Лампа накаливания и история ее изобретения
МОУ
СОШ №9
Реферат
по
теме
Лампа
накаливания и история ее
изобретения
Шевелева Милана
Александровна
2012
год г. Тихвин
Содержание
История
изобретения
Принцип
действия
Конструкция
КПД
и долговечность
Литература
История изобретения
§ В 1809 году
англичанин Деларю строит первую лампу накаливания 1809 году (с платиновой
спиралью).
§ В 1838 году
бельгиец Жобар изобретает угольную лампу накаливания.
§ В 1854 году 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 году
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 года
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 1876 году 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. Электродов хватало примерно на 2 часа.
§ Английский изобретатель Джозеф Уилсон Суон
получил в 1878 году
<#"550980.files/image001.gif">
В лампе накаливания используется
эффект нагревания проводника (нити накаливания) при протекании через него
электрического тока. Температура вольфрамовой нити накала резко возрастает
после включения тока. Нить лампы накаливания излучает электромагнитное
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. 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 теплопроводности и конвекции. Только малая доля излучения
лежит в области видимого света, основная доля приходится на инфракрасное
излучение. Для повышения КПД лампы накаливания и получения максимально «белого»
света необходимо повышать температуру нити накала, которая в свою очередь
ограничена свойствами материала нити - температурой плавления. В современных
лампах накаливания применяют материалы с максимальными температурами плавления
- вольфрам (3410°C) и, очень редко, осмий (3045°C). При практически достижимых
температурах 2300-2900°C излучается далеко не белый и не дневной свет. По этой
причине лампы накаливания испускают свет, который кажется более
«желто-красным», чем дневной свет. Для характеристики качества света
используется т. н. цветовая температура. В обычном воздухе при таких
температурах вольфрам мгновенно превратился бы в оксид. По этой причине
вольфрамовая нить защищена стеклянной колбой, заполненной нейтральным газом
(обычно аргоном). Первые лампы накаливания делались с вакуумированными колбами.
Однако в вакууме при высоких температурах вольфрам быстро испаряется, делая
нить тоньше и затемняя стеклянную колбу при осаждении на ней. Позднее колбы
стали заполнять химически нейтральными газами. Вакуумные колбы сейчас
используют только для ламп малой мощности.
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.
.Колба
.Полость колбы (вакуумированная или
наполненная газом)
.Тело накала
,5.Электроды (токовые вводы)
.Крючки - держатели тела накала
.Ножка лампы
.Внешнее звено токоввода
,предохранитель
.Корпус цоколя
.Изолятор цоколя (стекло)
.Контакт донышка цоколя
КПД и долговечность
Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения лежит в невидимом инфракрасном диапазоне, и
воспринимается в виде тепла. Коэффициент полезного действия ламп накаливания
достигает при температуре около 3400K своего максимального значения 15 %. При
практически достижимых температурах в 2700K КПД составляет 5 %. С возрастанием
температуры КПД лампы накаливания возрастает, но при этом существенно снижается
её долговечность. При температуре нити 2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400K всего лишь несколько часов. При увеличении
напряжения на 20 %, яркость возрастает в два раза. Одновременно с этим
уменьшается время жизни на 95 %. Уменьшение напряжения в два раза (напр. при
последовательном включении) хотя и уменьшает КПД, но зато увеличивает время
жизни почти в тысячу раз. Этим эффектом часто пользуются, когда надо обеспечить
надежное дежурное освещение без особых требований к яркости, например, на
лестничных площадках. Ограниченность времени жизни лампы накаливания
обусловлена в меньшей степени испарением материала нити во время работы, и в
большей степени возникающими в нити неоднородностями. Неравномерное испарение
материала нити приводит к возникновению истончённых участков с повышенным
электрическим сопротивлением, что в свою очередь ведёт к ещё большему нагреву и
испарению материала в таких местах. Когда одно из этих сужений истончается
настолько, что материал нити в этом месте плавится или полностью испаряется,
ток прерывается и лампа выходит из строя.
Двойная спираль лампы мощностью 200
Вт (сильно увеличено)
лампа накаливания
Двойная спираль (биспираль) лампы
Osram 200 Вт с токовводами и держателями (увеличено)
Литература
1.<http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9B%D0%B0%D0%BC%D0%BF%D0%B0_%D0%BD%D0%B0%D0%BA%D0%B0%D0%BB%D0%B8%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D1%8F>
.https://www.google.ru/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=15&sqi=2&ved=0CJUBEBYwDg&url=http%3A%2F%2Flights-on.ru%2Flampi%2Flampi-nakalivanija%2F28175&ei=v6CNT_rqKMyG-wbA1vn9Dw&usg=AFQjCNEzqWLjmpEbj209-oMXsFOeSzJwvQ&sig2=IrbpH2wgyJjnVy5eiBSrCQ
.https://www.google.ru/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=2&ved=0CEsQFjAB&url=http%3A%2F%2Felectrolibrary.narod.ru%2Fsvetrazvitie.htm&ei=daGNT4bBIM2a-gaqkPX-Dw&usg=AFQjCNEcg5f-Wd5KUCqbBYyjRW246151pA&sig2=ENB3pspm4tXAa0-6x0Sx3w
.https://www.google.ru/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=4&ved=0CFgQFjAD&url=http%3A%2F%2Fwww.energy-etc.ru%2Fcontent%2Fmaterials%2Findex19-183.html&ei=daGNT4bBIM2a-gaqkPX-Dw&usg=AFQjCNHCeI84cuCIZaG-U0oisEZ6JXI7kA&sig2=NA156uCVQOb90ANGsOWt2A