strukturom značajno se razlikuje od spektra dnevne svjetlosti. Za takvu lampu, spektar emitirane svjetlosti karakterizirat će prevlast crvenih i žutih zraka.
Treba napomenuti da se tikvice modernijih LN (halogenih) modela ne evakuiraju, a također ne sadrže spiralni navoj u svom sastavu. Umjesto toga, inertni plinovi (argon, dušik, kripton, ksenon i argon) se upumpavaju u tikvicu. Takva strukturna poboljšanja dovela su do činjenice da se temperatura zagrijavanja tikvice tokom rada donekle smanjila.

Prednosti i nedostaci izvora svjetlosti

Unatoč činjenici da je danas tržište izvora svjetlosti prepuno širokog spektra modela, žarulje sa žarnom niti su još uvijek prilično česte na njemu. Ovdje možete pronaći proizvode za različite količine vati (od 5 do 200 vati i više). Najpopularnije sijalice su od 20 do 60 vati, kao i 100 vati.

Raspon izbora

LN i dalje se široko koriste jer imaju svoje prednosti:

• kada se uključi, paljenje svjetla se događa gotovo trenutno;
• male dimenzije;
• jeftino;
• modeli, u čijoj boci postoji samo vakuum, ekološki su proizvodi.

Upravo su te prednosti dovele do činjenice da su LN-ovi još uvijek prilično traženi u modernom svijetu. U kućama i na poslu danas možete lako sresti predstavnike ovog rasvjetnog proizvoda od 60 W i više.
Bilješka! Veliki procenat upotrebe LN odnosi se na industriju. Ovdje se često koriste snažni modeli (200 W).
Ali žarulje sa žarnom niti imaju prilično impresivnu listu nedostataka, koji uključuju:

• prisustvo zasljepljujuće svjetline svjetlosti koja izlazi iz lampi tokom rada. Kao rezultat toga, potrebna je upotreba posebnih zaštitnih ekrana;
• tokom rada, filament se zagrijava, kao i sama tikvica. Zbog jakog zagrijavanja tikvice, kada čak i mala količina vode udari na njenu površinu, moguća je eksplozija. Štaviše, sijalica se grije za sve sijalice (najmanje 60 W, barem niže ili veće);

Bilješka! Povećanje zagrijavanja tikvice još uvijek nosi određeni stepen opasnosti od ozljeda. Povišena temperatura staklene sijalice, kada se dodirne nezaštićenom kožom, može izazvati opekotine. Stoga takve lampe ne treba stavljati u one lampe do kojih dijete može lako doći. Osim toga, oštećenje staklene sijalice može uzrokovati posjekotine ili druge ozljede.

Užarenost volframove niti

• visoka potrošnja električne energije;
• u slučaju kvara ne mogu se popraviti;
• nizak vijek trajanja. Žarulje sa žarnom niti brzo pokvare zbog činjenice da se u trenutku uključivanja ili isključivanja svjetla može oštetiti niti spirale zbog čestog zagrijavanja.

Kao što vidite, upotreba LN-a nosi mnogo više minusa nego plusa. Najvažniji nedostaci šapa sa žarnom niti smatraju se zagrijavanjem zbog povećanja temperature unutar žarulje, kao i velike potrošnje energije. I to se odnosi na sve opcije za lampe snage od 5 do 60 W i više.

Važni parametri evaluacije

Jedan od najvažnijih parametara rada LN je faktor svjetlosti. Ovaj parametar ima oblik omjera snage zračenja vidljivog spektra i snage potrošene električne energije. Za ovaj proizvod, ovo je prilično mala vrijednost, koja ne prelazi 4%. Odnosno, LN karakteriše slab izlaz svetlosti.
Ostali važni parametri performansi uključuju:

• svjetlosni tok;
• boja t0 ili boja sjaja;
• snaga;
• životno vreme.

Uzmite u obzir prva dva parametra, jer smo se u prethodnom paragrafu bavili vijekom trajanja.

