Принцип на работа и конструкция на лампа накал

Електрически източник на светлина, който работи по принципа на накаленото явление, се нарича накалена лампа. С други думи, лампата, която работи поради накалването на жичката, причинено от електрически ток, минаващ през нея, се нарича накалена лампа.

Как работят накалените лампи?

Когато обект е нагрян, атомите в обекта стават термично възбудени. Ако обектът не се разтопи, външните електрони на атомите преминават на по-висок енергетичен ниво благодарение на подадената енергия. Електроните на тези по-високи енергетични нива не са стабилни, те пак се връщат на по-ниски енергетични нива. По време на падането от по-високи до по-ниски енергетични нива, електроните излъчват своята допълнителна енергия във формата на фотони. Тези фотони се излъчват от повърхността на обекта във формата на електромагнитно излъчване.

Това излъчване ще има различни дължини на вълната. Част от дължините на вълната са в видимия спектър, а значителна част от дължините на вълната са в инфрачервен спектър. Електромагнитната вълна с дължини на вълната в диапазона на инфрачервено е топлинна енергия, а електромагнитната вълна с дължини на вълната в видим спектър е светлинна енергия.

Накален означава произвеждане на видима светлина чрез нагряване на обект. Накалена лампа работи по същия принцип. Най-простата форма на изкуствен източник на светлина, използващ електричество, е накалена лампа. Тук използваме електрически ток да протече през тънка и финна жичка, за да се произведе видима светлина. Токът повишава температурата на жичката до такава степен, че тя стане светеща.

История на накалената лампа

Обикновено се приема, че Томас Едисън е изобретил накалената лампа, но реалната история не е била такава. Има били много учени, които са работили и проектирали прототипи на накалена лампа преди Едисън. Един от тях бил британски физик Джозеф Уилсън Суан. От записите се установява, че той получил първия патент за накалена лампа. По-късно Едисън и Суан се обединили, за да произвеждат накалени лампи в комерсиален мащаб.

Конструкция на накалена лампа

Жичката е прикрепена към две водещи жици. Една водеща жица е свързана с контакт на основата, а другата завършва на металната основа на лампата. Двете водещи жици преминават през стъклена опора, монтирана в средата на долната част на лампата. Две опорни жици, прикрепени към стъклената опора, се използват за подкрепа на жичката в средната й част. Контактът на основата е изолиран от металната основа с изолационни материали. Цялата система е обгръщана от цветна, покрита с фосфор или прозрачна стъклена колба. Стъклената колба може да бъде напълнена с инертни газове или да бъде под дейност, в зависимост от рейтинга на накалената лампа.

Жичката на накалените лампи е герметично запечатана със стъклена колба с подходяща форма и размер. Тази стъклена колба се използва, за да изолира жичката от околната въздух, за да предотврати окисляването на жичката и да намали конвективния поток около жичката, за да се поддържа високата й температура.

Стъклената колба или е под дейност, или е напълнена с инертни газове като аргон с малък процент азот при ниско налягане. Инертните газове се използват, за да намалят изпаряването на жичката по време на използването на лампите. Но поради конвективния поток на инертния газ вътре в колбата, има по-голяма вероятност жичката да губи топлина по време на работа.

От друга страна, дейността е велика изолация на топлината, но ускорява изпаряването на жичката по време на работа. В случай на газови накалени лампи, се използва 85% аргон, смесен с 15% азот. Понякога може да се използва криптон, за да се намали изпаряването на жичката, тъй като молекулярната маса на криптоновия газ е доста по-висока.

Но това струва повече. При около 80% от атмосферното налягане, газовете се зареждат в колбата. Газовете се зареждат в колбата с мощност над 40 Вт. Но за колби с мощност под 40 Вт, не се използват газове.

Различните части на накалена лампа са показани по-долу.

Жичка на накалена лампа

В днешни дни, накалените лампи са налични с различни мощности, като 25, 40, 60, 75, 100 и 200 ватта и т.н. Има различни форми на колби, но основно всички са закръглени. За производство на жичката на накалените лампи се използват три основни материала, а именно въглерод, тантал и волфрам. Преди се използваше въглерод за материал на жичката, но в момента най-често се използва волфрам.

Точката на топене на въглеродна жичка е около 3500°C, а оперативната температура на тази жичка е около 1800°C, затова вероятността за изпаряване е доста малка. Благодарение на това, накалените лампи с въглеродна жичка са свободни от потъмняване, причинено от изпаряване на жичката. Потъмняването на лампата се случва, когато молекулите на материала на жичката се депонират върху вътрешната стена на стъклената колба, поради изпаряването на жичката по време на работа.

Това потъмняване става забележимо след дълъг срок на ползване на лампата. Ефективността на лампата с въглеродна жичка не е добра, тя е около 4.5 люмена на ват. Танталът се използваше като жичка, но ефективността му е много по-лоша, тя е около 2 люмена на ват. Затова танталът рядко се използва като елемент на жичка.

Нашироко използваният материал за жичка в момента е волфрам, благодарение на неговата висока ефективност на осветяване. Той може да даде 18 люмена на ват, когато работи при 2000°C. Тази ефективност може да достигне до 30 люмена на ват, когато работи при 2500°C. Високата точка на топене е важен критерий за материал на жичка, тъй като той трябва да работи при много висока температура, без да се изпари.

Въпреки че волфрамът има малко по-ниска точка на топене от въглерода, все пак волфрамът е по-предпочитан като материал за жичка. Това е благодарение на високата оперативна температура, която прави волфрама много по-ефективен. Механичната сила на волфрамовата жичка е достатъчно висока, за да издържи механичните вибрации.

Срок на ползване на накалените лампи

Каквато и да е технологията за производство, всеки тип накалени лампи има някакъв приблизителен срок на ползване. Това е поради явлението на изпаряване на жичката, което може да бъде намалено, но не може да бъде избегнато напълно.

Поради изпаряването на жичката, стъклената колба потъмнява с течение на времето. Изпаряването на жичката я прави по-тънка, което я прави по-малко ефективна, и в крайна сметка, жичката се прекъсва. Тъй като накалените лампи са direktno свързани с електрическата мрежа, колебанията на напрежението в мрежата, влияят на производителността на лампата.

Установено е, че ефективността на накалената лампа е директно пропорционална на квадрата на напрежението, но в същото време, срока на ползване на лампата е обратно пропорционален на 13