Principi de la Llampa Incandescent i Construcció de la Llampa Incandescent

La font lluminosa elèctrica que funciona segons el principi del fenomen incandescent es diu Llum Incandescent. En altres paraules, la llum que funciona degut al brillant de la fil·lament causat per corrent elèctric a través d'ella, es diu llum incandescent.

Com funcionen les Llums Incandescents?

Quan un objecte es calenta, els àtoms dins l'objecte es fan excitar tèrmicament. Si l'objecte no es fon, els electrons de les òrbites externes dels àtoms passen a nivells d'energia més alts gràcies a l'energia suministrada. Els electrons en aquests nivells d'energia més alts no són estables, tornen a caure a nivells d'energia més baixos. Mentre cauen des de nivells d'energia més alts a nivells més baixos, els electrons alliberen la seva energia addicional en forma de fotons. Aquests fotons es van emetent des de la superfície de l'objecte en forma de radiació electromagnètica.

Aquesta radiació tindrà diferents longituds d'ona. Una part de les longituds d'ona està en el rang visible de longituds d'ona, i una part significativa de longituds d'ona està en el rang infraroig. La ona electromagnètica amb longituds d'ona dins el rang d'infraroig és energia calorífica i la ona electromagnètica amb longituds d'ona dins el rang visible és energia luminosa.

Incandescent significa produir llum visible escalfant un objecte. Una llum incandescent funciona en el mateix principi. La forma més simple de la font artificial de llum utilitzant electricitat és una llum incandescent. Aquí utilitzem corrent elèctric per fluir a través d'una fil·lament fina i delicada per produir llum visible. El corrent augmenta la temperatura de la fil·lament fins a tal punt que es fa luminosa.

Història de la Llum Incandescent

Normalment es considera que Thomas Edison va ser l'inventor de la llum incandescent, però la història real no va ser així. Hi havia diversos científics que van treballar i van dissenyar prototips per a la llum incandescent abans d'Edison. Un d'ells va ser el físic britànic Joseph Wilson Swan. Segons els registres, es va trobar que va obtenir la primera patente per a la llum incandescent. Posteriorment, Edison i Swan es van unir per produir llums incandescents a escala comercial.

Construcció de la Llum Incandescent

La fil·lament es fixa entre dos fils conductors. Un fil conductor es connecta al contacte de peó i l'altre es termina a la base metàlica de la bombolla. Tots dos fils conductors passen a través d'un suport de vidre muntat a la part inferior central de la bombolla. Dos fils de suport també atacats al suport de vidre, s'utilitzen per sostenir la fil·lament a la seva part central. El contacte de peó està aïllat de la base metàlica mitjançant materials aïllants. Tot el sistema està encapsulat per una bombolla de vidre de color, revestida de fósfor o transparent. La bombolla de vidre pot estar omplerta amb gasos inerts o mantenir-se buida depenent de la potència de la llum incandescent.

La fil·lament de les llums incandescents està hermèticament evacuada amb una bombolla de vidre de forma i mida adequades. Aquesta bombolla de vidre s'utilitza per aïllar la fil·lament de l'aire ambient per prevenir la oxidació de la fil·lament i per minimitzar la corrent de convecció al voltant de la fil·lament, així mantenint la temperatura de la fil·lament alta.

La bombolla de vidre es manté buida o plena de gasos inerts com l'argó amb una petita percentatge de nitrogen a baixa pressió. Es fan servir gasos inerts per minimitzar l'evaporació de la fil·lament durant el servei de les llums. Però, a causa de la corrent de convecció del gas inert dins la bombolla, hi ha més possibilitats de perdre el calor de la fil·lament durant l'operació.

Un altre cop, el buit és un gran aïllant de calor, però accelera l'evaporació de la fil·lament durant l'operació. En el cas de les llums incandescents omplertes de gas, s'utilitza un 85% d'argó mixtat amb un 15% de nitrogen. Ocasionalment, es pot utilitzar criptó per reduir l'evaporació de la fil·lament, ja que el pes molecular del gas criptó és bastant més alt.