Svjetlosni tok

Svjetlosni tok je fizička veličina koja određuje količinu svjetlosne snage u određenom svjetlosnom emisionom toku. Osim toga, postoji još jedan važan aspekt ovdje, kao što je izlaz svjetla. Za lampu određuje omjer svjetlosnog toka koji sijalica emituje i snage koju troši. Izlaz svjetlosti se mjeri u lm/W.

Bilješka! Svjetlosna efikasnost je pokazatelj ekonomičnosti i efikasnosti izvora svjetlosti.

Tabela svjetlosnog toka i svjetlosne efikasnosti žarulja sa žarnom niti

Kao što vidite, za naš izvor svjetlosti gore navedene vrijednosti su na niskom nivou, što ukazuje na njihovu nisku efikasnost.

Boja sijalice

Temperatura boje (t0) je takođe važan indikator.
Boja t0 je karakteristika toka intenziteta svjetlosti sijalice i funkcija je valne dužine definirane za optički raspon. Ovaj parametar se mjeri u kelvinima (K).

Temperatura boje za žarulje sa žarnom niti

Treba napomenuti da je temperatura boje za LN približno na nivou od 2700 K (za izvore svjetlosti snage od 5 do 60 W i više). Boja t0 LN je u crvenoj i termalnoj nijansiranoj oblasti vidljivog spektra.
Boja t0 u potpunosti odgovara stepenu zagrijavanja volframove niti, što ne dozvoljava da LN brzo pokvari.

Bilješka! Za druge izvore svjetlosti (na primjer, LED sijalice), temperatura boje ne pokazuje koliko su topli. Sa LN parametrom grijanja od 2700 K, LED će se zagrijati za samo 80ºS.

Dakle, što je veća snaga LN-a (od 5 do 60 W i više), to će više doći do zagrijavanja volframove niti i same žarulje. Prema tome, veća će biti boja t0. Ispod je tabela koja upoređuje efikasnost i potrošnju energije različitih tipova sijalica. Kao kontrolna grupa sa kojom se vrši poređenje, uzeti su LN-ovi snage od 20 do 60 i do 200 W.

Uporedna tabela snaga različitih izvora svjetlosti

Kao što vidite, žarulje sa žarnom niti u ovom parametru su znatno inferiornije u pogledu potrošnje energije u odnosu na druge izvore svjetlosti.

Tehnologija osvjetljenja i boja sjaja

U rasvjeti, najvažniji parametar za izvor svjetlosti je njegova boja t0. Zahvaljujući njemu možete odrediti ton boje i boju izvora svjetlosti.

Opcije temperature boje

Boja t0 sijalica određena je tonom boje i može biti tri vrste:

• hladno (od 5000 do 120000K);
• neutralna (od 4000 do 50000K);
• toplo (od 1850 do 20000K). Daje se stearinskom svijećom.

Bilješka! Uzimajući u obzir temperaturu boje LN-a, treba imati na umu da se ona ne poklapa sa stvarnom termičkom temperaturom proizvoda, koja se osjeća kada se dodirne rukom.

Za LN, temperatura boje se kreće od 2200 do 30000K. Zbog toga mogu imati zračenje blisko ultraljubičastom.

Zaključak

Za bilo koju vrstu izvora svjetlosti, temperatura boje je važan parametar procjene. Istovremeno, za LN služi kao odraz stepena zagrevanja proizvoda tokom njegovog rada. Ovakve sijalice karakteriše povećanje temperature grejanja tokom rada, što je jasan nedostatak koji savremenim izvorima svetlosti, poput LED sijalica, nedostaje. Stoga danas mnogi daju prednost fluorescentnim i LED sijalicama, a žarulje sa žarnom niti postepeno postaju stvar prošlosti.

Nije tajna da čak i sada, s pojavom mnogih novih izvora svjetlosti koji štede energiju, žarulja sa žarnom niti (koja se nazivaju i "Iljičeva sijalica" ili volframova lampa) ostaje u velikoj potražnji, a mnogi još nisu spremni odustati od nje. . Najvjerovatnije će proći još malo vremena i ovaj rasvjetni uređaj će praktično napustiti tržište elektrotehnike, ali, naravno, neće biti zaboravljen. Uostalom, u stvari, otkrićem konvencionalne žarulje sa žarnom niti, započela je nova era u rasvjeti.

