Trac prekidača - i mračna soba se odmah promijenila, detalji najsitnijih elemenata interijera postali su vidljivi. Tako se energija iz malog uređaja trenutno širi, preplavljujući sve oko sebe svjetlom. Što vas tjera da stvorite tako snažno zračenje? Odgovor se krije u nazivu rasvjetnog uređaja, koji se zove žarulja sa žarnom niti.
Povijest stvaranja prvih rasvjetnih elemenata
Počeci prvih žarulja sa žarnom niti sežu u početak 19. stoljeća. Ili bolje rečeno, svjetiljka se pojavila nešto kasnije, ali je već uočen učinak sjaja platine i ugljičnih šipki pod djelovanjem električne energije. Pred znanstvenicima su se postavila dva teška pitanja:
- pronalaženje materijala visoke otpornosti koji se mogu zagrijati pod utjecajem struje do stanja emisije svjetlosti;
- Sprečavanje brzog izgaranja materijala u zraku.
Istraživanje iizumi ruskog znanstvenika Aleksandra Nikolajeviča Lodygina i Amerikanca Thomasa Edisona.
Lodygin je predložio korištenje ugljičnih šipki kao užarenog elementa, koje su bile u zatvorenoj tikvici. Nedostatak dizajna bila je poteškoća ispumpavanja zraka, čiji su ostaci pridonijeli brzom izgaranju šipki. No, ipak su njegove lampe gorjele nekoliko sati, a razvoj i patenti postali su temelj za stvaranje izdržljivijih uređaja.
Američki znanstvenik Thomas Edison, upoznavši se s radovima Lodygina, napravio je učinkovitu vakumsku tikvicu u koju je stavio ugljičnu nit od bambusovih vlakana. Edison je također osigurao bazu svjetiljke s navojnom vezom svojstvenom modernim svjetiljkama, te je izumio mnoge električne elemente, kao što su: utikač, osigurač, okretni prekidač i još mnogo toga. Učinkovitost Edisonove žarulje sa žarnom niti bila je mala, iako je mogla raditi do 1000 sati vremena i dobila je praktičnu upotrebu.
Naknadno, umjesto ugljikovih elemenata, predloženo je korištenje vatrostalnih metala. Lodygin je također patentirao volframovu nit koja se koristi u modernim žaruljama sa žarnom niti.
Uređaj i princip rada svjetiljke
Dizajn žarulje sa žarnom niti nije se iz temelja promijenio više od stotinu godina. Uključuje:
- Hermetički zatvorena tikvica koja omeđuje radni prostor i napunjena je inertnim plinom.
- Podnožje koje imaspiralni oblik. Služi za držanje svjetiljke u utičnici i električno povezivanje s dijelovima koji prolaze kroz struju.
- Provodniki koji provode struju od baze do spirale i drže je.
- Spirala sa žarnom niti čije zagrijavanje stvara emisiju svjetlosne energije.
Kada električna struja prođe kroz zavojnicu, ona se trenutno zagrijava na najviše temperature do 2700 stupnjeva. To je zbog činjenice da spirala ima veliki strujni otpor i puno se energije troši na prevladavanje tog otpora, koji se oslobađa kao toplina. Toplina zagrijava metal (volfram) i on počinje emitirati fotone svjetlosti. Zbog činjenice da tikvica ne sadrži kisik, volfram ne oksidira tijekom zagrijavanja i ne izgara. Inertni plin sprječava isparavanje čestica vrućeg metala.
Koja je učinkovitost žarulje sa žarnom niti
Učinkovitost pokazuje koji se postotak potrošene energije pretvara u koristan rad, a koji ne. U slučaju žarulje sa žarnom niti, učinkovitost je niska, budući da samo 5-10% energije odlazi na emitiranje svjetlosti, ostatak se oslobađa kao toplina.
Učinkovitost prvih žarulja sa žarnom niti, gdje je karbonska šipka djelovala kao žarna niti, bila je čak niža u usporedbi s modernim uređajima. To je zbog dodatnih gubitaka zbog konvekcije. Spiralni filamenti imaju manji postotak ovih gubitaka.
Učinkovitost žarulje sa žarnom niti izravno ovisi o temperaturi zagrijavanja spirale. Standardno, svitak svjetiljke od 60 W zagrijava se do 2700 ºS, atova učinkovitost je samo 5%. Moguće je povećati vrijednost grijanja na 3400 ºS povećanjem napona, ali to će smanjiti vijek trajanja uređaja za više od 90%, iako će žarulja svijetliti jače, a učinkovitost će se povećati na 15%.
Pogrešno je misliti da povećanje snage lampe (100, 200, 300 W) dovodi do povećanja učinkovitosti samo zato što se povećala svjetlina uređaja. Svjetiljka je počela jače sjati zbog veće snage same spirale, a kao posljedica većeg izlaza svjetlosti. No i troškovi energije su se povećali. Stoga će učinkovitost žarulje sa žarnom niti od 100 W također biti unutar 5-7%.
Različitosti žarulja sa žarnom niti
Žarulje sa žarnom niti dolaze u različitim dizajnima i funkcionalnim namjenama. Podijeljeni su na rasvjetna tijela:
- Opća upotreba. To uključuje svjetiljke za kućnu upotrebu različite snage, dizajnirane za mrežni napon od 220 V.
- Dekorativni dizajn. Imaju nestandardne vrste tikvica u obliku svijeća, kuglica i drugih oblika.
- Vrsta osvjetljenja. Lampe u boji male snage za šareno osvjetljenje.
