燈泡的說明和工作原理
什麼是白熾燈
白熾燈，以下簡稱LN，是一種人造光源，其光通量是通過將細金屬燈絲加熱到熾熱金屬的輝光溫度而獲得的。為了加熱，電流通過燈絲。第一盞燈有一根燒焦的有機物燈絲，例如竹子，呈纖維狀。
為防止螺紋快速燒壞，將空氣從燒瓶中抽出並密封。或者他們用一種沒有氧化劑的氣體成分 - 氧氣填充燒瓶。這種氣體被稱為惰性氣體——氬氣、氖氣、氦氣、氮氣等。這些氣體之所以這樣命名是因為它們不與金屬反應，即惰性。
第一盞燈 碳絲的工作資源不超過十幾個小時。用細金屬絲代替碳絲後顯著增加。
這種燈稱為白熾燈，即熱金屬燈。線被稱為燈絲。例如，加熱到 1200°C 的鋼會發出黃白色光，而在 1300°C 時它會發出幾乎白色的光。
19世紀末，很快燒壞的碳線被難熔金屬——鎢、鉬、鋨或金屬氧化物——鋯、鎂、釔等取代。
通過用惰性氣體填充燒瓶，金屬從熱燈絲中的蒸發速率降低，因此延長了其操作的持續時間。
在高功率下，燈絲以“分支”形式製成。用於產生定向流動的投影光源具有復雜配置的線，形成垂直於輻射軸的平面結構。在這種情況下，將光反射器放置在燈泡內部，例如，以薄層噴塗金屬 - 銀或鋁的形式。
要直接從當時存在的 110 V 恆壓電源為燈供電，需要一根又長又細的金屬線。這提供了增加的電阻，這意味著加熱所需的電流更少。
對於小體積透明玻璃燒瓶中的密集“包裝”，將線反复彎曲並放置在線架上。
螺紋的這種彎曲使第一個光源的設計複雜化，它的工作時間比“煤”光源長得多。白熾燈泡設計發展的一個突破是提出將螺紋擰成螺旋形。這將其尺寸縮小了數倍。
通過將一個細螺旋折疊成第二個螺旋，可以獲得更小尺寸的白熾體，但直徑更大。雙螺旋稱為雙螺旋。
光源發展的下一個階段是過渡到交流網絡並使用變壓器來降低燈的電源電壓。
白熾燈的主要部件
白熾燈的主要結構元素包括：
- 燈絲或燈絲體；
- 用於緊固螺紋的配件；
- 用於保護螺紋免受快速燃燒和外部影響的燒瓶；
- 用於安裝在墨盒中並連接到電源的底座；
- socle 觸點 - 一個螺紋體和一個位於 socle 底部的中心觸點。
電樞設計用於固定螺紋並產生所需的光通量配置和方向。
底座用於固定在安裝盒中並連接到燒瓶。在改裝燈（類似於白熾燈）中，電源裝置的一部分放置在底座中。
底座
在 鹵素白熾燈，根據燒瓶的供電電壓、功率和設計，安裝了幾種類型的套筒 - 螺紋、銷釘、卡口、銷釘等。
需要在鞋套上的觸點系統連接到主電源或電源。
燒瓶
透明燒瓶 LN 用於：
- 保護螺紋免受含有氧化劑 - 氧氣的外部氣氛的影響；
- 產生和維持真空或氣體成分；
- 放置熒光粉和/或塗層，將不同類型的電磁能轉換為可見輻射，將熱量返回到燈絲，將不可見的紫外線和紅外線輻射轉換為光，校正燈發光的陰影 - 紅色、綠色、藍色。
白熾燈體
白熾燈體是捲成螺旋形或雙螺旋形或薄金屬帶的線。
氣體介質
填充燈泡燈泡的惰性氣體，例如氮氣、氬氣、氖氣、氦氣。在惰性氣體混合物中，加入鹵素物質。
LN 的工作原理及其工作原理
白熾燈泡的裝置在其發展過程中變化不大。根據白熾物質發光原理工作的主要元件是燈絲或白熾體。這是一根細鎢絲，直徑為 30-40，最大為 50 微米或微米（百萬分之一米）。
白熾燈的顏色從紅色開始，隨著溫度的升高，它們通過橙色、黃色變為白色。隨著溫度的進一步升高，白熾體的金屬首先熔化，然後在氧氣存在下燃燒。
視頻教程：現代燈泡的工作原理