Od čega je napravljena volframova sijalica?

Dizajn žarulje sa žarnom niti od volframa je vrlo jednostavan. Sastoji se od:

• tikvica, odnosno sama staklena kugla, ili evakuisana ili napunjena gasom;
• filamenti (filament) - spirale od legure volframa;
• dvije elektrode, kroz koje se napon primjenjuje na spiralu;
• kuke - držači volframove niti od molibdena;
• noge sijalice;
• vanjska veza strujnog voda, koja služi kao osigurač;
• postolje;
• osnovni stakleni izolator;
• kontakt na dnu baze.

Princip rada žarulje sa žarnom niti je također jednostavan. Svjetlost se stvara zbog činjenice da se volframova nit zagrijava od napona koji se na njega primjenjuje. Sličan sjaj, iako u manjim količinama, može se vidjeti kada radi električni štednjak s otvorenim grijaćim elementom od nihroma. Svjetlo iz spirale je vrlo slabo, ali u ovom primjeru postaje jasno kako radi lampa sa žarnom niti.

Osim uobičajenog oblika, ova rasvjetna tijela mogu biti i dekorativna, u obliku svijeće, kapi, cilindra ili kugle. Budući da je svjetlo od volframa uvijek iste boje, proizvođači proizvode takve rasvjete s različitim, ponekad obojenim staklima.

Zanimljivo u radu sijalica sa žarnom niti sa zrcalnim premazom. Princip rada žarulje sa žarnom niti može se uporediti sa reflektorima, jer osvjetljavaju usmjereno područje.

Prednosti

Naravno, glavne prednosti žarulja sa žarnom niti su minimalna složenost u njihovoj proizvodnji. Otuda, naravno, niska cijena, jer se danas jednostavniji električni uređaj ne može zamisliti. Ista priča sa uključivanjem takvog elementa u mrežu. Da biste to učinili, ne morate instalirati nikakvu dodatnu opremu, dovoljan je jednostavan uložak.

U nekim slučajevima, čak i u nedostatku, ljudi spajaju žarulje sa žarnom niti, na brzinu praveći patronu od drveta, plastike ili čak povezujući lampu sa žicom izolacijskom trakom. Naravno, takvi priključci u okolnostima više sile imaju pravo postojati, ali su nesigurni u smislu zaštite od požara i električne energije (potrebno je osigurati da se baza ne zagrije).

Takođe, sijalice sa žarnom niti velike snage (150 W) se veoma široko koriste u osvetljenju staklenika. Zaista, pored činjenice da daju svjetlost, kao rezultat žarenja volframove niti, lampe postaju vrlo vruće. Osim toga, rasvjeta od njih je najbliža sunčevoj svjetlosti, moderna LED sijalica ili fluorescentna štedljiva ne može se time pohvaliti. Iz istog razloga, žarulja sa žarnom niti ima prednost u smislu utjecaja na ljudski vid.

nedostatke

Nedostaci žarulja sa žarnom niti uključuju krhkost rada takvih uređaja, što direktno ovisi o parametru kao što je napon u mreži. Ako povećate struju, spirala će se početi brže istrošiti, što će dovesti do izgaranja na najtanjem mjestu. Pa, ako smanjite napon, tada će osvjetljenje postati mnogo slabije, iako će, naravno, to povećati vijek trajanja lampe.

Glavni nedostaci žarulja sa žarnom niti mogu se pripisati negativnom utjecaju naglih skokova napona na nit. Ali ovaj nedostatak može se eliminirati ugradnjom uvodnog stabilizatora. Naravno, ostaje pitanje uključivanja rasvjete. Zaista, u trenutku napona, filament je hladan, što znači da je njegov otpor manji. Ovaj problem se rješava ugradnjom jednostavnog rotacionog dimera. Zatim, okretanjem ručke, nit će svjetliti glatkije (odnosno, neće biti kratkog oštrog napajanja naponom), što znači da će trajati mnogo duže.

