Теория:
Лампа накаливания — электрический источник света, в котором нить накала (спираль) нагревается до высокой температуры за счёт протекания через неё электрического тока, в результате чего излучается видимый свет. В качестве нити накала в настоящее время используется в основном спираль из вольфрама и сплавов на его основе (рис. 1).
Рис. 1. Изображение лампы накаливания
Во время работы лампы температура нити накаливания достигает . Спираль находится в стеклянном баллоне (колбе), из которой выкачивают воздух. Однако это приводит к испарению вольфрама с поверхности спирали и перегоранию спирали. Во избежание этого баллон лампы заполняют азотом или инертными газами — криптоном или аргоном, которые предотвращают разрушение нити накала.
Устройство лампы накаливания можно рассмотреть на рисунке 2, на нём также указаны некоторые составные части лампы: 1) стеклянная колба, 2) инертный газ, 3) нить накаливания, 4) контактный провод (соединяется с ножкой); 5) контактный провод (соединяется с цоколем); 6) держатели, 7) стеклянная ножка (лопатка), 8) вывод контакта на цоколь, 9) цоколь лампы, 10) изоляционный материал, 11) контактный «носик».
Устройство лампы накаливания можно рассмотреть на рисунке 2, на нём также указаны некоторые составные части лампы: 1) стеклянная колба, 2) инертный газ, 3) нить накаливания, 4) контактный провод (соединяется с ножкой); 5) контактный провод (соединяется с цоколем); 6) держатели, 7) стеклянная ножка (лопатка), 8) вывод контакта на цоколь, 9) цоколь лампы, 10) изоляционный материал, 11) контактный «носик».
Рис. 2. Конструкция лампы накаливания
Разработки электрической лампы освещения велись с начала \(XIX\) века.
\(1802\) — опыты В.В. Петрова с дуговой лампой освещения;
\(1844\) — Жан Бернар Фуко заменил электроды дуговой лампы из древесного угля электродами из ретортного угля;
\(23\) марта \(1876\) — патент Павла Николаевича Яблочкова (рис. 4) на «электрическую свечу» — угольные электроды в стеклянной колбе (рис. 3);
Рис. 3. Лампа Яблочкова П.Н. Рис. 4. Яблочков П. Н.
Первая лампочка с платиновой спиралью в стеклянной трубке создана Деларю в \(1809\).
\(1870\)-\(1875\) — работа русского отставного офицера Александра Николаевича Лодыгина (рис. 5, 6).
Рис. 5. Лодыгин А.Н. Рис. 6. Лампа Лодыгина А.Н.
В \(1874\) А.Н. Лодыгин получил русскую привилегию (авторское свидетельство) на лампу с последовательным горением угольных стержней. Это были первые лампы длительного действия — от \(40\) минут до сотен часов.
В \(90\)-х годах тело накала заменили вольфрамовой нитью. В \(1900\) году эти лампы демонстрировались на Парижской выставке.
Под руководством Томаса Эдисона (рис. 7) были разработаны система электрического освещения. Он изучал работы Лодыгина и Яблочкова и использовал талант молодых учёных для промышленного применения открытий. Патенты он оформлял на себя — требовались взносы для получения документов. Томас из богатой семьи голландских эмигрантов даже не получил начального образования. По историческим сведениям, Эдисон получил семейное образование и с \(12\)-летнего возраста уже зарабатывал, продавая газеты и журналы. Эдисон стал умелым предпринимателем.
Рис. 7. Томас Эдисон
В лампочке накаливания только потреблённой энергии превращается в свет, а остальная энергия преобразуется в тепло. К тому же, эти лампочки имеют малый срок службы и низкую световую отдачу. Более экономичными являются энергосберегающие (люминесцентные) лампы, которые более энергии преобразуют в свет, и светодиодные лампы.
Энергосберегающая (люминесцентная) лампа состоит из колбы, которая наполнена парами ртути и аргона, и пускового устройства — стартера. Внутренняя поверхность колбы покрыта специальным веществом — люминофором. При воздействии ультрафиолетового излучения на люминофор начинает излучаться видимый свет. Люминофор может создавать различные цвета светового потока, так как сам может иметь разнообразные оттенки. Компактная люминесцентная лампа представлена на рисунке 8.
Рис. 8. Изображение люминесцентной лампы
Она состоит из колбы с люминофорным покрытием, в которой содержатся пары ртути и впаяны нити накала, электронной пускорегулирующей аппаратуры, пластмассового корпуса и цоколя.
При одинаковой светоотдаче потребление электроэнергии лампами накаливания приблизительно в \(5\) раз больше, чем у люминесцентных ламп. Именно во столько раз различаются их мощности.