冷鎢絲具有低電阻率。與大多數金屬一樣，鎢具有正的電阻溫度係數 TCR。這意味著在用電流加熱燈絲的過程中，它的電阻會增加。
開燈前，燈絲是冷的，電阻很小。因此，在接通時，提供的電流是標稱電流的 10-15 倍。這種跳躍稱為開始。而且他經常是 倦怠原因 白熾燈體。
預熱線程需要幾分之一秒。在此期間，它的阻力增加。最初，隨著氣體、燈泡和所有結構元件升溫，通過燈的大電流降低到標稱值。於是光源進入指定模式，產生通行證光通量。輝光的色調也變得名義上，即對應色溫從2000到3500K。它被稱為暖白，在規定範圍內有幾個原始名稱和縮寫的色溫等級。例如：
- 超暖白 - 2200-2400 K，指定為 S-Warm 或 S-W，它也是非常暖白或 Warm 2400；
- 暖 - 2600-2800 K 或暖 2700；
- 暖白 - 2700-3500 K 或暖白 (WW)；
- 另一個溫暖的是 2900-3100 K 或溫暖的 3000 (W)。
單個燈元件的溫度
LON燈泡的外表面取決於燈的功率，可以加熱到250-300℃或更高。
螺紋加熱至2000-2800℃，鎢的熔點為3410℃。
在某些設計中，燈絲由熔點為 3045 ℃ 或錸 - 2174 的鋨製成。因此，LN 的發射光譜移至可見光譜的紅色區域。
燈泡裡有什麼氣體
在第一盞燈中，空氣被泵出燒瓶。現在只有不超過 25 瓦的低功率燈泡被抽空（空氣被抽出）。
在加熱到 2-3 千度的鎢絲運行期間，金屬會從其表面集中蒸發。它的蒸汽沉積在燈泡內部並降低其透光率。
上世紀初進行的研究表明，如果燒瓶中充滿惰性氣體，蒸發會減少，光輸出會增加。因此，燒瓶開始充滿惰性氣體之一或它們的混合物。最常見的是氬氣、氮氣、氙氣、氪氣、氦氣等。氦氣用於對新型 LED 改裝燈的內部元件進行有效的被動冷卻。
本實驗嚴格不建議在家中進行。
它們的主要發光元件是由人造藍寶石或玻璃製成的細棒，上面裝有 LED 晶體。這種發射器稱為燈絲。一些“專家”混淆了本質 燈絲燈 並稱它們為“帶有藍寶石發光體的燈”。儘管這些燈中的人造藍寶石僅用作 LED 晶體的安裝底座和被動散熱器。
在大多數情況下，LN 的失效與白熾體表面的金屬蒸發無關，而與該過程在違反燈絲厚度的區域中的加速有關。這發生在金屬絲急劇彎曲或其斷裂的區域。在這個地方，它的電阻會局部增加，電壓、功耗和金屬溫度都會增加。蒸發加速，變成雪崩，螺紋迅速減少其厚度並燒毀。
這個問題在 1950 年代末和 1960 年代初通過開始批量生產鹵素白熾燈得到了解決。
鹵素——氯、溴、氟或碘——開始被引入惰性氣體或混合物的成分中。結果，金屬蒸發過程完全停止或顯著減慢。這些添加劑的原子與鎢蒸氣結合，形成不穩定化合物的分子。它們停留在白熾體的表面。在高溫的作用下，分子分解釋放出鹵素原子和純金屬，沉積在螺紋的熱表面上，部分還原蒸發層。
這個過程通過增加壓力來加強。這增加了燈絲溫度、使用壽命、光輸出、效率和其他特性。發射光譜向白色側移動。在充氣燈中，鎢蒸氣從內部使燈泡表面變暗的速度減慢。這種光源稱為鹵素。
電氣參數
白熾燈的電氣特性包括：
- 電功率，以瓦特為單位 - W，製造型號的範圍 - 從幾瓦（手電筒的燈泡 - 1 W）到 500 甚至 1000 W；
- 光通量Lm（流明）與功率有關——從5 W時的20 Lm到200 W時的2500 Lm，功率越大，光通量越高；
- 發光效率，能源效率或效率，Lm / W - 以光通量的形式有多少流明的光可以從網絡或電源消耗每瓦特的功率；
