Kytkimen napautus - ja pimeä huone muuttui heti, sisätilojen pienimpien elementtien yksityiskohdat tulivat näkyviin. Näin pienestä laitteesta tuleva energia leviää hetkessä ja tulvii valolla kaiken ympärilläsi. Mikä saa sinut luomaan niin voimakkaan säteilyn? Vastaus piilee valaisimen nimessä, jota kutsutaan hehkulampuksi.
Ensimmäisten valaistuselementtien luomisen historia
Ensimmäisten hehkulamppujen alkuperä juontaa juurensa 1800-luvun alkuun. Tai pikemminkin lamppu ilmestyi hieman myöhemmin, mutta platina- ja hiilisauvojen hehkun vaikutus sähköenergian vaikutuksesta on jo havaittu. Tiedemiesten eteen nousi kaksi vaikeaa kysymystä:
- löytää korkearesistenssiä materiaaleja, jotka voivat lämmetä virran vaikutuksesta valoa emittoivaan tilaan;
- Materiaalin nopean palamisen estäminen ilmassa.
Tutkimus javenäläisen tiedemiehen Aleksandr Nikolajevitš Lodyginin ja amerikkalaisen Thomas Edisonin keksinnöt.
Lodygin ehdotti hiilisauvojen käyttöä hehkuelementtinä, jotka olivat suljetussa pullossa. Suunnittelun haittana oli ilman pumppaamisen vaikeus, jonka jäännökset vaikuttivat sauvojen nopeaan palamiseen. Mutta silti hänen lamppunsa paloivat useita tunteja, ja kehitystyöstä ja patenteista tuli perusta kestävämpien laitteiden luomiselle.
Amerikkalainen tiedemies Thomas Edison, tutustuttuaan Lodyginin teoksiin, valmisti tehokkaan tyhjiöpullon, johon hän asetti bambukuidusta tehdyn hiililangan. Edison toimitti myös lampun kantaan nykyaikaisille lampuille ominaisen kierreliitoksen ja keksi monia sähköelementtejä, kuten: pistokkeen, sulakkeen, kiertokytkimen ja paljon muuta. Edison-hehkulampun hyötysuhde oli pieni, vaikka se toimi jopa 1000 tuntia ja sai käytännöllistä käyttöä.
Myöhemmin ehdotettiin käytettäväksi tulenkestäviä metalleja hiilialkuaineiden sijasta. Lodygin patentoi myös nykyaikaisissa hehkulampuissa käytetyn volframilangan.
Laite ja lampun toimintaperiaate
Hehkulampun muotoilu ei ole olennaisesti muuttunut yli sataan vuoteen. Se sisältää:
- Hermeettisesti suljettu pullo, joka rajoittaa työtilan ja on täytetty inertillä kaasulla.
- Sokkeli, jolla onspiraalin muotoinen. Se pitää lampun pistorasiassa ja kytkee sen sähköisesti virtaa kuljettaviin osiin.
- Johtimet, jotka johtavat virtaa alustasta spiraaliin ja pitävät sen.
- Hehkuspiraali, jonka lämpeneminen synnyttää valoenergian säteilyn.
Kun sähkövirta kulkee kelan läpi, se lämpenee välittömästi korkeimpiin lämpötiloihin, jopa 2700 asteeseen. Tämä johtuu siitä, että spiraalilla on suuri virran vastus ja paljon energiaa kuluu tämän vastuksen voittamiseksi, joka vapautuu lämpönä. Lämpö lämmittää metallin (volframi), ja se alkaa lähettää valon fotoneja. Koska pullo ei sisällä happea, volframi ei hapetu kuumennettaessa, eikä se pala. Inertti kaasu estää kuumien metallihiukkasten haihtumisen.
Mikä on hehkulampun hyötysuhde
Tehokkuus osoittaa, kuinka suuri osuus käytetystä energiasta muuttuu hyödylliseksi työksi ja mikä ei. Hehkulampun tapauksessa hyötysuhde on alhainen, koska vain 5-10 % energiasta menee valon säteilemiseen, loput vapautuvat lämpönä.
