En qué consiste una bombilla incandescente: circuito y dispositivo

Para crear iluminación artificial, a menudo se utiliza una lámpara incandescente convencional. Este elemento es familiar para todos desde los días de la URSS. Bulbo de vidrio, cartucho y espiral son las principales partes visibles del producto. El funcionamiento de una lámpara incandescente desde el interior es interesante tanto para un maestro novato como para un profesional.

La historia de la invención de la bombilla.

El producto fue diseñado y perfeccionado por muchos científicos en diferentes períodos. El primer arco eléctrico fue encendido por el científico V.V. Petrov. en 1802. La invención consistió en dos varillas de carbono que se conectaron a los polos de una batería galvánica. En el momento de su aproximación, surgió una descarga eléctrica y se formó un arco luminoso sobre los elementos. El uso de una lámpara de este tipo en la vida cotidiana era imposible por varias razones: el inconveniente del diseño, el rápido desgaste de las varillas de carbón. Pero los científicos mundiales comenzaron a comprender de qué hacer una lámpara.

70 años después, en 1872, Lodygin A.N. recibió una patente para una lámpara incandescente. A modo de espiral, se utilizó una varilla de carbón de retorta, que se colocó debajo de una cubierta de vidrio.

Ya en 1880, el 10 de mayo, la lámpara de Lodygin se equipó con alumbrado público en San Petersburgo en el puente Liteiny. La vida útil de la fuente de luz fue de solo 2 meses (hasta que la varilla de carbono se quemó).

En 1880, Thomas Edison introdujo una lámpara incandescente Lodygin mejorada en los EE. UU. Logró lograr la eliminación de aire de la ampolla de vidrio, lo que aseguró una combustión más prolongada de la espiral y un brillo más brillante. Edison también desarrolló una base roscada para atornillar la lámpara en el portalámparas.

En 1910, se decidió torcer el filamento de tungsteno en una espiral para aumentar su vida útil. Por lo tanto, el producto ahora funciona en lugar de las 50-100 horas iniciales durante 1000 horas completas.

El principio de radiación térmica también se utiliza en la producción de lámparas halógenas fluorescentes.

En que consiste la lámpara

La estructura y el circuito de una lámpara incandescente se ven así:

• bombilla de vidrio en forma de pera o redonda;
• cuerpo de filamento (filamento de tungsteno o carbono) ubicado en él en dos soportes de gancho;
• dos electrodos;
• fusible;
• pierna;
• base (carcasa) con un aislante;
• su contacto (abajo).

La oxidación del filamento de tungsteno (espiral, filamento) se excluye colocándolo al vacío o en un medio gaseoso. Llenan un frasco de vidrio.

Parámetros eléctricos

Todas las bombillas se fabrican para diferentes voltajes. Dado que el tungsteno de metal refractario tiene una resistividad baja, se necesita un cable largo para el dispositivo del elemento ligero. Por tanto, el filamento de una bombilla suele alcanzar los 50 micrómetros. Cuando se enciende la luz, pasa una corriente a través del cuerpo del filamento, que excede la de trabajo entre 10 y 14 veces. Cuanto más se calienta el hilo, más aumenta la resistencia del hilo y más disminuye la corriente.

El principio de funcionamiento de una lámpara incandescente eléctrica.

Habiendo considerado en qué consiste la bombilla, es importante comprender el principio de su funcionamiento:

• Cuando se enciende la luz, una corriente fluye a través de la parte inferior de la base hasta el cuerpo del filamento.
• El filamento de tungsteno está muy caliente después de cerrar el circuito eléctrico, lo que provoca su brillo.
• En este punto, la temperatura del hilo alcanza los 570 grados.
• Por lo tanto, el espectro de brillo de las bombillas se desplaza hacia temperaturas cálidas.

Como referencia: cuanto menor es el grado del filamento de tungsteno / carbono, menor es la fracción de energía que va al cuerpo incandescente y provoca su radiación visible. Las lámparas retro se diferencian en que calientan la espiral más lentamente y más débil.

Variedades de elementos ligeros.

Todos los productos se clasifican según diferentes parámetros. Por el tipo de llenado del matraz, se distinguen las siguientes lámparas:

• los más simples al vacío (cuando están hechos, se aspira todo el aire del matraz);
• lleno de gas argón;
• halógeno de xenón;
• lleno de criptón.

Por tipo de propósito, las bombillas se dividen en los siguientes tipos:

• Decorativo. Funcionan según el principio habitual. El matraz está hecho en forma de vela o bola.

  

• Propósito general. Estos son familiares para todos los elementos ordinarios que se atornillan en una lámpara de araña o aplique. A menudo, al maestro le preocupa la cuestión de cuántos vatios consume una bombilla. Puede comprar un producto por 40, 60, 90, 100, 120, 150, 200 y más vatios. Cuanto más alto sea el indicador, más brillante será el brillo.
• Lámparas para iluminación local. Estructuralmente, no se diferencian de los elementos ordinarios. Pero el voltaje de funcionamiento para ellos está en el rango de 12-42 V.
• Bombillas para iluminación. Tienen un frasco pintado en colores vivos. Potencia de trabajo en el rango de 10-25 W.
• Señal. Tienen una potencia extremadamente baja y se utilizan para dispositivos de señalización luminosa. Hoy en día, estos productos se reemplazan con confianza por lámparas LED modernas.
  