Ali ipak, glavnim nedostatkom ovih uređaja, naravno, može se smatrati njihova niska efikasnost, naime, činjenica da radna lampa troši veliku većinu energije na toplinu, zbog čega se počinje jako zagrijavati. Ovi gubici su i do 95%, ali takav je algoritam za rad volframovih sijalica. Dakle, prilikom kupovine ovog rasvjetnog tijela treba uzeti u obzir sve prednosti i nedostatke žarulje sa žarnom niti.

Vrste sijalica sa žarnom niti

Sijalice koje koriste volframove niti mogu biti ne samo vakuumske. Uređaj žarulje sa žarnom niti razlikuje nekoliko vrsta sličnih rasvjetnih uređaja, od kojih se svaki koristi u određenim industrijama. Oni mogu biti:

• vakuum, tj. najjednostavniji;
• argon, ili dušik-argon;
• kripton, koji sija 13-15% jače od argona;
• ksenon (u posljednje vrijeme se češće koristi u farovima automobila i sija 2 puta jače od argonskih);
• halogen - žarulja u žarulji sa žarnom niti napunjena je halogenom broma ili joda. Svjetlost je 3 puta svjetlija od argonske, ali ove lampe ne tolerišu smanjenje napona i vanjsku kontaminaciju stakla sijalice;
• halogena dvostruka sijalica - sa povećanom efikasnošću halogena za uštedu volframa u niti;
• ksenon-halogen (još svjetliji) - osim halogenih joda ili broma, punjeni su i ksenonom, jer koji plin se nalazi u sijalici direktno ovisi o tome na koliko stupnjeva se žarulja zagrije, pa prema tome ovisi i njena svjetlina .

Efikasnost

Kao što je već spomenuto, zbog činjenice da struktura žarulje sa žarnom niti uključuje zagrijavanje spirale, 95% energije koja se dovodi u rasvjetni uređaj odlazi u toplinu koja nastaje tijekom njegovog rada, a samo 5% ide direktno na rasvjetu. Ova toplota je infracrveno zračenje koje ljudske oči ne opažaju. Stoga će efikasnost takvih rasvjetnih uređaja s povećanjem temperature žarulje sa žarnom niti na 3400 K biti 15%. Kada se smanji na 2700 K (što odgovara radnoj temperaturi lampe od 60 vati), efikasnost lampe će već biti 5%. Ispostavlja se da se s povećanjem temperaturnih uvjeta povećava i efikasnost, ali se u isto vrijeme životni vijek značajno smanjuje. To znači da ako se struja smanji, efikasnost se također smanjuje, ali će se trajnost uređaja povećati hiljadama puta. Ova metoda produžavanja vijeka trajanja lampe često se koristi u ulazima stambenih zgrada, gdje se izvori napajaju serijski na dva rasvjetna tijela, ili se dioda spaja serijski na lampu, što omogućava smanjenje struja mreže.

Šta odabrati: LED ili volframove lampe?

Ovo je pitanje, odgovor na koje svako pronalazi za sebe, procjenjujući za sebe žarulje sa žarnom niti, njihove prednosti i nedostatke. Ovdje nema savjeta. S jedne strane, LED diode troše višestruko manje električne energije i izdržljivije su u radu, što se ne može reći za Ilyichove sijalice, a s druge strane, žarulje sa žarnom niti imaju blaži učinak na ljudski vid.

A ipak postoji statistika, a prema njoj je prodaja LED dioda i štedljivih lampi u posljednje vrijeme porasla za više od 90%, jer je u ljudskoj prirodi da ide ukorak s napretkom, što znači da nije daleko vrijeme kada su žarulje sa žarnom niti. lampe su stvar prošlosti.

