In cosa consiste una lampadina a incandescenza: circuito e dispositivo

Per creare l'illuminazione artificiale, viene spesso utilizzata una lampada a incandescenza convenzionale. Questo elemento è familiare a tutti fin dai tempi dell'URSS. Bulbo di vetro, cartuccia e spirale sono le principali parti visibili del prodotto. Il modo in cui una lampada a incandescenza funziona dall'interno è interessante sia per un maestro alle prime armi che per un professionista.

La storia dell'invenzione della lampadina

Il prodotto è stato progettato e perfezionato da molti scienziati in periodi diversi. Il primo arco elettrico è stato acceso dallo scienziato V.V. Petrov. nel 1802. L'invenzione consisteva in due barre di carbonio che erano collegate ai poli di una batteria galvanica. Al momento del loro avvicinamento, si levò una scarica elettrica e si formò un arco luminoso sopra gli elementi. L'uso di una tale lampada nella vita di tutti i giorni era impossibile per una serie di motivi: l'inconveniente del design, il rapido esaurimento delle barre di carbone. Ma gli scienziati del mondo hanno iniziato a capire da cosa creare una lampada.

70 anni dopo, nel 1872, Lodygin A.N. ha ricevuto un brevetto per una lampada a incandescenza. Come una spirale, veniva usata una bacchetta di carbone per storta, che era posta sotto una copertura di vetro.

Già nel 1880, il 10 maggio, la lampada di Lodygin era dotata di illuminazione stradale a San Pietroburgo sul ponte Liteiny. La durata della sorgente luminosa era di soli 2 mesi (fino a quando l'asta di carbonio non si è bruciata).

Nel 1880, Thomas Edison introdusse negli Stati Uniti una lampada a incandescenza Lodygin migliorata. Riuscì a ottenere l'eliminazione dell'aria dal bulbo di vetro, che garantiva una combustione più lunga della spirale e un bagliore più luminoso. Edison ha anche sviluppato una base filettata per avvitare la lampada nel portalampada.

Nel 1910 si decise di attorcigliare il filamento di tungsteno in una spirale per aumentarne la durata. Pertanto, il prodotto ora funziona invece delle 50-100 ore iniziali per 1000 ore complete.

Il principio della radiazione termica viene utilizzato anche nella produzione di lampade alogene fluorescenti.

In cosa consiste la lampada

La struttura e il circuito di una lampada ad incandescenza si presenta così:

• bulbo di vetro a forma di pera o tondo;
• corpo del filamento (filamento di tungsteno o carbonio) situato in esso su due supporti per ganci;
• due elettrodi;
• fusibile;
• gamba;
• base (alloggiamento) con un isolante;
• il suo contatto (in basso).

L'ossidazione del filamento di tungsteno (spirale, filamento) viene esclusa ponendolo in un mezzo vuoto o gassoso. Riempiono una boccetta di vetro.

Parametri elettrici

Tutte le lampadine sono prodotte per diversi voltaggi. Poiché il tungsteno metallico refrattario ha una bassa resistività, è necessario un filo lungo per il dispositivo dell'elemento luminoso. Pertanto, il filamento in una lampadina raggiunge spesso i 50 micrometri. Quando si accende la luce, nel corpo del filamento passa una corrente che supera di 10-14 volte quella di lavoro. Più il filo si scalda, più la resistenza del filo aumenta e la corrente diminuisce.

Il principio di funzionamento di una lampada ad incandescenza elettrica

Dopo aver considerato in cosa consiste la lampadina, è importante capire il principio del suo funzionamento:

• Quando la luce è accesa, una corrente scorre attraverso il fondo della base fino al corpo del filamento.
• Il filamento di tungsteno è molto caldo dopo aver chiuso il circuito elettrico, il che porta al suo bagliore.
• A questo punto la temperatura del filo raggiunge i 570 gradi.
• Pertanto, lo spettro luminoso delle lampadine viene spostato verso temperature calde.

Per riferimento: minore è il grado del filamento di tungsteno/carbonio, minore è la frazione di energia che va al corpo incandescente e ne provoca la radiazione visibile. Le lampade retrò si differenziano per il fatto che riscaldano la spirale più lentamente e più debole.

Varietà di elementi luminosi

Tutti i prodotti sono classificati in base a diversi parametri. Per il tipo di riempimento del pallone, si distinguono le seguenti lampade:

• quelli più semplici sottovuoto (quando sono fatti, tutta l'aria viene aspirata dal pallone);
• riempito con gas argon;
• xeno alogeno;
• pieno di krypton.

In base al tipo di scopo, le lampadine sono suddivise nei seguenti tipi:

• Decorativo. Funzionano secondo il solito principio. Il pallone è realizzato a forma di candela o palla.

  

• Scopo generale. Questi sono familiari a tutti gli elementi ordinari che sono avvitati in un lampadario o applique. Spesso il maestro è preoccupato per la domanda su quanti watt consuma una lampadina. Puoi acquistare un prodotto per 40, 60, 90, 100, 120, 150, 200 e più watt. Più alto è l'indicatore, più luminoso sarà il bagliore.
• Lampade per illuminazione locale. Strutturalmente, non sono diversi dagli elementi ordinari. Ma la tensione operativa per loro è nell'intervallo 12-42 V.
• Lampadine per l'illuminazione. Hanno una fiaschetta dipinta con colori vivaci. Potenza di lavoro nell'intervallo 10-25 W.
• Segnale. Hanno una potenza estremamente bassa e vengono utilizzati per dispositivi di segnalazione luminosa. Oggi, tali prodotti vengono sostituiti con sicurezza da moderne lampade a LED.
  
