Golpe del interruptor - y el cuarto oscuro cambió instantáneamente, los detalles de los elementos más pequeños del interior se hicieron visibles. Así es como la energía de un pequeño dispositivo se propaga instantáneamente, inundando todo a su alrededor con luz. ¿Qué te hace crear una radiación tan poderosa? La respuesta está oculta en el nombre del dispositivo de iluminación, que se llama lámpara incandescente.
La historia de la creación de los primeros elementos de iluminación
Los orígenes de las primeras lámparas incandescentes se remontan a principios del siglo XIX. O más bien, la lámpara apareció un poco más tarde, pero ya se ha observado el efecto del brillo de las varillas de platino y carbono bajo la acción de la energía eléctrica. Dos preguntas difíciles surgieron ante los científicos:
- encontrar materiales de alta resistencia capaces de calentarse bajo la influencia de la corriente hasta un estado de emisión de luz;
- Prevención de la combustión rápida del material en el aire.
Investigación yinventos del científico ruso Alexander Nikolaevich Lodygin y del estadounidense Thomas Edison.
Lodygin sugirió usar barras de carbono como elemento incandescente, que estaban en un matraz sellado. La desventaja del diseño fue la dificultad de bombear aire, cuyos restos contribuyeron a la rápida combustión de las varillas. Pero aun así, sus lámparas ardían durante varias horas, y los desarrollos y las patentes se convirtieron en la base para crear dispositivos más duraderos.
El científico estadounidense Thomas Edison, después de familiarizarse con los trabajos de Lodygin, fabricó un frasco de vacío eficaz, en el que colocó un hilo de carbono hecho de fibra de bambú. Edison también proporcionó a la base de la lámpara una conexión roscada inherente a las lámparas modernas e inventó muchos elementos eléctricos, como: un enchufe, un fusible, un interruptor giratorio y mucho más. La eficiencia de la lámpara incandescente de Edison era pequeña, aunque podía funcionar hasta 1000 horas y recibía un uso práctico.
Posteriormente, en lugar de elementos de carbono, se propuso utilizar metales refractarios. El filamento de tungsteno utilizado en las lámparas incandescentes modernas también fue patentado por Lodygin.
El dispositivo y el principio de funcionamiento de la lámpara
El diseño de una lámpara incandescente no ha cambiado fundamentalmente durante más de cien años. Incluye:
- Un matraz herméticamente sellado que limita el espacio de trabajo y se llena con un gas inerte.
- El zócalo que tieneforma de espiral Sirve para sujetar la lámpara en el portalámparas y conectarla eléctricamente a las partes conductoras de corriente.
- Conductores que conducen la corriente desde la base hasta la espiral y la retienen.
- Espiral incandescente, cuyo calentamiento crea la emisión de energía luminosa.
Cuando una corriente eléctrica pasa a través de una bobina, instantáneamente se calienta a las temperaturas más altas de hasta 2700 grados. Esto se debe al hecho de que la espiral tiene una gran resistencia a la corriente y se gasta mucha energía para vencer esta resistencia, que se libera en forma de calor. El calor calienta el metal (tungsteno) y comienza a emitir fotones de luz. Debido al hecho de que el matraz no contiene oxígeno, el tungsteno no se oxida durante el calentamiento y no se quema. Un gas inerte evita que las partículas de metal caliente se evaporen.
¿Cuál es la eficiencia de una lámpara incandescente?
La eficiencia muestra qué porcentaje de la energía gastada se convierte en trabajo útil y qué porcentaje no. En el caso de una lámpara incandescente, la eficiencia es baja, ya que solo el 5-10% de la energía se destina a emitir luz, el resto se libera en forma de calor.
La eficiencia de las primeras lámparas incandescentes, en las que la barra de carbono actuaba como filamento, era aún menor en comparación con los dispositivos modernos. Esto se debe a pérdidas adicionales por convección. Los filamentos en espiral tienen un menor porcentaje de estas pérdidas.
La eficiencia de una lámpara incandescente depende directamente de la temperatura de calentamiento de la espiral. Como estándar, una bobina de lámpara de 60 W calienta hasta 2700 ºС, aesta eficiencia es sólo del 5%. Es posible aumentar el poder calorífico a 3400 ºС aumentando el voltaje, pero esto reducirá la vida útil del dispositivo en más del 90 %, aunque la lámpara brillará más y la eficiencia aumentará al 15 %.
Es incorrecto pensar que un aumento en la potencia de la lámpara (100, 200, 300 W) conduce a un aumento en la eficiencia solo porque el brillo del dispositivo ha aumentado. La lámpara comenzó a brillar más debido a la mayor potencia de la propia espiral y como resultado de una mayor salida de luz. Pero los costos de energía también han aumentado. Por lo tanto, la eficiencia de una lámpara incandescente de 100 W también estará entre el 5 y el 7 %.
Variedades de lámparas incandescentes
Las lámparas incandescentes vienen en varios diseños y propósitos funcionales. Se dividen en luminarias:
- Uso general. Se incluyen lámparas para uso doméstico de diferente potencia, diseñadas para tensión de red de 220 V.
- Diseño decorativo. Tienen tipos de matraces no estándar en forma de velas, esferas y otras formas.
- Tipo de iluminación. Lámparas de colores de bajo consumo para iluminaciones coloridas.
