Načelo delovanja, naprava, značilnosti in učinkovitost žarnic

Klik na stikalo - in temna soba se je takoj spremenila, podrobnosti o najmanjših elementih v notranjosti so postale vidne. Tako se takoj razširi energija iz majhne naprave, ki preplavi svetlobo. Zakaj ustvarjate tako močno sevanje? Odgovor je skrit v imenu svetlobne naprave, ki se imenuje žarnica z žarilno nitko.

Zgodovina ustvarjanja prvih svetlobnih elementov

Izvor prvega žarnice z žarilno nitko segajo v začetek XIX. stoletja. Namesto, svetilka se je pojavila malo kasneje, vendar pa je bil poskus spremljanja luminiscence platine in premogovnikov pod vplivom električne energije že poskušal opazovati. Pred znanstveniki sta obstajali dve težki vprašanji:

• iskanje materialov z visoko odpornostjo, ki se lahko segrevajo pod vplivom toka do stanja emisij svetlobe;
• preprečevanje hitrega izgorevanja materiala v zraku.

Najbolj plodno na tem področju so bile raziskave in izumi ruskega znanstvenika Aleksandra Nikolaeviča Lodygina in ameriškega Tomasa Edisona.

Lodygin je predlagal uporabo ogljikovih palic kot žareč element, ki je bil v zapečateni steklenici. Pomanjkljivost načrta je bila težava pri odvajanju zraka, pri čemer so ostanki prispevali k hitremu zgorevanju palic. Ampak še vedno njene žareče žareče več ur, razvoj in patenti pa so postali osnova za ustvarjanje trajnejših naprav.

Ameriški znanstvenik Thomas Edison, Ko se je seznanil z delom Lodygina, je izdelal učinkovito vakuumsko bučko, v katero je postavil ogljikovih vlaken iz bambusovih vlaken. Prav tako je Edison dobil kapo svetilke na navojno povezavo sodobne svetilke in izumil različne električne elemente, kot so: varovalka, rotacijsko stikalo in še veliko več. Učinkovitost Edisonove žarnice je bila majhna, čeprav bi lahko delovala do 1000 ur in prejela praktično uporabo.

Nato so namesto ogljikovih elementov predlagali uporabo neodzivnih kovin. Volframove žarilne nitke, ki se uporabljajo v sodobnih žarnicah, je patentiral tudi Lodygin.

Zasnova in delovanje svetilke

Zasnova žarnice z žarilno nitko se bistveno ni spremenila že več kot sto let. Vključuje:

• Bučka brez tesnosti, ki omejuje delovni prostor in je napolnjena z inertnim plinom.
• Podstavek, ki ima spiralno obliko. Namenjen je držanju svetilke v vložku in električni priključitvi na žive dele.
• Vodniki, ki vodijo tok od kapice do spirale in ga držijo.
• Žarilna nitka, katere segrevanje ustvarja sevanje svetlobne energije.

Ko električni tok poteka skozi spiralo, se takoj segreje do najvišjih temperatur do 2700 stopinj. To je posledica dejstva, da je spirala zelo odporna na tok in da premaga ta upor porabi veliko energije, ki se sprošča kot toplota. Toplota segreje kovine (volfram) in začne izhajati iz fotonov svetlobe. Ker bučka ne vsebuje kisika, volfram med segrevanjem ne oksidira in ne izgori. Inertni plin zadrži delce vroče kovine iz izhlapevanja.

Kakšna je učinkovitost žarnic

Koeficient učinkovitosti prikazuje, kateri odstotek izrabljene energije se pretvori v uporabno delo, kar pa ni. V primeru žarnice z žarilno nitko je učinkovitost majhna, saj le 5-10% energije gre za emisijo svetlobe, preostanek pa se sprosti kot toplota.

Učinkovitost prvih žarnic z žarilno nitko, kjer je bila premogovnica, iztisnjena iz premogovega jedra, je bila še manjša v primerjavi s sodobnimi napravami. To je posledica dodatnih izgub za konvekcijo. Spiralni filamenti imajo nižji odstotek teh izgub.

Učinkovitost žarnice z žarilno nitko je odvisna neposredno od temperature ogrevanja spirale. Standardna spiralna svetilka 60W segreva do 2700 ordm-C, z učinkovitostjo le 5%. Ogrevanje lahko povečate na 3400 ordm-C, povečanje napetosti, to pa bo zmanjšalo življenjsko dobo naprave za več kot 90%, čeprav bo svetilka svetlejša, učinkovitost pa se bo povečala na 15%.

Napačno je misliti, da povečanje moči žarnice (100, 200, 300 W) povzroči povečanje učinkovitosti le zato, ker se je svetilnost naprave povečala. Svetilka je začela sijati svetlejšo zaradi večje moči spirale same in zaradi večje svetlobne moči. Toda povečali so se tudi stroški energije. Zato bo učinkovitost 100 W žarnice tudi v 5-7%.

