Πατήστε τον διακόπτη - και το σκοτεινό δωμάτιο άλλαξε αμέσως, οι λεπτομέρειες των μικρότερων στοιχείων του εσωτερικού έγιναν ορατές. Έτσι διαδίδεται αμέσως η ενέργεια από μια μικρή συσκευή, πλημμυρίζοντας τα πάντα γύρω με φως. Τι σας κάνει να δημιουργείτε μια τόσο ισχυρή ακτινοβολία; Η απάντηση κρύβεται στο όνομα της συσκευής φωτισμού, η οποία ονομάζεται λάμπα πυρακτώσεως.
Η ιστορία της δημιουργίας των πρώτων στοιχείων φωτισμού
Η προέλευση των πρώτων λαμπτήρων πυρακτώσεως χρονολογείται από τις αρχές του 19ου αιώνα. Ή μάλλον, η λάμπα εμφανίστηκε λίγο αργότερα, αλλά η επίδραση της λάμψης των ράβδων πλατίνας και άνθρακα υπό τη δράση της ηλεκτρικής ενέργειας έχει ήδη παρατηρηθεί. Δύο δύσκολα ερωτήματα προέκυψαν ενώπιον των επιστημόνων:
- εύρεση υλικών υψηλής αντοχής ικανά να θερμαίνονται υπό την επίδραση ρεύματος σε κατάσταση εκπομπής φωτός.
- Αποτροπή ταχείας καύσης του υλικού στον αέρα.
Έρευνα καιεφευρέσεις του Ρώσου επιστήμονα Alexander Nikolaevich Lodygin και του Αμερικανού Thomas Edison.
Ο Lodygin πρότεινε να χρησιμοποιηθούν ράβδοι άνθρακα ως πυρακτωμένο στοιχείο, οι οποίες βρίσκονταν σε σφραγισμένη φιάλη. Το μειονέκτημα του σχεδιασμού ήταν η δυσκολία άντλησης αέρα, τα υπολείμματα του οποίου συνέβαλαν στην ταχεία καύση των ράβδων. Ωστόσο, οι λάμπες του έκαιγαν για αρκετές ώρες και οι εξελίξεις και οι πατέντες έγιναν η βάση για τη δημιουργία πιο ανθεκτικών συσκευών.
Ο Αμερικανός επιστήμονας Thomas Edison, έχοντας εξοικειωθεί με τα έργα του Lodygin, έφτιαξε μια αποτελεσματική φιάλη κενού, στην οποία τοποθέτησε ένα νήμα άνθρακα από ίνες μπαμπού. Ο Edison παρείχε επίσης στη βάση του λαμπτήρα μια σύνδεση με σπείρωμα που είναι εγγενής στους σύγχρονους λαμπτήρες και εφηύρε πολλά ηλεκτρικά στοιχεία, όπως: ένα βύσμα, μια ασφάλεια, έναν περιστροφικό διακόπτη και πολλά άλλα. Η απόδοση της λάμπας πυρακτώσεως Edison ήταν μικρή, αν και μπορούσε να λειτουργήσει έως και 1000 ώρες χρόνου και χρησιμοποιήθηκε πρακτική.
Στη συνέχεια, αντί για στοιχεία άνθρακα, προτάθηκε η χρήση πυρίμαχων μετάλλων. Το νήμα βολφραμίου που χρησιμοποιείται στους σύγχρονους λαμπτήρες πυρακτώσεως κατοχυρώθηκε επίσης από την Lodygin.
Η συσκευή και η αρχή λειτουργίας του λαμπτήρα
Ο σχεδιασμός ενός λαμπτήρα πυρακτώσεως δεν έχει αλλάξει ριζικά για περισσότερα από εκατό χρόνια. Περιλαμβάνει:
- Μια ερμητικά σφραγισμένη φιάλη που περιορίζει τον χώρο εργασίας και είναι γεμάτη με αδρανές αέριο.
- Η πλίνθος που έχεισπειροειδές σχήμα. Χρησιμεύει για να συγκρατεί τη λάμπα στην πρίζα και να τη συνδέει ηλεκτρικά με εξαρτήματα που μεταφέρουν ρεύμα.
- Αγωγοί που μεταφέρουν ρεύμα από τη βάση στη σπείρα και το συγκρατούν.