- 發光強度或亮度，cd（坎德拉）；
- 色溫 - 發出具有特定陰影的光的條件黑體的溫度。
電燈的用途
電燈可以根據其應用分為幾種類型 - 用於公共、技術和特殊用途。
主要的公共用途是在夜間或房間的黑暗地方為任何人、動物和鳥類提供人造光。
使用光，人們可以將日常活動延長幾個小時。它可以是工作和學習過程，家務活。道路安全正在改善，在晚上和夜間提供醫療援助的能力以及許多其他方面正在改善。
燈在牲畜場和家禽場積極使用，用於生長 植物 在溫室綜合體中。它們被一定光譜的光和光通量的大小照亮。對於養殖魚類，還需要具有特殊光譜成分的光。
技術目的。在生產中，出於技術目的，使用提供可見光和不可見光的設備。例子：
- 對於準確和重要的工作，一個人需要工作場所的高水平照明；
- 紅外 - 紅外輻射用於工業，例如，用於結構部件的非接觸式加熱或用於加熱在露天寒冷空氣中工作的人的氣候技術、軍事裝備和狩獵 - 用於武器的夜視儀、夜視設備等。 ;
- 紫外線- 輻射在牙科中用於快速硬化填充物，用於製造假牙等，用於醫學和衛生 - 用於 場所消毒、工具、衣物、家具表面、空氣、水、藥品等。
專用燈用於戶外和室內照明廣告、犯罪學、航空航天、表演的燈光伴奏等。
主要類型及特點
白熾燈的主要類型有：
- 通用燈具。由縮寫 LON 指定。通常這些設備的功率為 25、40、60、75 和 100 瓦。最常見的 - 60 瓦。但工業生產的 LON 容量為 150、200、500 甚至 1000 瓦。
- 鹵素白熾燈。生產用於在 220 或 110 V 的高壓網絡和低壓網絡上運行。在這種情況下，它們由降壓變壓器供電。
低壓鹵素LN的品種：
- 膠囊，具有全玻璃管的形式，不同的管腳 - 端銷 GY6.35 或 G4；
- 反射，具有反射元件，直徑為 35 至 111 毫米，GZ10 底座與選項。
高壓。主電壓 220-230 V，50 Hz。這些燈有更多選擇：
- 線性的玻璃管形式，帶有 R7S 底座；
- 圓柱形 - 鞋底 E27、E14 或 B15D；
- 用遠程或額外的燒瓶。
在最新型號中，小型鹵素燈管或燈管牢固地安裝在燈內。它焊接到傳統 LON 燈泡的中心桿上，具有連接到標準 Edison E27 或 E14 底座的柔性引線。功耗為 70-100 W，提供的光通量比傳統白熾燈高 20-30%。
這些型號的能效更高，達到 12-25 lm/W，而傳統 LON 的光輸出為 3-4 到 10-12 lm/W。
鹵素型號的使用壽命從 4-5 到 10-12 千小時不等。
按用途和設計區分燈具
裝飾燈
近年來，出現了模仿老式愛迪生 LN 的複古燈。
此外，他們還模仿燈泡形狀的“蠟燭”、“風中的蠟燭”、“凹凸”、“梨”、“球”等。
鏡像
鏡燈的燈泡的一部分從內部覆蓋有反射層。大多數情況下，這是金屬塗層——銀、鋁、金等。該層可以是薄的、半透明的或厚的、不透明的。
鏡面結構在生產中用於絕對清潔的工藝加熱，例如在具有最高材料純度的半導體生產中。在這種情況下，白熾燈的缺點 - 紅外輻射通量大 - 成為其無與倫比的優勢。
這種燈用於具有窄旋轉光束的燈中。
信號
信號燈是閃爍的光源。通常以閃爍信標的形式，例如，在公務車、飛機和直升機上，用於在車隊中傳輸燈光信息等。它們有一根細燈絲，可提供快速的亮度設置。
運輸