Analiza strukture žarulje sa žarnom niti (slika 1, a) nalazimo da je glavni dio njegovog dizajna tijelo filamenta 3 , koji se pod dejstvom električne struje zagreva do pojave optičkog zračenja. Ovo se zapravo zasniva na principu rada lampe. Pričvršćivanje tijela žarne niti unutar lampe vrši se pomoću elektroda 6 , obično držeći svoje krajeve. Preko elektroda se električna struja dovodi i do tijela filamenta, odnosno one su još uvijek unutrašnje karike zaključaka. Uz nedovoljnu stabilnost tijela niti, koristite dodatne držače 4 . Držači su zalemljeni na staklenu šipku 5 , zvan štap, koji na kraju ima zadebljanje. Stabljika je povezana sa složenim staklenim dijelom - nogom. Noga, prikazana je na slici 1, b, sastoji se od elektroda 6 , ploče 9 , i stabljika 10 , što je šuplja cijev kroz koju se zrak ispumpava iz sijalice. Zajedničko povezivanje međuizlaza 8 , štap, ploča i stabljika formiraju lopaticu 7 . Spajanje se vrši topljenjem staklenih dijelova, pri čemu se pravi izduvni otvor. 14 povezivanje unutrašnje šupljine izduvne cevi sa unutrašnjom šupljinom sijalice. Za dovod električne struje do filamenta kroz elektrode 6 primijeniti srednje 8 i eksterni nalazi 11 međusobno povezani električnim zavarivanjem.

Slika 1. Uređaj električne žarulje sa žarnom niti ( a) i njegove noge ( b)

Za izolaciju tijela niti, kao i drugih dijelova sijalice od vanjskog okruženja, koristi se staklena sijalica. 1 . Vazduh iz unutrašnje šupljine tikvice se ispumpava, a umesto toga se ubacuje inertni gas ili mešavina gasova. 2 , nakon čega se kraj stabljike zagrijava i zatvara.

Za dovod električne struje na lampu i fiksiranje u električni uložak, lampa je opremljena postoljem 13 , čije pričvršćivanje na vrat tikvice 1 izvedeno uz pomoć osnovne mastike. Lemljenje lampe vodi do odgovarajućih mjesta baze 12 .

Raspodjela svjetla lampe ovisi o tome kako se nalazi tijelo niti i kakvog je oblika. Ali ovo se odnosi samo na lampe sa prozirnim bočicama. Ako zamislimo da je filament jednako svijetao cilindar i projektiramo svjetlost koja iz nje izlazi na ravan okomitu na najveću površinu svjetleće niti ili spirale, tada će na njoj biti maksimalni svjetlosni intenzitet. Stoga, kako bi se stvorili željeni smjerovi svjetlosnih sila, u različitim izvedbama svjetiljki nitima se daje određeni oblik. Primjeri oblika niti prikazani su na slici 2. Ravna, nespiralizirana nit se gotovo nikada ne koristi u modernim žaruljama sa žarnom niti. To je zbog činjenice da se s povećanjem promjera niti smanjuje gubitak topline kroz plin koji puni lampu.

Slika 2. Dizajn grejnog tela:
a- visokonaponska projekcijska lampa; b- niskonaponska projekcijska lampa; in- obezbjeđivanje jednako svijetlog diska

Veliki broj grijaćih tijela podijeljen je u dvije grupe. Prva grupa uključuje filamente koji se koriste u svjetiljkama opće namjene, čiji je dizajn prvobitno zamišljen kao izvor zračenja s ravnomjernom distribucijom intenziteta svjetlosti. Svrha projektovanja ovakvih lampi je postizanje maksimalnog izlaza svetlosti, što se postiže smanjenjem broja držača kroz koje se filament hladi. U drugu grupu spadaju takozvane ravne niti, koje se izrađuju ili u obliku paralelnih spirala (u visokonaponskim žaruljama velike snage) ili u obliku ravnih spirala (u niskonaponskim lampama male snage). Prvi dizajn je napravljen sa velikim brojem molibdenskih držača, koji su pričvršćeni posebnim keramičkim mostovima. Dugačka nit je postavljena u obliku korpe, čime se postiže velika ukupna svjetlina. U žaruljama sa žarnom niti namijenjenim za optičke sisteme, niti moraju biti kompaktne. Da biste to učinili, tijelo filamenta je umotano u luk, dvostruku ili trostruku spiralu. Slika 3 prikazuje krivulje intenziteta svjetlosti koje generiraju filamenti različitih dizajna.

