Лампа накаливания Презентация Масюкова Владимира 8 А

Лампа накаливания Презентация Масюкова Владимира 8 «А»

Лампа накаливания • • Содержание 1 Принцип действия 2 Конструкция 3 Специальные лампы • 4 История изобретения • 5 Разновидности ламп накаливания

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 или криптоном). 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 • 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.

Специальные лампы • • • коммутаторные лампы — разновидность сигнальных ламп. Они служили индикаторами на коммутаторных панелях. Представляют собой узкие длинные миниатюрные лампы с гладкими параллельными контактами, что позволяет легко их заменять. Выпускались варианты: КМ 6 -50, КМ 12 -90, КМ 24 -35, КМ 24 -90, КМ 48 -50, КМ 60 -50, где первая цифра означает рабочее напряжение в вольтах, вторая — силу тока в миллиамперах; Фотолампа, перекальная лампа — разновидность лампы накаливания, предназначенная для работы в строго нормированном форсированном по напряжению режиме. По сравнению с обычными имеет повышенную световую отдачу (до 30 лм/Вт), малый срок службы (4 -8 часов) и высокую цветовую температуру (3300 -3400 К, по сравнению с 2700 К). В СССР выпускались фотолампы мощностью 300 и 500 Вт. Как правило, имеют матированную колбу. В настоящее время (XXI век) практически вышли из употребления, благодаря появлению более долговечных устройств сравнимой и более высокой эффективности. В фотолабораториях обычно осуществлялось питание таких ламп в двух режимах: – Пилотное освещение — напряжение снижено на 20 -30 % с помощью ЛАТРа. При этом лампа работает с недокалом и имеет низкую цветовую температуру. – Номинальное напряжение. Проекционные лампы — для диа- и кинопроекторов. Имеют повышенную яркость (и соответственно, повышенную температуру нити и уменьшенный срок службы); обычно нить размещают так, чтобы светящаяся область образовала прямоугольник. Двухнитевые лампы для автомобильных фар. Одна нить для дальнего света, другая для ближнего. Кроме того, такие лампы содержат экран, который в режиме ближнего света отсекает лучи, которые могли бы ослеплять встречных водителей. Малоинерционная лампа накаливания, лампа накаливания с тонкой нитью — использовалась в системах оптической записи звука методом модуляции яркости источника и в некоторых экспериментальных моделях Фототелеграфа. Благодаря малой толщине и массе нити подача на такую лампу напряжения, модулированного сигналом звукового диапазона частот (до примерно 5 к. Гц), приводила к изменению яркости в соответствии с мгновенным напряжением сигнала. С начала XXI века не находят применения благодаря наличию намного более долговечных твердотельных излучателей света и намного менее инерционных излучателей других типов. Нагревательные лампы — основной источник тепла в блоках термозакрепления лазерных принтеров и копировальных аппаратов. Лампа цилиндрической формы неподвижно устанавливается внутри вращающегося металлического вала, к которому прижимается бумага с нанесенным тонером. За счет тепла, передающегося от вала, тонер расплавляется и впрессовывается в структуру бумаги.

История изобретения • • • • В 1809 г англичанин Деларю строит первую лампу накаливания (с платиновой спиралью). В 1838 г бельгиец Жобар изобретает угольную лампу накаливания. В 1854 г немец Генрих Гёбель разработал первую «современную» лампу: обугленную бамбуковую нить в вакуумированном сосуде. В последующие 5 лет он разработал то, что многие называют первой практичной лампой. В 1860 г английский химик и физик Джозеф Уилсон Суон продемонстрировал первые результаты и получил патент, однако трудности в получении вакуума привели к тому, что лампа Суона работала недолго и неэффективно. 11 июля 1874 г российский инженер Александр Николаевич Лодыгин получил патент за номером 1619 на нитевую лампу. В качестве нити накала он использовал угольный стержень, помещённый в вакуумированный сосуд. В 1875 В. Ф. Дидрихсон усовершенствовал лампу Лодыгина, осуществив откачку воздуха из неё и применив в лампе несколько волосков (в случае перегорания одного из них, следующий включался автоматически). В 1876 Павел Николаевич Яблочков разработал один из вариантов электрической угольной дуговой лампы, названный "свечой Яблочкова". Преимуществом конструкции было отсутствие необходимости в механизме, поддерживающем расстояние между электродами для горения дуги. Английский изобретатель Джозеф Уилсон Суон получил в 1878 британский патент на лампу с угольным волокном. В его лампах волокно находилось в разреженной кислородной атмосфере, что позволяло получать очень яркий свет. Во второй половине 1870 -х американский изобретатель Томас Эдисон проводит исследовательскую работу, в которой он пробует в качестве нити различные металлы. В 1879 он патентует лампу с платиновой нитью. В 1880 он возвращается к угольному волокну и создаёт лампу с временем жизни 40 часов. Одновременно Эдисон изобрёл бытовой поворотный выключатель. Несмотря на столь непродолжительное время жизни его лампы вытесняют использовавшееся до тех пор газовое освещение. В 1890 -х А. Н. Лодыгин изобретает несколько типов ламп с нитями накала из тугоплавких металлов. Лодыгин предложил применять в лампах нити из вольфрама (именно такие применяются во всех современных лампах) и молибдена и закручивать нить накаливания в форме спирали. Он предпринял первые попытки откачивать из ламп воздух, что сохраняло нить от окисления и увеличивало их срок службы во много раз. Первая американская коммерческая лампа с вольфрамовой спиралью впоследствии производилась по патенту Лодыгина. Также им были изготовлены и газонаполненные лампы (с угольной нитью и заполнением азотом). С конца 1890 -х появились лампы с нитью накаливания из окиси магния, тория, циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить из металлического осмия (лампа Ауэра) и тантала (лампа Больтона и Фейерлейна) В 1904 венгры получили патент за использование в лампах вольфрамовой нити. В Венгрии же были произведены первые такие лампы, вышедшие на рынок через венгерскую фирму Tungsram в 1905. В 1906 Лодыгин продаёт патент на вольфрамовую нить компании General Electric. В том же 1906 в США он построил и пустил в ход завод по электрохимическому получению вольфрама, хрома, титана. Из-за высокой стоимости вольфрама патент находит только ограниченное применение. В 1910 Вильям Дэвид Кулидж изобретает улучшенный метод производства вольфрамовой нити. Впоследствии вольфрамовая нить вытесняет все другие виды нитей. Остающаяся проблема с быстрым испарением нити в вакууме была решена американским учёным, известным специалистом в области вакуумной техники Ирвингом Ленгмюром, который, работая с 1909 в фирме «General Electric» , ввёл в производство наполнение колбы ламп инертными, точнее — тяжёлыми благородными газами, что существенно увеличило время их работы и повысило светоотдачу.

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) • 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 3 х 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. Ведутся разработки ламп с высокотемпературным люминофором, который при нагреве излучает видимый спектр.