這種類型的燈設計用於不同類型的交通工具——汽車、鐵路和地鐵、河流和海上船隻。對它們的主要要求是抗振動和抗衝擊。為此，將燈絲製成較短並安裝在多個支撐元件上。這種燈的底座是卡口天鵝、銷或拱腹。它們不允許設備從墨盒中脫出和掉出。
燈飾
從名稱可以清楚地看出，這些燈是用於照明的。因此，他們的燒瓶由不同顏色的玻璃製成——藍色、綠色、黃色、紅色等。
雙鏈
這種白熾燈的方案：在一個燈泡中有兩個獨立的白熾燈絲。例如，在汽車前照燈中，雙燈絲燈的使用方式如下：
- 對一根線施加電壓時，近光燈打開——光束被“壓”在路基上，光束延伸數十米；
- 切換到第二根線後，光升起，射程可達數百米，通量會大很多。
這種燈可以在尾燈中。第一個線程用於側燈，第二個線程用於剎車燈。
在交通信號燈中，雙燈絲燈增加了它們的可靠性。複製允許設備使用一個線程工作，或者在第一個線程燒毀後打開第二個線程。再比如，在鐵路上，信號的可靠性是運輸安全的保障。
通用、本地用途
頂行，從左到右 - 帶 E14 底座的燈 - 用於吊燈、壁燈和小型燈；帶 E27 底座 - 通用；綠色，紅色，黃色 - 發光。
底行：藍色 - 用於手術的醫療目的；帶反射器的鏡子 - 用於攝影作品或特殊照明，帶有紫羅蘭色玻璃，兩個外部 - 用“蠟燭”燈泡和 E27 和 E14 燈座裝飾。
優點和缺點
白熾燈的優點：
- 價格低廉——簡單廉價的材料、設計和技術已經制定了幾十年，大規模自動化生產；
- 相對較小的尺寸；
- 網絡中的電壓浪湧不會立即導致故障；
- 啟動，以及重新啟動 - 即時；
- 當使用頻率為 50-60 Hz 的交流電供電時，亮度脈動幾乎不明顯；
- 輝光的亮度由調光器調節；
- 輻射光譜是連續的，人眼熟悉——類似於太陽；
- 來自不同製造商的燈特性幾乎完全可重複；
- 顯色指數Ra或CRI——被照物體的色調再現質量——為100，與太陽指標完全一致；
- 緊湊燈絲的小尺寸提供清晰的陰影；
- 在嚴重霜凍和高溫條件下具有高可靠性；
- 該設計允許批量生產工作電壓從分數到數百伏的模型；
- 在沒有啟動設備的情況下使用交流或直流電壓供電；
- 燈絲電阻的有源特性提供等於 1 的功率因數（餘弦 φ）；
- 對輻射、電磁脈衝、干擾不敏感；
- 輻射中幾乎沒有紫外線成分；
- 提供經常打開/關閉燈和許多其他功能的常規工作。
缺點包括：
- LON 的標稱使用壽命 - 1000 小時，對於鹵素白熾燈 - 從 3 到 5-6 千，對於 發光的 - 高達 10-5 萬，對於 LED - 30-15 萬小時或更多；
- 燈泡的玻璃和細燈絲對沖擊很敏感；振動會在某些頻率下引起共振；
- 能源效率和使用壽命對電源電壓的高度依賴；
- 將電轉化為可見光的效率不超過3-4%，但隨著功率的增加而增加；
- 燒瓶的表面溫度取決於功率，為：100 W - 290 °C，200 W - 330 °C，25 W - 100 °C；
- 開啟時，燈絲預熱前的電流浪湧可比標稱值高十倍；
- 燈座和固定裝置的配件必須是耐熱的。
如何增加燈泡壽命
有很多方法可以增加使用壽命。最常被使用：
- 通過打開與燈串聯的熱敏電阻來限制啟動電流，其高電阻隨著啟動電流的加熱而降低；
- 通過晶閘管或可控矽調光器手動控制亮度的軟啟動；
- 燈功率通過一個強大的整流二極管，即正弦波整流電壓的一半；
- 在多燈裝置中成對地串聯燈，例如在吊燈中。
現代工業生產了大量不同類型的白熾燈，它們具有廣泛的工作電壓和功率，具有不同的發光色調、燈泡和燈座的配置。這個範圍允許 選擇 適合任何用途的燈。