Slika 3. Krive intenziteta svjetlosti za žarulje sa žarnom niti sa različitim filamentima:
a- u ravni okomitoj na osu svjetiljke; b- u ravni koja prolazi kroz osu svjetiljke; 1 - prstenasta spirala; 2 - ravna spirala; 3 - spirala koja se nalazi na površini cilindra

Potrebne krive intenziteta svjetlosti žarulja sa žarnom niti mogu se dobiti upotrebom posebnih tikvica sa reflektirajućim ili difuzijskim premazima. Upotreba reflektirajućih premaza na sijalici odgovarajućeg oblika omogućava veliku raznolikost krivulja intenziteta svjetlosti. Svjetiljke s reflektirajućim premazom nazivaju se zrcaljeni (slika 4). Ako je potrebno osigurati posebno preciznu distribuciju svjetlosti u svjetiljkama ogledala, koriste se tikvice izrađene presovanjem. Takve lampe se nazivaju lampe-farovi. Neki dizajni sijalica sa žarnom niti imaju metalne reflektore ugrađene u sijalice.

Slika 4. Zrcalne žarulje sa žarnom niti

Materijali koji se koriste u žaruljama sa žarnom niti

Metali

Glavni element žarulja sa žarnom niti je tijelo sa žarnom niti. Za proizvodnju grijaćeg tijela najpoželjnije je koristiti metale i druge materijale s elektronskom vodljivošću. U tom slučaju, propuštanjem električne struje tijelo će se zagrijati do potrebne temperature. Materijal grijaćeg tijela mora ispunjavati niz zahtjeva: da ima visoku tačku topljenja, plastičnost, koja omogućava izvlačenje žica različitih promjera, uključujući i one vrlo male, nisku brzinu isparavanja na radnim temperaturama, što dovodi do dugog vijeka trajanja. , i slično. Tabela 1 prikazuje tačke topljenja vatrostalnih metala. Najvatrostalniji metal je volfram, koji je, uz visoku duktilnost i nisku stopu isparavanja, osigurao njegovu široku upotrebu kao filament žarulja sa žarnom niti.

Tabela 1

Tačka topljenja metala i njihovih spojeva

Brzina isparavanja volframa na temperaturama od 2870 i 3270°C je 8,41×10 -10 i 9,95×10 -8 kg/(cm²×s).

Od ostalih materijala, renijum se može smatrati obećavajućim, čija je tačka topljenja nešto niža od volframa. Renijum je pogodan za mehaničku obradu u zagrijanom stanju, otporan je na oksidaciju i ima nižu stopu isparavanja od volframa. Postoje strane publikacije o proizvodnji svjetiljki s volframovim vlaknom s aditivima renijuma, kao i premazivanju filamenta slojem renijuma. Od nemetalnih jedinjenja interesantan je tantal karbid, čija je stopa isparavanja 20-30% niža od one kod volframa. Prepreka upotrebi karbida, posebno tantal karbida, je njihova krhkost.

Tabela 2 prikazuje glavna fizička svojstva idealnog filamenta napravljenog od volframa.

tabela 2

Glavna fizička svojstva volframove niti

Važno svojstvo volframa je mogućnost dobijanja njegovih legura. Detalji od njih zadržavaju stabilan oblik na visokim temperaturama. Kada se volframova žica zagrije, tokom toplinske obrade filamenta i naknadnog zagrijavanja dolazi do promjene u njenoj unutrašnjoj strukturi, koja se naziva termička rekristalizacija. Ovisno o prirodi rekristalizacije, tijelo filamenta može imati veću ili manju dimenzijsku stabilnost. Na prirodu rekristalizacije utiču nečistoće i aditivi koji se dodaju volframu tokom njegove proizvodnje.