- Lokalno odredište. Sigurnosni naponski uređaji do 40 V. Koriste se na proizvodnim stolovima, za osvjetljavanje radnih mjesta alatnih strojeva.
- Prevučeno ogledalom. Svjetiljke koje stvaraju usmjereno svjetlo.
- Vrsta signala. Koristi se za rad na nadzornim pločama raznih uređaja.
- Za prijevoz. Širok raspon svjetiljki povećane otpornosti na habanje i pouzdanosti. Sadrži dizajn prilagođen korisniku za brzu zamjenu.
- Za reflektore. Svjetiljke povećane snage, do 10.000 W.
- Za optičke uređaje. Svjetiljke za filmske projektore i slične uređaje.
- Komutator. Koristi se kao segmenti digitalnog prikaza mjernih instrumenata.
Pozitivne i negativne strane žarulja sa žarnom niti
Rasvjetni uređaji sa žarnom niti imaju svoje karakteristike. Pozitivne vrijednosti uključuju:
- trenutačno paljenje zavojnice;
- sigurnost okoliša;
- mala veličina;
- fer cijena;
- sposobnost stvaranja uređaja različite snage i radnog napona i AC i DC;
- svestranost primjene.
Na negativno:
- žarulja sa žarnom niti niske učinkovitosti;
- podložnost naponima struje koji spašavaju život;
- kratko radno vrijeme do 1000;
- opasnost svjetiljki zbog jakog zagrijavanja žarulje;
- krhki dizajn.
Druge vrste rasvjetnih tijela
Postoje žarulje za rasvjetu, čiji se princip bitno razlikuje od rada žarulja sa žarnom niti. To uključuje plinsko pražnjenje i LED svjetiljke.
Postoji mnogo lučnih ili plinskih žarulja, ali sve se temelje na sjaju plina kada se između elektroda pojavi luk. Sjaj se javlja u ultraljubičastom spektru, koji se zatim pretvara u vidljiv ljudskom oku.prolaskom kroz fosfornu prevlaku.
Proces koji se odvija u žarulji s plinskim pražnjenjem uključuje dvije faze rada: stvaranje lučnog pražnjenja i održavanje ionizacije i sjaja plina u žarulji. Stoga sve vrste takvih rasvjetnih tijela imaju sustav upravljanja strujom. Fluorescentni uređaji imaju veću učinkovitost od žarulja sa žarnom niti, ali nisu sigurni jer sadrže žive pare.
LED rasvjetni uređaji su najmoderniji sustavi. Učinkovitost žarulje sa žarnom niti i LED žarulje je neusporediva. U potonjem, doseže 90%. Princip rada LED-a temelji se na sjaju određene vrste poluvodiča pod utjecajem napona.
Što žarulja sa žarnom niti ne voli
Vek trajanja obične žarulje sa žarnom niti će se skratiti ako:
- Napon u mreži je stalno precijenjen od nominalnog za koji je rasvjetni uređaj dizajniran. To je zbog povećanja radne temperature grijaćeg tijela i, kao rezultat, povećanog isparavanja metalne legure, što dovodi do njegovog kvara. Iako će učinkovitost žarulje sa žarnom niti biti veća.
- Naglo protresite lampu tijekom rada. Kada se metal zagrije do stanja blizu taljenja, a razmak između zavoja spirale se smanji zbog širenja tvari, svako mehaničko, naglo pomicanje može dovesti do međusobnog zavojnog kruga neprimjetnog za oko. To smanjuje ukupnu otpornost zavojnice na struju, pridonosi njenom većem i bržem zagrijavanjuizgaranje.
- Voda će dospjeti na zagrijanu tikvicu. Na mjestu udara dolazi do temperaturne razlike, što uzrokuje pucanje stakla.
- Dodirnite prstima žarulju halogene žarulje. Halogena žarulja je vrsta žarulje sa žarnom niti, ali ima znatno veći svjetlosni i toplinski učinak. Kada se dodirne, na tikvici ostaje nevidljiva masna mrlja od prsta. Pod utjecajem temperature masnoća izgara, stvarajući naslage ugljika koje sprječavaju prijenos topline. Kao rezultat toga, na mjestu kontakta staklo se počinje topiti i može puknuti ili nabubriti, narušavajući plinski režim unutar, što dovodi do izgaranja spirale. Halogene žarulje sa žarnom niti imaju veću učinkovitost od običnih.
Kako promijeniti lampu
Ako je lampa pregorjela, ali žarulja nije srušena, možete je zamijeniti nakon što se potpuno ohladi. U tom slučaju isključite napajanje. Prilikom uvrtanja svjetiljke, oči ne moraju biti usmjerene u njenom smjeru, pogotovo ako nije moguće isključiti struju.
Kada je žarulja pukla, ali je zadržala oblik, preporučljivo je uzeti pamučnu krpu, presavijati je u nekoliko slojeva i, omotavši je oko lampe, pokušati ukloniti staklo. Zatim, pomoću kliješta s izoliranim ručkama, pažljivo odvrnite bazu i uvrnite novu svjetiljku. Sve radnje moraju se izvoditi s isključenim napajanjem.
Zaključak
Unatoč činjenici da je učinkovitost žarulje sa žarnom niti mali postotak i da ima sve više konkurenata, relevantna je u mnogim područjima života. Postoji čak i najstarija žarulja koja neprekidno radi više od stotinu godina. Nije li ovo potvrda i ovjekovječenje genijalnosti misli osobe koja teži promijeniti svijet?
