Co to jest żarówka, konstrukcja i zasada działania

Czy zastanawiałeś się kiedyś, czym jest zwykła żarówka? Większość z nas wie, że najprostsze urządzenie oświetleniowe składa się z podstawy, żarówki i żarnika wolframowego, ale jak to działa, dlaczego z czasem się przepala i dlaczego żarówki są wypełnione gazami obojętnymi?

W tym artykule omówimy wszystkie cechy prostych „żarówek Iljicza” oraz nowoczesnych urządzeń fluorescencyjnych i LED.

Co to jest żarówka

Zwykła żarówka jest zasilanym źródłem światła, którego główna część składa się z materiału ogniotrwałego, który działa jak korpus żarnika. W większości przypadków taki materiał (przewodnik) umieszcza się w kolbie próżniowej lub kolbie wypełnionej gazami obojętnymi. Kiedy prąd przepływa przez przewodnik, nagrzewa się i zaczyna emitować jasny blask.

Ciekawy! Aby żarnik wolframowy żarówki zaświecił, należy go podgrzać do temperatury około 2000°C. Można przyjąć, że graniczna temperatura żarzenia wynosi 3410°C.

Historia stworzenia

Tak naprawdę żaden naukowiec nie wymyślił niczego całkowicie samodzielnie: tak właśnie stało się z „klasyczną” żarówką. Już w 1840 roku brytyjski wynalazca Warren De la Rue zaprojektował pierwszą żarówkę zasilaną przewodem platynowym. Dwa lata wcześniej, w 1838 roku, belgijski naukowiec Jobard wynalazł pierwsze na świecie źródło światła z rdzeniem węglowym. Otóż ​​dokładnie na sto lat przed zakończeniem II wojny światowej Heinrich Goebel tworzy pierwsze prototypy nowoczesnych żarówek.

Warto zauważyć, że pierwsza lampa Goebela miała zwęgloną nić bambusową umieszczoną w próżni. Naukowiec kontynuował pracę nad swoim pomysłem przez około 5 lat, po czym przedstawił go opinii publicznej.

Znaczący wkład w wynalazek, z którego korzysta obecnie cały świat, wnieśli także rosyjscy naukowcy. I tak w 1874 roku zarejestrowano pierwszą żarówkę z rdzeniem węglowym umieszczoną w środowisku pozbawionym powietrza na nazwisko Aleksandra Nikołajewicza Lodygina. Dużym problemem związanym z takim źródłem światła było to, że węgiel jako przewodnik nie mógł przetrwać wystarczająco długo i wypalił się wkrótce po użyciu. Z czasem bystre umysły planety wpadły na pomysł zastąpienia węgla wolframem.

Ciekawy! Kiedy mówimy o urządzeniach elektrycznych i oświetleniowych, nie możemy nie wspomnieć o wielkim Thomasie Edisonie. To on jako pierwszy stworzył i opatentował żarówkę, która była tania w produkcji i trwała (w porównaniu z większością ówczesnych urządzeń).

Od czasu wynalezienia znane źródło światła niewiele się zmieniło, ale nadal zachodziły w nim zmiany techniczne: przewodnik wymieniono na bardziej zaawansowany, a przestrzeń wewnątrz żarówki zaczęto wypełniać specjalnym gazem.

Cechy konstrukcyjne i zasada działania

Standardowy LN składa się z:

• kolba wypełniona gazem obojętnym (lub w ogóle pozbawiona powietrza);
• podstawa będąca jednocześnie „wieczką” żarówki i elementem umożliwiającym podłączenie lampy do sieci;
• elektrody;
• cewka żarnikowa umieszczona na specjalnych wspornikach;
• kontakt bazowy.

Jako materiał przewodnika wybrano wolfram, aby zminimalizować zużycie prądu do ogrzewania i zmniejszyć przekrój poprzeczny żarnika do minimum.

Ciekawy! Parametr rezystywności wolframu jest trzykrotnie większy niż miedzi.

Spirala jest zasilana prądem z elektrod, a molibden jest głównym materiałem „rogów”, na których zainstalowana jest spirala: jest ogniotrwały i w rzeczywistości nie rozszerza się po podgrzaniu. Zastosowanie gazu obojętnego zwiększa potencjalną żywotność spirali: w środowisku gazowym „trudniej” jest ją wypalić. Jeśli chodzi o podstawę, jej rozmiar i gwinty na niej mogą się różnić.