Vrste žarnic

Žarnice z žarilno nitko so različne oblike in funkcije. Razdeljeni so na svetlobne naprave:

• Splošna prijava. Sem spadajo gospodinjske svetilke z različno močjo, zasnovane za omrežno napetost 220 V.
• Dekorativna izvedba. Imajo nestandardne vrste bučk v obliki sveč, kroglic in drugih oblik.
• Svetlobni tip. Nizkoenergetske svetilke z barvnim premazom za ustvarjanje barvnih osvetljevanj.
• Lokalni namen. Naprave za varno napetost do 40 V. Uporablja se na proizvodnih mizah, za osvetljevanje delovnih postaj strojnih orodij.
• Z ogledalnim premazom. Svetilke, ki ustvarjajo smerno svetlobo.
• Vrsta signala. Uporabljajo se za delo v instrumentnih ploščah različnih naprav.
• Za prevoz. Širok izbor svetilk z večjo odpornostjo proti obrabi in zanesljivostjo. Značilen je po priročnem dizajnu, ki predpostavlja hitro zamenjavo.
• Za reflektorje. Svetilke z visoko močjo, ki segajo do 10 000 W.
• Za optične naprave. Svetilke za filmske projektorje in podobne naprave.
• Stikala. Uporablja se kot segmenti kazalnika digitalnega prikaza merilnih instrumentov.

Pozitivne in negativne strani cevi z žarilno nitko

Naprave za osvetljevanje žarilne nitke imajo lastne značilnosti. Za pozitivno je mogoče nositi:

• trenutni vžig spirale;
• okoljska varnost;
• majhna velikost;
• sprejemljiva cena;
• sposobnost ustvarjanja naprav različnih moči in obratovalnih napetosti AC in DC;
• univerzalnost uporabe.

Za negativne:

• nizka učinkovitost žarnice;
• občutljivost na napetosti, ki zmanjšujejo življenjsko dobo;
• krajši delovni čas, ki ne presega 1000;
• požarna nevarnost svetilk zaradi močnega segrevanja žarnice;
• krhkost strukture.

Druge vrste razsvetljave

Obstajajo svetilke, katerega načelo delovanja se radikalno razlikuje od delovanja žarnic. Ti vključujejo plinske razelektritve in LED žarnice.

Arc ali žarnice za razrešnico obstaja veliko število, vendar vsi temeljijo na sijih plina, ko nastane lok med elektrodama. Sijaj se pojavi v ultravijoličnem spektru, ki se skozi prehod skozi fosforno prevleko pretvori v vidno do človeškega očesa.

Postopek, ki se pojavlja v plinski sijalki, vključuje dve fazi dela: nastanek razelektritve lokov in vzdrževanje ionizacije in sijaja plina v bučko. Zato imajo vse vrste takšnih svetlobnih naprav trenutni nadzorni sistem. Luminescentne naprave imajo večjo učinkovitost v primerjavi z učinkovitostjo žarnic, vendar niso varne, saj vsebujejo živo srebro.

LED svetlobne naprave so najsodobnejši sistemi. Učinkovitost žarnic in LED žarnic je neprimerljiva. V slednjem doseže 90%. Načelo delovanja LED temelji na sijanju določenega tipa polprevodnika pod vplivom napetosti.

Kaj žarnice ne všeč

Življenjska doba konvencionalne žarnice se zmanjša, če:

1. Napetost v omrežju se nenehno precenjuje z nazivne napetosti, na katero je zasnovana svetlobna naprava. To je posledica povečanja delovne temperature telesa žareče in posledično povečane izhlapevanja kovinske zlitine, kar je privedlo do njegove odpovedi. Čeprav bo večja učinkovitost žarnice.
2. Med delovanjem močno stresajte žarnico. Ko je kovinski rdeče vroče pogoj do blizu tališča, in razdalja med ovoji spirale je zmanjšana zaradi raztezanja snovi, je lahko vsaka mehanska, nenadna gibanje povzroči oko neopazno medovojni vezja. S tem se zmanjša splošna odpornost vijačnice na tok, prispeva k večjemu ogrevanju in hitrem izgorevanju.
3. V ogrevanem stekleničku bo prišlo do vlage. Na točki udara obstaja razlika v temperaturi, ki povzroči uničenje stekla.
4. Dotaknite prste na žarnico halogenske žarnice. Halogenska žarnica je nekakšna žarnica z žarilno nitko, vendar ima veliko večjo svetlobo in toploto. Ko se dotaknete bučke, je s prsta vidna nevidna mastna maščoba. Pod vplivom temperature, opekline maščob, ki tvorijo polog, ki preprečuje prenos toplote. Rezultat je, da se steklina na dotik začne taliti in se lahko razpoči ali nabrekne, kar prekine plinski način v notranjost, zaradi česar spirala izgori. Halogenske žarnice Učinkovitost žarenja je večja od navadne.

Kako zamenjati žarnico

Če je žarnica zgorela, žarnica pa ni uničena, potem jo lahko zamenjate, potem ko se popolnoma ohladi. V tem primeru morate izklopiti napajanje. Pri privijanju svetilke oči ni potrebno usmeriti proti njej, še posebej, če ni mogoče izklopiti električne energije.

Ko žarnica eksplodira, vendar je ohranila svojo obliko, je priporočljivo, da vzamemo bombažno krpo, jo zložimo v več plasti in jo zavijemo okrog žarnice, poskušamo odstraniti steklo. Naslednje klešče z izoliranimi ročaji lepo odvijte osnovo in privijte novo žarnico. Vse operacije je treba izvesti z odklopljenim napajanjem.

Zaključek

Kljub dejstvu, da je učinkovitost žarnice z žarilno nitko nizka in ima vedno več tekmecev, je pomembna na številnih področjih življenja. Obstaja tudi najstarejša žarnica, ki stalno deluje več kot sto let. Ali to ni potrditev in ohranjanje genija misli človeka, ki si prizadeva spremeniti svet?