- Destino local. Dispositivos de tensión segura hasta 40 V. Se utilizan en las mesas de producción, para iluminar los lugares de trabajo de las máquinas herramienta.
- Revestimiento de espejo. Lámparas que crean luz direccional.
- Tipo de señal. Solía trabajar en los tableros de varios dispositivos.
- Para el transporte. Una amplia gama de lámparas de mayor resistencia al desgaste y fiabilidad. Cuenta con un diseño fácil de usar para un reemplazo rápido.
- Para focos. Lámparas de mayor potencia, llegando hasta los 10.000 W.
- Para dispositivos ópticos. Lámparas para proyectores de cine y aparatos similares.
- Conmutador. Utilizado como segmentos de la pantalla digital de instrumentos de medición.
Lados positivo y negativo de las lámparas de incandescencia
Los dispositivos de iluminación de tipo incandescente tienen sus propias características. Los positivos incluyen:
- encendido instantáneo de la bobina;
- seguridad ambiental;
- tamaño pequeño;
- precio justo;
- la capacidad de crear dispositivos de diferente potencia y tensión de funcionamiento tanto de CA como de CC;
- versatilidad de aplicación.
A negativo:
- lámpara incandescente de baja eficiencia;
- susceptibilidad a subidas de tensión que salvan vidas;
- horario de trabajo reducido que no exceda de 1000;
- peligro de incendio de las lámparas debido a un fuerte calentamiento de la bombilla;
- diseño frágil.
Otros tipos de accesorios de iluminación
Hay lámparas de iluminación, cuyo principio es fundamentalmente diferente del funcionamiento de las lámparas incandescentes. Estos incluyen lámparas de descarga de gas y LED.
Hay muchas lámparas de arco o de descarga de gas, pero todas se basan en el resplandor del gas cuando se produce un arco entre los electrodos. El brillo se produce en el espectro ultravioleta, que luego se convierte en visible para el ojo humano.pasando a través del recubrimiento de fósforo.
El proceso que ocurre en una lámpara de descarga de gas incluye dos etapas de trabajo: la creación de una descarga de arco y el mantenimiento de la ionización y el brillo del gas en la bombilla. Por lo tanto, todos los tipos de accesorios de iluminación tienen un sistema de control actual. Los dispositivos fluorescentes tienen una mayor eficiencia que las lámparas incandescentes, pero no son seguros porque contienen vapor de mercurio.
Los dispositivos de iluminación LED son los sistemas más modernos. La eficiencia de una lámpara incandescente y una lámpara LED es incomparable. En este último, alcanza el 90%. El principio de funcionamiento del LED se basa en el brillo de cierto tipo de semiconductor bajo la influencia del voltaje.
Lo que no le gusta a una bombilla incandescente
La vida útil de una lámpara incandescente ordinaria se acortará si:
- El voltaje en la red está constantemente sobreestimado del nominal, para el cual está diseñado el dispositivo de iluminación. Esto se debe a un aumento en la temperatura de funcionamiento del cuerpo de calentamiento y, como resultado, a una mayor evaporación de la aleación metálica, lo que lleva a su falla. Aunque la eficiencia de la lámpara incandescente será mayor.
- Agite bruscamente la lámpara durante el funcionamiento. Cuando el metal se calienta hasta un estado próximo a la fusión, y la distancia entre las vueltas de la espiral se reduce debido a la expansión de la sustancia, cualquier movimiento mecánico brusco puede dar lugar a un circuito entre vueltas imperceptible a la vista. Esto reduce la resistencia general de la bobina a la corriente, contribuye a su mayor calentamiento y rápidaagotamiento.
- El agua entrará en el matraz calentado. Se produce una diferencia de temperatura en el punto de impacto, lo que provoca la rotura del cristal.
- Toque con los dedos la bombilla de la lámpara halógena. Una lámpara halógena es un tipo de lámpara incandescente, pero tiene una salida de luz y calor significativamente mayor. Cuando se toca, una mancha de grasa invisible del dedo permanece en el matraz. Bajo la influencia de la temperatura, la grasa se quema y forma depósitos de carbón que impiden la transferencia de calor. Como resultado, en el punto de contacto, el vidrio comienza a derretirse y puede reventar o hincharse, interrumpiendo el régimen de gas en el interior, lo que provoca el desgaste de la espiral. Las lámparas incandescentes halógenas tienen una mayor eficiencia que las ordinarias.
Cómo cambiar la lámpara
Si la lámpara está quemada, pero la bombilla no se ha derrumbado, puede reemplazarla después de que se haya enfriado por completo. En este caso, desconecte la alimentación. Al enroscar la lámpara, no es necesario dirigir los ojos en su dirección, especialmente si no es posible apagar la electricidad.
Cuando la bombilla explotó, pero conservó su forma, es recomendable tomar un paño de algodón, doblarlo en varias capas y, envolviéndolo alrededor de la lámpara, intente quitar el vidrio. A continuación, utilizando unos alicates con mangos aislados, desenrosque con cuidado la base y atornille una lámpara nueva. Todas las operaciones deben realizarse con la alimentación apagada.
Conclusión
A pesar de que la eficiencia de una lámpara incandescente es un pequeño porcentaje y tiene cada vez más competidores, es relevante en muchas áreas de la vida. Incluso existe la bombilla más antigua, que funciona continuamente desde hace más de cien años.¿No es esto una confirmación y perpetuación del genio del pensamiento de una persona que se esfuerza por cambiar el mundo?