Применение светодиодных индикаторов и ламп позволяет сэкономить электроэнергию, увеличить безопасность и эргономичность приборов. Светодиодные лампы (LED-лампы) применяются для освещения жилых и производственных помещений, для уличной подсветки (рис. 9).
Рис. 9. Светодиодная лампа
Видеоролик «Работа тока в лампе накаливания»
Тепловое действие электрического тока впервые наблюдалось в году, когда током удалось расплавить различные металлы. Первое промышленное применение этого явления относится к году, когда был предложен электрозапал для пороха.
Способность электрического тока нагревать металлические проводники используется в промышленности и быту:
- сушуары, фены, сушилки для рук;
- утюги, отпариватели;
- чайники, бойлеры (водонагреватели);
- паяльники, электроплитки;
- промышленные фены, тепловые пушки;
- обогреватели воздушные и масляные;
- пароварки, мультиварки;
- кофемашины (паровые);
- стиральные машины (нагревание воды);
- дуговая сварка.
Нагревательный элемент — проводник с большим значением удельного сопротивления, высокой температурой плавления.
Формы проводников могут иметь вид спирали, плоской металлической полосы или тепловыделяющей поверхности.
В таблице удельных сопротивлений можно определить проводники, оптимальные для использования в нагревательных элементах.
Большим удельным сопротивлением обладает нихром (сплав никеля, железа, хрома и марганца). Существуют и другие материалы с большим удельным сопротивлением, например, фехраль (сплав хрома, алюминия, кремния, железа и марганца).
В качестве нагревательного элемента утюга используют ленту из нихрома или спираль, которая нагревает жароустойчивую керамику — керамические кольца, которые равномерно распределяют тепло на всю подошву утюга.
Источники:
Рис. 1. Указание авторства не требуется, бесплатно для коммерческого использования, Pixabay License, 2021-06-14, https://clck.ru/VVjNP.
Рис. 2. Автор: Created by Fastfission in Inkscape. - Власна робота, Суспільне надбання (Public Domain), https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=763569.
Рис. 3. By Unknown illustrator - Fig. 499 at page 511 in Electricity in the service of man by Alfred Ritter von Urbanitzky, edited, with copious additions by Richard Wormell. Published by Cassell & Company (1886), Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=19917066.
Рис. 4. By Unknown author - http://energomuseum.ru/persons/yablochkov_pavel_nikolaevich/, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=47284646.
Рис. 5. By Unknown author - http://www.tstu.ru/en/tambov/tambov/tambov_img/imena_img/lodygin.jpg, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=11845034.
Рис. 6. Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=262583.
Рис. 7. Автор: Louis Bachrach, Bachrach Studios, restored by Michel Vuijlsteke - Это изображение из Библиотеки Конгресса США, отдел эстампов и фотографий (Prints and Photographs division), имеет цифровой идентификатор (digital ID) cph.3c05139.Эта пометка не указывает на правовой статус данной работы. Пометка о правовом статусе по-прежнему необходима. См. подробнее правила лицензирования Викисклада., Общественное достояние, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=9505005.
Рис. 8. Указание авторства не требуется, бесплатно для коммерческого использования, Pixabay License, 2021-06-14, https://clck.ru/VVo2d.
Рис. 2. Автор: Created by Fastfission in Inkscape. - Власна робота, Суспільне надбання (Public Domain), https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=763569.
Рис. 3. By Unknown illustrator - Fig. 499 at page 511 in Electricity in the service of man by Alfred Ritter von Urbanitzky, edited, with copious additions by Richard Wormell. Published by Cassell & Company (1886), Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=19917066.
Рис. 4. By Unknown author - http://energomuseum.ru/persons/yablochkov_pavel_nikolaevich/, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=47284646.
Рис. 5. By Unknown author - http://www.tstu.ru/en/tambov/tambov/tambov_img/imena_img/lodygin.jpg, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=11845034.
Рис. 6. Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=262583.
Рис. 7. Автор: Louis Bachrach, Bachrach Studios, restored by Michel Vuijlsteke - Это изображение из Библиотеки Конгресса США, отдел эстампов и фотографий (Prints and Photographs division), имеет цифровой идентификатор (digital ID) cph.3c05139.Эта пометка не указывает на правовой статус данной работы. Пометка о правовом статусе по-прежнему необходима. См. подробнее правила лицензирования Викисклада., Общественное достояние, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=9505005.
Рис. 8. Указание авторства не требуется, бесплатно для коммерческого использования, Pixabay License, 2021-06-14, https://clck.ru/VVo2d.
Рис. 9. By NGJ - Own work, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=6080786.