- Σπειροειδής πυρακτώσεως, η θέρμανση του οποίου δημιουργεί την εκπομπή φωτεινής ενέργειας.
Όταν ένα ηλεκτρικό ρεύμα διέρχεται από ένα πηνίο, θερμαίνεται αμέσως μέχρι τις υψηλότερες θερμοκρασίες έως και 2700 βαθμούς. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η σπείρα έχει μεγάλη αντίσταση ρεύματος και δαπανάται πολλή ενέργεια για να ξεπεραστεί αυτή η αντίσταση, η οποία απελευθερώνεται ως θερμότητα. Η θερμότητα θερμαίνει το μέταλλο (βολφράμιο) και αρχίζει να εκπέμπει φωτόνια φωτός. Λόγω του γεγονότος ότι η φιάλη δεν περιέχει οξυγόνο, το βολφράμιο δεν οξειδώνεται κατά τη θέρμανση και δεν καίγεται. Ένα αδρανές αέριο εμποδίζει την εξάτμιση των θερμών μεταλλικών σωματιδίων.
Ποια είναι η απόδοση μιας λάμπας πυρακτώσεως
Η απόδοση δείχνει ποιο ποσοστό της ενέργειας που δαπανάται μετατρέπεται σε χρήσιμο έργο και ποιο όχι. Στην περίπτωση ενός λαμπτήρα πυρακτώσεως, η απόδοση είναι χαμηλή, αφού μόνο το 5-10% της ενέργειας πηγαίνει να εκπέμψει φως, το υπόλοιπο απελευθερώνεται ως θερμότητα.
Η απόδοση των πρώτων λαμπτήρων πυρακτώσεως, όπου η ράβδος άνθρακα λειτουργούσε ως νήμα, ήταν ακόμη χαμηλότερη σε σύγκριση με τις σύγχρονες συσκευές. Αυτό οφείλεται σε πρόσθετες απώλειες λόγω μεταφοράς. Τα σπειροειδή νήματα έχουν χαμηλότερο ποσοστό αυτών των απωλειών.
Η απόδοση ενός λαμπτήρα πυρακτώσεως εξαρτάται άμεσα από τη θερμοκρασία θέρμανσης της σπείρας. Ως στάνταρ, ένα πηνίο λάμπας 60 W θερμαίνεται στους 2700 ºС, σεαυτή η απόδοση είναι μόνο 5%. Είναι δυνατό να αυξήσετε την τιμή θέρμανσης στους 3400 ºС αυξάνοντας την τάση, αλλά αυτό θα μειώσει τη διάρκεια ζωής της συσκευής κατά περισσότερο από 90%, αν και η λάμπα θα λάμπει πιο έντονα και η απόδοση θα αυξηθεί στο 15%.
Είναι λάθος να πιστεύουμε ότι η αύξηση της ισχύος της λάμπας (100, 200, 300 W) οδηγεί σε αύξηση της απόδοσης μόνο επειδή έχει αυξηθεί η φωτεινότητα της συσκευής. Η λάμπα άρχισε να λάμπει πιο έντονα λόγω της μεγαλύτερης ισχύος της ίδιας της σπείρας και ως αποτέλεσμα της μεγαλύτερης απόδοσης φωτός. Αλλά και το ενεργειακό κόστος έχει αυξηθεί. Επομένως, η απόδοση μιας λάμπας πυρακτώσεως 100 W θα είναι επίσης μεταξύ 5-7%.
Ποικιλίες λαμπτήρων πυρακτώσεως
Οι λαμπτήρες πυρακτώσεως διατίθενται σε διάφορα σχέδια και λειτουργικούς σκοπούς. Χωρίζονται σε φωτιστικά:
- Γενική χρήση. Αυτά περιλαμβάνουν λαμπτήρες για οικιακή χρήση διαφορετικής ισχύος, σχεδιασμένοι για τάση δικτύου 220 V.
- Διακοσμητικό σχέδιο. Έχουν μη τυποποιημένους τύπους φιαλών σε μορφή κεριών, σφαιρών και άλλων σχημάτων.
- Τύπος φωτισμού. Χρωματιστές λάμπες χαμηλής ισχύος για πολύχρωμους φωτισμούς.
- Τοπικός προορισμός. Ασφαλείς συσκευές τάσης έως 40 V. Χρησιμοποιούνται σε τραπέζια παραγωγής, για να φωτίζουν τους χώρους εργασίας των εργαλειομηχανών.