• Faro di ricerca. Il corpo incandescente è posato qui in modo speciale grazie alla sua comoda sospensione nel pallone. Di conseguenza, è possibile ottenere una migliore focalizzazione del bagliore. La potenza di tali lampade raggiunge i 10-50 kilowatt.

  

• Rispecchiato. Hanno un rivestimento speciale sul pallone. È parzialmente ricoperto da una pellicola di alluminio spruzzato termicamente. Pertanto, è possibile ottenere una direttività stretta del raggio di luce. Gli specchi sono utilizzati per i dispositivi di illuminazione locale.
• Trasporto. Questi prodotti sono caratterizzati da una maggiore resistenza e resistenza alle vibrazioni. Per le lampade da trasporto vengono utilizzati cappucci speciali, grazie ai quali è possibile sostituire rapidamente l'elemento di illuminazione nelle condizioni anguste dell'auto. Tali elementi funzionano da un alimentatore automatico da 6-220 V.
• Prodotti per dispositivi ottici. Oggi non vengono quasi mai prodotti. Precedentemente utilizzato per proiettori cinematografici, apparecchiature mediche. Le lampade di questo tipo hanno una forma speciale della lampadina.
• Luce di commutazione. Appartengono alla classe dei segnali. Hanno una piccola dimensione del pallone, che consente loro di essere posizionati sotto i pulsanti di pannelli di varie impostazioni.

  

Per il numero di filamenti, tutti gli elementi sono:

• A doppio filamento. Hanno un corpo incandescente per la luce lontana (forte) e uno per la luce vicina (debole). Sono utilizzati nei semafori automobilistici, aeronautici, ferroviari, nelle stelle del Cremlino di Mosca.
• Singolo filamento. Lampadine abituali con filamento di tungsteno.

Il corpo scaldante dei prodotti a bassa inerzia ha una spirale estremamente sottile. In precedenza erano utilizzati per sistemi di registrazione del suono ottico. Esistono anche lampade riscaldanti che vengono utilizzate per camere di essiccazione, stufe elettriche, apparecchiature per ufficio, ecc.

Vantaggi e svantaggi

Le lampade ad incandescenza hanno una serie di vantaggi:

• costo accettabile;
• dimensioni compatte;
• risposta istantanea all'accensione/spegnimento;
• mancanza di sfarfallio, che influisce negativamente sugli occhi;
• inerzia agli sbalzi di tensione;
• gamma morbida di bagliore, contribuendo al relax, creando un'atmosfera di comfort;
• buon indice di resa cromatica pari a Ra 90;
• lavorare in qualsiasi condizione (compresa l'umidità elevata);
• disponibilità costante per il consumatore;
• compatibilità ambientale;
• mancanza di rumore durante il funzionamento;
• inerzia alle radiazioni ionizzanti.

Gli svantaggi delle lampade a incandescenza includono i seguenti punti:

• fragilità, sensibilità ai danni meccanici;
• durata relativamente breve;
• bassa efficienza, non superiore al 5-7% (rapporto tra potenza consumata e radiazione visibile);
• pericolo di incendio per contatto diretto della lampada con sostanze combustibili (tessuti, paglia, ecc.);
• la probabilità di un'esplosione per shock termico o rottura della spirale in tensione.

Nonostante tutte queste carenze, le solite lampadine mantengono con sicurezza le loro posizioni. Più del 70% della popolazione della CSI li usa ancora.

Efficienza e durata

Quando si analizza il funzionamento di una lampada a incandescenza, è importante comprenderne l'efficienza. Ad una temperatura della luce di 3400 Kelvin, l'efficienza della cella è del 15%. Questo si riferisce al rapporto tra il consumo di energia e la radiazione luminosa visibile all'occhio umano. A una temperatura di 2700 K (media normale per una normale lampada domestica), l'efficienza è solo del 5%.

Maggiore è la temperatura del filamento, maggiore sarà l'efficienza. Tuttavia, la durata del prodotto è ridotta. Ad esempio, se la tensione viene aumentata del 20%, la luminosità dell'illuminazione diventerà più forte: l'efficienza della lampadina aumenterà, ma la durata sarà ridotta del 90-95%. Di conseguenza, una diminuzione della tensione comporta una diminuzione dell'efficienza del prodotto e un aumento della sua durata.

Come prolungare la vita di una lampada ad incandescenza

In media, una normale lampadina a incandescenza per uso domestico dura 700-1000 ore. Ma in realtà, l'elemento si brucia molto più velocemente. Per prolungare la vita della lampadina, è necessario prevenire i fattori che provocano l'esaurimento della spirale.

• Rispettare l'intervallo di tensione. È indicato sul flacone del prodotto. Di norma, è pari a 125-135 W, 220-230 W, 2,3-2,4 kW. Se la tensione in casa viene superata, il prodotto si brucerà prima. Ad esempio, in un appartamento la tensione massima è di 220 V e la lampada è stata acquistata con un intervallo di 125-135 V. Qui il filamento si brucerà decisamente più velocemente, poiché l'efficienza del prodotto aumenta.
• Eliminare il malfunzionamento della cartuccia. Se le lampade si bruciano spesso, vale la pena ispezionarle, ricontrollando i contatti. Se necessario, sostituire la cartuccia.
• Elimina le vibrazioni. Portano a un rapido esaurimento del filamento di tungsteno. Pertanto, è meglio eseguire il trasferimento delle lampade mobili con la lampada spenta.

Per prolungare la durata della lampada a incandescenza, è possibile ridurre la tensione nella rete solo del 7-8%. In questo caso, il prodotto funzionerà 3-3,5 volte più a lungo con un consumo energetico economico.