Però costa més. A uns 80% de la pressió atmosfèrica, els gasos s'omplerten a la bombolla. El gas s'omplerte a la bombolla amb una potència superior a 40 W. Però per a bombolles inferiors a 40 W, no s'utilitza gas.

Les diverses parts d'una llum incandescent es mostren a continuació.

Fil·lament de la Llum Incandescent

En l'actualitat, les llums incandescents estan disponibles en diferents potències com 25, 40, 60, 75, 100 i 200 watts, etc. Hi ha diferents formes de bombolles, però bàsicament totes són arrodonides. Hi ha principalment tres materials utilitzats per produir la fil·lament de les llums incandescents, i aquests són carboni, tantali i tungstè. El carboni s'utilitzava anteriorment com a material de fil·lament, però actualment el tungstè és el més utilitzat per a aquest propòsit.

El punt de fusió de la fil·lament de carboni és d'uns 3500oC, i la temperatura d'operació d'aquesta fil·lament és d'uns 1800oC, per tant, la possibilitat d'evaporació és bastant menys. Gràcies a això, les llums incandescents de fil·lament de carboni estan lliures de fosquejar-se degut a l'evaporació de la fil·lament. El fosqueig de la fil·lament ocurre quan les molècules del material de la fil·lament es depositen a la paret interna de la bombolla de vidre degut a l'evaporació de la fil·lament durant l'operació.

Aquest fosqueig esdevé prominent després d'una vida llarga de la llum. L'eficiència de la llum de fil·lament de carboni no és gaire bona, és d'uns 4,5 lumens per watt. El tantali s'utilitzava com a fil·lament, però la seva eficiència és molt dolenta, és d'uns 2 lumens per watt. És per això que el tantali es fa servir molt poc com a element de fil·lament.

El material de fil·lament més ampliament utilitzat avui en dia és el tungstè degut a la seva alta eficàcia luminosa. Pot donar 18 lumens per watt quan opera a 2000oC. Aquesta eficàcia pot arribar a 30 lumens per watt quan opera a 2500oC. El punt de fusió alt és un criteri major per al material de fil·lament, ja que ha de funcionar a una temperatura molt alta sense evaporar-se.

Encara que el tungstè té un punt de fusió lleugerament més baix que el del carboni, encara és més preferible com a material de fil·lament. Això és degut a les temperatures operatives més altes, que fan que el tungstè sigui més eficient en llum. La resistència mecànica de la fil·lament de tungstè és bastant alta per resistir les vibracions mecàniques.

Vida Útil de les Llums Incandescents

Sigui quina sigui la tecnologia de fabricació, cada tipus de llums incandescents té una vida útil aproximada. Això és degut al fenomen d'evaporació de la fil·lament, que es pot minimitzar, però no es pot evitar completament.

Degut a l'evaporació de la fil·lament, la bombolla de vidre s'obscura amb el temps. Degut a l'evaporació de la fil·lament, aquesta es va aminorant, cosa que fa que la fil·lament sigui menys eficient en llum i finalment, la fil·lament es trenca. Com que les llums incandescents estan connectades directament a la línia d'aprovitament elèctric, les fluctuacions de tensió a la línia, afecten el rendiment de la bombolla.

S'ha trobat que l'eficàcia luminosa d'una llum incandescent és directament proporcional al quadrat de la tensió d'aprovitament, però alhora, la vida útil de la llum és inversament proporcional a la 13a o 14a potència de la tensió d'aprovitament. Les principals avantatges de les llums incandescents són que aquestes són prou barates i molt adequades per a l'enllumenat en àrees petites. Però aquestes llums no són eficients energèticament i uns 90% de l'energia elèctrica d'entrada es perden com a calor.

Disponibilitat de les Bombolles Incandescents al Mercat