Dodatak torijum oksida ThO 2 volframu usporava proces njegove rekristalizacije i daje finu kristalnu strukturu. Takav volfram je jak pod mehaničkim udarima, međutim, snažno se savija i stoga nije prikladan za proizvodnju filamenata u obliku spirala. Volfram sa visokim sadržajem torijum oksida koristi se za proizvodnju katoda za lampe sa gasnim pražnjenjem zbog svoje visoke emisivnosti.

Za proizvodnju spirala koristi se volfram sa dodatkom silicijum oksida SiO 2 zajedno sa alkalnim metalima - kalijem i natrijumom, kao i volfram koji pored navedenih sadrži i aditiv aluminijum oksida Al 2 O 3. Potonji daje najbolje rezultate u proizvodnji zavojnica.

Elektrode većine sijalica sa žarnom niti su napravljene od čistog nikla. Izbor je zbog dobrih vakuumskih svojstava ovog metala, koji oslobađa plinove koji su u njemu sorbirani, visoke strujne karakteristike i zavarljivosti sa volframom i drugim materijalima. Savitljivost nikla omogućava zamjenu zavarivanja volframom kompresijom, što osigurava dobru električnu i toplinsku provodljivost. Vakumske žarulje sa žarnom niti koriste bakar umjesto nikla.

Držači su obično izrađeni od molibdenske žice, koja zadržava elastičnost na visokim temperaturama. Ovo omogućava održavanje tijela filamenta u rastegnutom stanju čak i nakon što se proširi kao rezultat zagrijavanja. Molibden ima tačku topljenja od 2890 K i temperaturni koeficijent linearne ekspanzije (TCLE) u rasponu od 300 do 800 K što je 55 × 10 -7 K -1. Molibden se takođe koristi za izradu čaura od vatrostalnog stakla.

Stezaljke žarulja sa žarnom niti su izrađene od bakarne žice koja je sučeono zavarena na ulaze. Lampe sa žarnom niti male snage nemaju odvojene vodove, njihovu ulogu igraju izduženi ulazi od platine. Za lemljenje provodnika na bazu koristi se kalaj-olovni lem marke POS-40.

staklo

Šipke, ploče, stabljike, tikvice i drugi stakleni dijelovi koji se koriste u istoj žarulji sa žarnom niti izrađeni su od silikatnog stakla sa istim temperaturnim koeficijentom linearnog širenja, koji je neophodan da bi se osigurala nepropusnost mjesta zavarivanja ovih dijelova. Vrijednosti temperaturnog koeficijenta linearnog širenja stakla lampe moraju osigurati da se dobiju konzistentni spojevi s metalima koji se koriste za izradu čaura. Najviše se koristi staklo marke SL96-1 sa temperaturnim koeficijentom jednakim 96 × 10 -7 K -1. Ovo staklo može raditi na temperaturama od 200 do 473 K.

Jedan od važnih parametara stakla je temperaturni raspon u kojem ono zadržava svoju zavarljivost. Kako bi se osigurala zavarljivost, neki dijelovi su izrađeni od stakla SL93-1, koje se od stakla SL96-1 razlikuje po hemijskom sastavu i širem temperaturnom rasponu u kojem zadržava zavarljivost. Marka stakla SL93-1 odlikuje se visokim sadržajem olovnog oksida. Ako je potrebno smanjiti veličinu tikvica, koristi se više vatrostalnih stakla (na primjer, razred SL40-1), čiji je temperaturni koeficijent 40 × 10 -7 K -1. Ova stakla mogu raditi na temperaturama od 200 do 523 K. Najviša radna temperatura je SL5-1 kvarc staklo, žarulje sa žarnom niti od kojih mogu raditi na 1000 K ili više nekoliko stotina sati (temperaturni koeficijent linearne ekspanzije kvarcnog stakla je 5,4 × 10 -7 K -1). Naočare navedenih marki su transparentne za optičko zračenje u opsegu talasnih dužina od 300 nm do 2,5 - 3 mikrona. Transmisija kvarcnog stakla počinje od 220 nm.