- Επικάλυψη με καθρέφτη. Λαμπτήρες που δημιουργούν κατευθυντικό φως.
- Τύπος σήματος. Χρησιμοποιείται για εργασία στους πίνακες εργαλείων διαφόρων συσκευών.
- Για μεταφορά. Μεγάλη γκάμα λαμπτήρων αυξημένης αντοχής στη φθορά και αξιοπιστίας. Διαθέτει φιλικό προς το χρήστη σχέδιο για γρήγορη αντικατάσταση.
- Για προβολείς. Λαμπτήρες αυξημένης ισχύος, που φτάνουν έως και 10.000 W.
- Για οπτικές συσκευές. Λάμπες για προβολείς φιλμ και παρόμοιες συσκευές.
- Μετατροπέας. Χρησιμοποιείται ως τμήματα της ψηφιακής οθόνης οργάνων μέτρησης.
Θετικές και αρνητικές πλευρές των λαμπτήρων πυράκτωσης
Οι συσκευές φωτισμού πυρακτώσεως έχουν τα δικά τους χαρακτηριστικά. Τα θετικά περιλαμβάνουν:
- στιγμιαία ανάφλεξη του πηνίου;
- περιβαλλοντική ασφάλεια;
- μικρό μέγεθος;
- δίκαιη τιμή;
- η δυνατότητα δημιουργίας συσκευών διαφορετικής ισχύος και τάσης λειτουργίας τόσο AC όσο και DC;
- πολυχρηστικότητα εφαρμογής.
Προς αρνητικό:
- λάμπα πυρακτώσεως χαμηλής απόδοσης;
- ευαισθησία σε υπερτάσεις ισχύος που σώζουν ζωές;
- μικρές ώρες εργασίας που δεν υπερβαίνουν τις 1000;
- κίνδυνος πυρκαγιάς των λαμπτήρων λόγω ισχυρής θέρμανσης του λαμπτήρα;
- εύθραυστο σχέδιο.
Άλλοι τύποι φωτιστικών
Υπάρχουν λαμπτήρες φωτισμού, η αρχή των οποίων διαφέρει θεμελιωδώς από τη λειτουργία των λαμπτήρων πυρακτώσεως. Αυτά περιλαμβάνουν εκκένωση αερίου και λαμπτήρες LED.
Υπάρχουν πολλές λάμπες εκκένωσης τόξου ή αερίου, αλλά όλες βασίζονται στη λάμψη του αερίου όταν εμφανίζεται ένα τόξο μεταξύ των ηλεκτροδίων. Η λάμψη εμφανίζεται στο υπεριώδες φάσμα, το οποίο στη συνέχεια μετατρέπεται σε ορατό στο ανθρώπινο μάτι.περνώντας μέσα από την επικάλυψη φωσφόρου.
Η διαδικασία που συμβαίνει σε μια λάμπα εκκένωσης αερίου περιλαμβάνει δύο στάδια εργασίας: τη δημιουργία εκκένωσης τόξου και τη διατήρηση του ιονισμού και της λάμψης του αερίου στον λαμπτήρα. Επομένως, όλοι οι τύποι τέτοιων φωτιστικών διαθέτουν σύστημα ελέγχου ρεύματος. Οι συσκευές φθορισμού έχουν υψηλότερη απόδοση από τους λαμπτήρες πυρακτώσεως, αλλά δεν είναι ασφαλείς επειδή περιέχουν ατμούς υδραργύρου.
Οι συσκευές φωτισμού LED είναι τα πιο σύγχρονα συστήματα. Η απόδοση μιας λάμπας πυρακτώσεως και μιας λάμπας LED είναι ασύγκριτη. Στο τελευταίο αγγίζει το 90%. Η αρχή λειτουργίας του LED βασίζεται στη λάμψη ενός συγκεκριμένου τύπου ημιαγωγού υπό την επίδραση της τάσης.