Ensimmäisten hehkulamppujen, joissa hiilitanko toimi hehkulankana, hyötysuhde oli vieläkin nykyaikaisiin laitteisiin verrattuna pienempi. Tämä johtuu konvektiosta johtuvista lisähäviöistä. Spiraalifilamenttien prosenttiosuus näistä häviöistä on pienempi.
Hehkulampun hyötysuhde riippuu suoraan spiraalin lämmityslämpötilasta. Vakiona 60 W lamppukäämi lämpenee 2700 ºС, klotämä hyötysuhde on vain 5 %. Lämmitysarvoa on mahdollista nostaa 3400 ºС lisäämällä jännitettä, mutta tämä lyhentää laitteen käyttöikää yli 90 %, vaikka lamppu loistaa kirkkaammin ja hyötysuhde nousee 15 %:iin.
On väärin ajatella, että lampun tehon lisäys (100, 200, 300 W) johtaisi tehokkuuden kasvuun vain siksi, että laitteen kirkkaus on kasvanut. Lamppu alkoi loistaa kirkkaammin itse spiraalin suuremman tehon ja suuremman valotehon seurauksena. Mutta myös energiakustannukset ovat nousseet. Siksi myös 100 W hehkulampun hyötysuhde on 5-7 %.
Erilaisia hehkulamppuja
Hehkulamppuja on erilaisia ja toiminnallisia tarkoituksia varten. Ne on jaettu valaisimiin:
- Yleinen käyttö. Näitä ovat kotikäyttöön tarkoitetut eri tehoiset lamput, jotka on suunniteltu 220 V verkkojännitteelle.
- Koristeellinen suunnittelu. Heillä on epätyypillisiä pulloja kynttilöiden, pallojen ja muiden muotojen muodossa.
- Valaistustyyppi. Pienitehoiset värilliset lamput värikkääseen valaistukseen.
- Paikallinen kohde. Turvajännitelaitteet 40 V asti. Niitä käytetään tuotantopöydillä, työstökoneiden työpisteiden valaisemiseen.
- Peilipinnoitettu. Lamput, jotka luovat suuntavaloa.
- Signaalityyppi. Työskennellyt useiden laitteiden kojelaudoissa.
- Kuljetukseen. Laaja valikoima lamppuja, joilla on parannettu kulutuskestävyys ja luotettavuus. Käyttäjäystävällinen muotoilu nopeaa vaihtoa varten.
- Kohdevaloille. Lamput, joiden teho on jopa 10 000 W.
- Optisille laitteille. Lamput elokuvaprojektoreihin ja vastaaviin laitteisiin.
- Kommutaattori. Käytetään mittauslaitteiden digitaalisen näytön segmentteinä.
Hehkulamppujen positiiviset ja negatiiviset puolet
Hehkulampputyyppisillä valaistuslaitteilla on omat ominaisuutensa. Positiivisia ovat:
- käämin välitön sytytys;
- ympäristöturvallisuus;
- pieni koko;
- kohtuullinen hinta;
- kyky luoda laitteita, joilla on eri teho ja käyttöjännite sekä AC että DC;
- sovelluksen monipuolisuus.
Negatiivinen:
- matalatehoinen hehkulamppu;
- herkkyys hengenpelastaville virtapiikeille;
- lyhyt työaika enintään 1000;
- lamppujen palovaara polttimon voimakkaan kuumenemisen vuoksi;
- herkkä muotoilu.
Muutyyppiset valaisimet
On valaistuslamppuja, joiden toimintaperiaate eroaa olennaisesti hehkulamppujen toiminnasta. Näitä ovat kaasupurkaus- ja LED-lamput.
Valokaari- tai kaasupurkauslamppuja on paljon, mutta ne kaikki perustuvat kaasun hehkuun, kun elektrodien välillä syntyy kaari. Hehku esiintyy ultraviolettispektrissä, joka muuttuu sitten ihmissilmälle näkyväksi.viemällä fosforipinnoitteen läpi.