• Reflector. El cuerpo brillante se coloca aquí de una manera especial debido a su conveniente suspensión en el matraz. Como resultado, es posible lograr un mejor enfoque del brillo. El poder de tales lámparas alcanza los 10-50 kilovatios.

  

• Reflejado. Tienen un recubrimiento especial en el matraz. Está parcialmente cubierto con una película de aluminio proyectado térmicamente. Por tanto, es posible conseguir una directividad estrecha del haz de luz. Los espejos se utilizan para dispositivos de iluminación local.
• Transporte. Estos productos se caracterizan por una mayor resistencia y resistencia a las vibraciones. Para las lámparas de transporte, se utilizan tapas especiales, gracias a las cuales puede reemplazar rápidamente el elemento de iluminación en las condiciones de hacinamiento del automóvil. Dichos elementos funcionan con una fuente de alimentación automática de 6-220 V.
• Productos para dispositivos ópticos. Hoy casi nunca se producen. Anteriormente utilizado para proyectores de películas, equipos médicos. Las lámparas de este tipo tienen una forma especial de bombilla.
• Cambio de luz. Pertenecen a la clase de señales. Tienen un tamaño de matraz pequeño, lo que permite colocarlos debajo de los botones de paneles de varios ajustes.

  

Por el número de filamentos, todos los elementos son:

• Doble cadena. Tienen un cuerpo incandescente para luz lejana (fuerte) y otro para luz cercana (débil). Se utilizan en semáforos de automóviles, aviación, ferrocarriles, en las estrellas del Kremlin de Moscú.
• De una sola hebra. Bombillas habituales con filamento de tungsteno.

El cuerpo calefactor de los productos de baja inercia tiene una espiral extremadamente fina. Anteriormente se usaban para sistemas ópticos de grabación de sonido. También existen lámparas de calefacción que se utilizan para cámaras de secado, estufas eléctricas, equipos de oficina, etc.

Ventajas y desventajas

Las lámparas incandescentes tienen una serie de ventajas:

• costo aceptable;
• dimensiones compactas;
• respuesta instantánea a encendido / apagado;
• falta de parpadeo, que afecta negativamente a los ojos;
• inercia a las sobretensiones;
• suave gama de resplandor, que contribuye a la relajación, creando una atmósfera de confort;
• buen índice de reproducción cromática igual a Ra 90;
• trabajar en cualquier condición (incluida la alta humedad);
• disponibilidad constante para el consumidor;
• respeto al medio ambiente;
• falta de ruido durante la operación;
• inercia a la radiación ionizante.

Las desventajas de las lámparas incandescentes incluyen los siguientes puntos:

• fragilidad, sensibilidad al daño mecánico;
• vida útil relativamente corta;
• baja eficiencia, no superior al 5-7% (relación entre la potencia consumida y la radiación visible);
• peligro de incendio debido al contacto directo de la lámpara con sustancias combustibles (textiles, paja, etc.);
• la probabilidad de una explosión debido a un choque térmico o ruptura de la espiral bajo tensión.

A pesar de todas estas deficiencias, las bombillas habituales conservan su posición con seguridad. Más del 70% de la población de la CEI todavía los usa.

Eficiencia y durabilidad

Al analizar cómo funciona una lámpara incandescente, es importante comprender su eficiencia. A una temperatura de luz de 3400 Kelvin, la eficiencia de la celda es del 15%. Esto se refiere a la relación entre el consumo de energía y la radiación de luz visible para el ojo humano. A una temperatura de 2700 K (promedio normal para una lámpara doméstica común), la eficiencia es solo del 5%.

Cuanto mayor sea la temperatura del filamento, mayor será la eficiencia. Sin embargo, la vida útil del producto se reduce. Por ejemplo, si el voltaje aumenta en un 20%, el brillo de la iluminación será más fuerte: la eficiencia de la bombilla aumentará, pero la vida útil se reducirá en un 90-95%. En consecuencia, una disminución de voltaje conduce a una disminución de la eficiencia del producto y un aumento de su vida útil.

Cómo extender la vida útil de una lámpara incandescente

En promedio, una bombilla incandescente doméstica ordinaria dura entre 700 y 1000 horas. Pero, de hecho, el elemento se quema mucho más rápido. Para prolongar la vida útil de la bombilla, es necesario evitar factores que provoquen el quemado de la espiral.

• Observe el rango de voltaje. Está indicado en el frasco del producto. Como regla general, es igual a 125-135 W, 220-230 W, 2,3-2,4 kW. Si se excede el voltaje en la casa, el producto se quemará antes. Por ejemplo, en un apartamento, el voltaje máximo es 220 V, y la lámpara se compró con un rango de 125-135 V. Aquí el filamento se quemará definitivamente más rápido, ya que la eficiencia del producto aumenta.
• Elimina el mal funcionamiento del cartucho. Si las lámparas se queman con frecuencia, vale la pena inspeccionarlas y volver a verificar los contactos. Cambie el cartucho si es necesario.
• Elimina vibraciones. Conducen a un agotamiento rápido del filamento de tungsteno. Por tanto, es mejor realizar la transferencia de lámparas móviles con la lámpara apagada.

Para extender la vida útil de la lámpara incandescente, puede reducir el voltaje en la red solo en un 7-8%. En este caso, el producto funcionará entre 3 y 3,5 veces más con un consumo energético económico.