Τι δεν αρέσει σε έναν λαμπτήρα πυρακτώσεως
Η διάρκεια ζωής ενός συνηθισμένου λαμπτήρα πυρακτώσεως θα μειωθεί εάν:
- Η τάση στο δίκτυο υπερεκτιμάται συνεχώς από την ονομαστική, για την οποία έχει σχεδιαστεί η συσκευή φωτισμού. Αυτό οφείλεται στην αύξηση της θερμοκρασίας λειτουργίας του θερμαντικού σώματος και, ως αποτέλεσμα, στην αυξημένη εξάτμιση του κράματος μετάλλων, που οδηγεί σε αστοχία του. Αν και η απόδοση της λάμπας πυρακτώσεως θα είναι μεγαλύτερη.
- Κουνήστε απότομα τη λάμπα κατά τη λειτουργία. Όταν το μέταλλο θερμαίνεται σε κατάσταση κοντά στο λιώσιμο και η απόσταση μεταξύ των στροφών της σπείρας μειώνεται λόγω της διαστολής της ουσίας, οποιαδήποτε μηχανική, απότομη κίνηση μπορεί να οδηγήσει σε ένα κύκλωμα ενδιάμεσης στροφής που δεν γίνεται αντιληπτό στο μάτι. Αυτό μειώνει τη συνολική αντίσταση του πηνίου στο ρεύμα, συμβάλλει στη μεγαλύτερη και γρήγορη θέρμανση τουεξάντληση.
- Θα μπει νερό στη θερμαινόμενη φιάλη. Παρουσιάζεται διαφορά θερμοκρασίας στο σημείο πρόσκρουσης, η οποία προκαλεί το σπάσιμο του γυαλιού.
- Αγγίξτε τα δάχτυλά σας στη λάμπα της λάμπας αλογόνου. Ένας λαμπτήρας αλογόνου είναι ένας τύπος λαμπτήρα πυρακτώσεως, αλλά έχει σημαντικά υψηλότερη απόδοση φωτός και θερμότητας. Όταν αγγίξετε, μια αόρατη λιπαρή κηλίδα από το δάχτυλο παραμένει στη φιάλη. Υπό την επίδραση της θερμοκρασίας, το λίπος καίγεται, σχηματίζοντας εναποθέσεις άνθρακα που εμποδίζουν τη μεταφορά θερμότητας. Ως αποτέλεσμα, στο σημείο επαφής, το γυαλί αρχίζει να λιώνει και μπορεί να σκάσει ή να διογκωθεί, διαταράσσοντας το καθεστώς αερίου στο εσωτερικό, γεγονός που οδηγεί σε εξάντληση της σπείρας. Οι λαμπτήρες πυρακτώσεως αλογόνου έχουν υψηλότερη απόδοση από τους συνηθισμένους.
Πώς να αλλάξετε τη λάμπα
Αν η λάμπα έχει καεί, αλλά η λάμπα δεν έχει καταρρεύσει, τότε μπορείτε να την αντικαταστήσετε αφού κρυώσει τελείως. Σε αυτή την περίπτωση, απενεργοποιήστε το ρεύμα. Όταν βιδώνετε τη λάμπα, τα μάτια δεν χρειάζεται να κατευθύνονται προς την κατεύθυνσή της, ειδικά εάν δεν είναι δυνατό να απενεργοποιήσετε το ηλεκτρικό ρεύμα.
Όταν ο λαμπτήρας σκάσει, αλλά διατήρησε το σχήμα του, συνιστάται να πάρετε ένα βαμβακερό ύφασμα, να το διπλώσετε σε πολλές στρώσεις και, τυλίγοντάς το γύρω από τη λάμπα, προσπαθήστε να αφαιρέσετε το γυαλί. Στη συνέχεια, χρησιμοποιώντας πένσες με μονωμένες λαβές, ξεβιδώστε προσεκτικά τη βάση και βιδώστε μια νέα λάμπα. Όλες οι λειτουργίες πρέπει να εκτελούνται με απενεργοποιημένο.
Συμπέρασμα
Παρά το γεγονός ότι η απόδοση μιας λάμπας πυρακτώσεως είναι μικρό ποσοστό και έχει όλο και περισσότερους ανταγωνιστές, είναι σχετική σε πολλούς τομείς της ζωής. Υπάρχει ακόμη και ο παλαιότερος λαμπτήρας, ο οποίος λειτουργεί συνεχώς για περισσότερα από εκατό χρόνια. Δεν είναι αυτό επιβεβαίωση και διαιώνιση της ιδιοφυΐας της σκέψης ενός ατόμου που προσπαθεί να αλλάξει τον κόσμο;