Kaasupurkauslampussa tapahtuvaan prosessiin kuuluu kaksi työvaihetta: kaaripurkauksen luominen ja kaasun ionisaation ja hehkun ylläpito polttimossa. Siksi kaikissa tällaisissa valaisimissa on nykyinen ohjausjärjestelmä. Loisteputkien hyötysuhde on suurempi kuin hehkulamppujen, mutta ne eivät ole turvallisia, koska ne sisältävät elohopeahöyryä.
LED-valaistuslaitteet ovat nykyaikaisimpia järjestelmiä. Hehkulampun ja LED-lampun tehokkuus on vertaansa vailla. Jälkimmäisessä se saavuttaa 90%. LEDin toimintaperiaate perustuu tietyntyyppisen puolijohteen hehkuun jännitteen vaikutuksesta.
Mistä hehkulamppu ei pidä
Tavallisen hehkulampun käyttöikä lyhenee, jos:
- Verkon jännite on jatkuvasti yliarvostettu nimellisarvosta, jota varten valaistuslaite on suunniteltu. Tämä johtuu lämmityskappaleen käyttölämpötilan noususta ja sen seurauksena metalliseoksen lisääntyneestä haihtumisesta, mikä johtaa sen vaurioitumiseen. Vaikka hehkulampun hyötysuhde on suurempi.
- Ravista lamppua jyrkästi käytön aikana. Kun metalli kuumennetaan tilaan, joka on lähellä sulamista ja spiraalin kierrosten välinen etäisyys pienenee aineen laajenemisen vuoksi, mikä tahansa mekaaninen, äkillinen liike voi johtaa silmällä havaitsemattomaan kierrosten väliseen piiriin. Tämä vähentää kelan yleistä virranvastusta, edistää sen suurempaa kuumenemista ja nopeuttaburnout.
- Lämmitettyyn pulloon pääsee vettä. Törmäyskohdassa tapahtuu lämpötilaero, joka aiheuttaa lasin rikkoutumisen.
- Kosketa sormillasi halogeenilampun polttimoa. Halogeenilamppu on eräänlainen hehkulamppu, mutta sillä on huomattavasti suurempi valo- ja lämpöteho. Koskettaessa pulloon jää näkymätön rasvainen tahra sormesta. Lämpötilan vaikutuksesta rasva palaa ja muodostaa hiilikerrostumia, jotka estävät lämmön siirtymisen. Tämän seurauksena lasi alkaa kosketuskohdassa sulaa ja voi räjähtää tai turvota, mikä häiritsee sisällä olevaa kaasujärjestelmää, mikä johtaa spiraalin palamiseen. Halogeenihehkulamppujen hyötysuhde on tavallista korkeampi.
Kuinka vaihdat lampun
Jos lamppu on palanut, mutta polttimo ei ole romahtanut, voit vaihtaa sen, kun se on täysin jäähtynyt. Katkaise tässä tapauksessa virta. Lamppua ruuvattaessa silmiä ei tarvitse suunnata sen suuntaan, varsinkaan jos sähköä ei voi sammuttaa.
Kun polttimo räjähtää, mutta säilytti muotonsa, on suositeltavaa ottaa puuvillakangas, taittaa se useaan kerrokseen ja kääri se lampun ympärille yrittää irrottaa lasi. Kierrä seuraavaksi pohja varovasti irti pihdeillä, joissa on eristetyt kahvat ja ruuvaa sisään uusi lamppu. Kaikki toiminnot on suoritettava virran ollessa pois päältä.
Johtopäätös
Huolimatta siitä, että hehkulampun hyötysuhde on pieni ja sillä on yhä enemmän kilpailijoita, sillä on merkitystä monilla elämänalueilla. Siellä on jopa vanhin hehkulamppu, joka on toiminut jatkuvasti yli sata vuotta. Eikö tämä ole vahvistus ja jatkumo sille ajatukselle, että ihminen pyrkii muuttamaan maailmaa?