Charakterystyka i rodzaje

Oprócz zwykłych leków domowych, do których jesteśmy przyzwyczajeni, eksperci identyfikują kilka innych ich odmian, w tym:

1. Dekoracyjny. Wyróżniają się niestandardowymi kształtami żarówek, powiększoną spiralą i niskim oświetleniem. Tego typu urządzenia są najczęściej wykorzystywane przez projektantów do realizacji projektów w stylu „vintage”.
2. Oświetlenie. Posiadają żarówkę malowaną od wewnątrz i mają małą moc (do 25 W). Szybko zmieniają odcień blasku, dlatego wymagają częstej wymiany.
3. Sygnał. Wcześniej były szeroko stosowane w różnych urządzeniach oświetleniowych, ale dziś w tym obszarze są aktywnie zastępowane opcjami LED.
4. Lustrzane.Żarówka takiej lampy jest częściowo pokryta warstwą aluminium, która dobrze odbija światło, co pozwala skupić oświetlenie w określonym punkcie przestrzeni pomieszczenia.
5. Transport. Stosowane są do wyposażenia optyki samochodów, ciągników, samolotów, różnych jednostek pływających itp. Mają zwiększoną wytrzymałość i są odporne na wibracje.
6. Podwójna nić. Specjalny podtyp stosowany w sygnalizacji świetlnej kolei, samolotach i samochodach.

Odniesienie. Istnieją inne typy LN, ale dziś większość z nich została zastąpiona nowocześniejszymi urządzeniami, co zostanie omówione nieco dalej.

Zalety i wady

Pozytywne cechy klasycznego LP obejmują niski koszt, małe wymiary, odporność na małe spadki napięcia w sieci, przyjemne spektrum oświetlenia dla ludzkiego wzroku, szeroką gamę opcji zasilania, brak toksycznych lub innych szkodliwych składników w składzie i hałas podczas pracy. Jeśli mówimy o wadach, to wśród nich warto wspomnieć o stosunkowo krótkiej żywotności, dość wysokim zużyciu prądu i zagrożeniu pożarowym.

Ważny! Powierzchnia wokół mocnych żarówek może nagrzewać się do +330 stopni Celsjusza. Bądź ostrożny!

Szereg zastosowań

Klasyczne LN stosowane są do oświetlenia przydomowego pomieszczeń i terenów osiedlowych, nieruchomości komercyjnych, stosowane w transporcie samochodowym, kolejowym, lotniczym, instalowane w przenośnych urządzeniach oświetleniowych (latarki kieszonkowe itp.), stosowane w kinie, designie, medycynie i wielu innych gałęziach przemysłu życia.

Konstrukcja i zasada działania nowoczesnych typów lamp

Do nowoczesnych urządzeń oświetleniowych zaliczają się urządzenia halogenowe, świetlówkowe, energooszczędne i LED. Rozważmy każdy typ indywidualnie.

Fluorowiec

Urządzenia tego typu stanowią unowocześnioną wersję klasycznych LN. Kolba takiego urządzenia jest wypełniona halogenem, który reaguje z wolframem, który odparowuje podczas nagrzewania. Pozwala to przedłużyć żywotność urządzenia. Ponadto kwarc jest stosowany w lampach halogenowych. Halogenowe urządzenia oświetleniowe mają zwykle wyższą wydajność niż lampy konwencjonalne.

Świecący

Urządzenia te nazywane są również lampami fluorescencyjnymi. Charakteryzują się wysoką jakością oddawania barw, co pozwala na zastosowanie ich w oświetleniu witryn sklepowych i regałów. W porównaniu do LN urządzenie luminescencyjne zużywa 4–5 razy mniej energii i ma dłuższą żywotność. Mają też swoje wady - słabą wydajność w niskich temperaturach i zawartość szkodliwych substancji (m.in. rtęci) w niektórych modelach.

Oszczędzanie energii

Główną cechą energooszczędnych urządzeń oświetleniowych jest jednostka elektroniczna, która zapewnia zarówno zapłon, jak i działanie lampy. Urządzenie takie charakteryzuje się stabilniejszą pracą, mniejszym poborem prądu, dłuższą żywotnością oraz szeroką gamą dostępnych kolorów.

Ważny! Do produkcji lamp energooszczędnych wykorzystywane są substancje niebezpieczne dla przyrody i człowieka, dlatego ich utylizacja może odbywać się wyłącznie w specjalnych punktach zbiórki.

PROWADZONY

Konstrukcja takich lamp wykorzystuje kryształy półprzewodnikowe: wytwarzają blask, gdy przepływa przez nie prąd elektryczny.W porównaniu do tych samych urządzeń halogenowych, urządzenia LED są około 4–7 razy bardziej wydajne, a pod względem żywotności takie urządzenie może wytrzymać do 50 000 godzin. Za jedyną wadę lamp LED uważa się ich wysoki koszt, jednak biorąc pod uwagę oszczędności w utrzymaniu i zużyciu, w dłuższej perspektywie znacznie bardziej opłaca się ich zakup.

Dowiedzieliśmy się więc, czym jest żarówka, przyjrzeliśmy się większości rodzajów nowoczesnych i niezbyt nowoczesnych opcji. Mamy nadzieję, że teraz masz ogólne pojęcie o cechach ich działania.