Inputs

Čaure su izrađene od materijala koji, uz dobru električnu provodljivost, mora imati termički koeficijent linearnog širenja, koji osigurava da se postižu konzistentni spojevi sa staklima koja se koriste za proizvodnju žarulja sa žarnom niti. Konzistentni spojevi nazivaju se spojevi materijala, čije se vrijednosti toplinskog koeficijenta linearnog širenja u cijelom temperaturnom rasponu, odnosno od minimalne do temperature žarenja stakla, razlikuju za najviše 10 - 15%. Prilikom lemljenja metala u staklo, bolje je da je termički koeficijent linearnog širenja metala nešto niži od koeficijenta stakla. Zatim, kada se ohladi, zalemljeno staklo sabija metal. U nedostatku metala koji ima potrebnu vrijednost termičkog koeficijenta linearnog širenja, potrebno je izraditi neusklađene lemne spojeve. U ovom slučaju, vakuumsko nepropusno spajanje metala sa staklom u cijelom temperaturnom rasponu, kao i mehanička čvrstoća zalemljenog spoja, osigurani su posebnim dizajnom.

Usklađen spoj sa staklom SL96-1 dobija se korišćenjem platinastih čahura. Visoka cijena ovog metala dovela je do potrebe za razvojem zamjene, nazvane "platina". Platinit je žica napravljena od legure gvožđa i nikla sa temperaturnim koeficijentom linearne ekspanzije manjim od stakla. Kada se na takvu žicu nanese bakarni sloj, moguće je dobiti visoko vodljivu bimetalnu žicu sa velikim temperaturnim koeficijentom linearnog širenja, ovisno o debljini sloja naloženog bakrenog sloja i termičkom koeficijentu linearnog širenja originalnog sloja. žica. Očigledno je da takav način usklađivanja temperaturnih koeficijenata linearne ekspanzije omogućava usklađivanje uglavnom u smislu dijametralnog širenja, ostavljajući temperaturni koeficijent uzdužnog širenja nedosljednim. Kako bi se osigurala bolja vakuumska gustoća spojeva stakla SL96-1 sa platinitom i poboljšala sposobnost vlaženja preko sloja bakra oksidiranog preko površine do bakrovog oksida, žica je prekrivena slojem boraksa (natrijumove soli borne kiseline). Dovoljno jaki lemni spojevi su osigurani kada se koristi platinasta žica promjera do 0,8 mm.

Vakuumsko nepropusno lemljenje u staklo SL40-1 postiže se molibdenskom žicom. Ovaj par daje konzistentnije brtvljenje od stakla SL96-1 sa platinom. Ograničena upotreba ovog lema je zbog visoke cijene sirovina.

Za dobijanje vakuumsko nepropusnih čaura u kvarcnom staklu potrebni su metali sa vrlo niskim termičkim koeficijentom linearnog širenja, koji ne postoje. Stoga postižem željeni rezultat zahvaljujući strukturi unosa. Korišćeni metal je molibden, koji ima dobru sposobnost vlaženja sa kvarcnim staklom. Za žarulje sa žarnom niti u kvarcnim sijalicama koriste se jednostavne folije.

gasovi

Punjenje žarulja sa žarnom niti plinom omogućava vam da povećate radnu temperaturu tijela žarne niti bez smanjenja vijeka trajanja zbog smanjenja brzine raspršivanja volframa u plinovitom mediju u usporedbi s raspršivanjem u vakuumu. Brzina raspršivanja opada s povećanjem molekularne težine i pritiska plina za punjenje. Pritisak plinova za punjenje je oko 8 × 104 Pa. Koji gas koristiti za ovo?

Upotreba plinovitog medija dovodi do gubitaka topline zbog provođenja topline kroz plin i konvekcije. Da bi se smanjili gubici, korisno je napuniti lampe teškim inertnim plinovima ili njihovim mješavinama. Ovi plinovi uključuju dušik iz zraka, argon, kripton i ksenon. U tabeli 3 prikazani su glavni parametri inertnih gasova. Azot u svom čistom obliku se ne koristi zbog velikih gubitaka povezanih sa njegovom relativno visokom toplotnom provodljivošću.

Tabela 3

Osnovni parametri inertnih gasova