Incandesca Lampa Principo kaj Konstruo de Incandesca Lampa
La elektra luma fonto, kiu funkcias laŭ la principo de lumado pro incandescado, nomiĝas Incandescada Lampo. Alivorte, la lampo, kiu laboras pro la lumado de la filamento kaŭzita de elektra fluo tra ĝi, nomiĝas incandescada lampo.
Kiel Funkciadas Incandescadaj Lampoj?
Kiam objekto estas farita varma, la atomoj ene de la objekto iĝas termike ekscititaj. Se la objekto ne fondonas, la eksteraj orbitaj elektronoj de la atomoj saltas al pli alta energianivel pro la suplika energio. La elektronoj sur tiuj pli altaj energianivele ne estas stabila, ili denove falas al pli malaltaj energianivele. Dum la falado de la pli alta al la pli malalta energianivel, la elektronoj liberas sian extraan energion en formo de fotonoj. Tiuj fotonoj estas tiam emisitaj de la surfaco de la objekto en formo de elektromagnetradiaĵo.
Ĉi tiu radiaĵo havos malsamajn longecojn de ondo. Parto de la longecoj de ondo estas en la videbla gamo de longecoj de ondo, kaj signifa parto de la longecoj de ondo estas en la infraruda gamo. La elektromagnetonda ondo kun longecoj de ondo en la gamo de infrarudo estas varmeenergio, kaj la elektromagnetonda ondo kun longecoj de ondo en la videbla gamo estas lumenergio.
Incandescado signifas produktadon de videbla lumo per varmigo de objekto. Incandescada lampo funkcias laŭ la sama principo. La plej simpla formo de artifika fonto de lumo uzanta elektron estas incandescada lampo. Ĉi tie ni uzas elektran fluon por fluigi tra tena filamento por produkti videblan lumon. La fluo levas la temperaturon de la filamento al tia grado, ke ĝi iĝas lumema.
Historio de Incandescada Lampo
Ĝenerale opiniiĝas, ke Thomas Edison estis la inventinto de la incandescada lampo, sed la reala historio ne estis tia. Estis nombro da sciencistoj, kiuj laboris kaj dezenis prototipon de la incandescada lampo antaŭ Edison. Unu el ili estis la brita fizikisto Joseph Wilson Swan. Laŭ la registroj, li ricevis la unuan patenton por la incandescada lampo. Poste Edison kaj Swan kunfandiĝis por produkti incandescadajn lampojn komerce.
Konstruo de Incandescada Lampo
La filamento estas fixita trans du konduktaj dratoj. Unu konduktodrato estas konektita al la piedkontakto, kaj la alia finiĝas je la metalbazo de la bulbo. Ambaŭ konduktodratoj pasas tra glasa subtenilo montita en la meza infera parto de la bulbo. Du subtenildratoj ankaŭ atachitaj al la glasa subtenilo, estas uzataj por subteni la filamenton en ĝia meza parto. La piedkontakto estas izolita de la metalbazo per izolmaterialoj. La tuta sistemo estas inkapsulita per kolora aŭ fosforakapelita aŭ tranĉa glasa bulbo. La glasa bulbo povas esti plenigita per inerta gaso aŭ ĝi restas vakua depende de la valoro de la incandescada lampo.
La filamento de incandescadaj lampoj estas hermete evakuata kun glasa bulbo de taŭga formo kaj grandeco. Ĉi tiu glasa bulbo estas uzata por izoli la filamenton de la ĉirkaŭa aero por eviti oksidigon de la filamento kaj por minimumigi la konvektionan fluon ĉirkaŭ la filamento, do por teni la temperaturon de la filamento alta.
La glasa bulbo estas aŭ tenata vakua aŭ plenigita per inerta gasoj, kiel argono, kun malgranda procento de azoto sub malalta preso. Inertaj gasoj estas uzataj por minimumigi la vaporigadon de la filamento dum la servado de la lampoj. Sed pro la konvektiona fluo de la inerta gaso ene de la bulbo, estas pli granda ŝanco de perdi la varmon de la filamento dum operacio.
Denove, vakuo estas granda izolilo de varmo, sed ĝi akcelas la vaporigadon de la filamento dum operacio. En la okazo de gazplena incandescada lampo, 85% de argono mezblasita kun 15% de azoto estas uzata. Okaze kriptono povas esti uzata por redukti la vaporigadon de la filamento, ĉar la molekula pezo de la kriptonogaso estas tre alta.
Sed ĝi kostas pli multe. Je proksimume 80% de atmosfera preso, la gasoj estas plenitaj en la bulbon. Gasoj estas plenitaj en la bulbon kun valoro pli ol 40 W. Sed por malpli ol 40 W bulbo; ne estas uzebla gaso.
La diversaj partoj de incandescada lampo estas montritaj sube.
Filamento de Incandescada Lampo
En la nuntempoj, incandescadaj lampoj estas haveblaj en diversaj valoroj, kiel 25, 40, 60, 75, 100 kaj 200 vatiaj. Ekzistas diversaj formoj de bulboj, sed bazical ĉiuj estas rondformaj. Ekzistas ĉefe tri materialoj uzataj por produti la filamenton de incandescadaj lampoj, kaj tiuj estas karbono, tantalumo, kaj tungsteno. Karbono estis antaŭe uzata por filamentmaterialo, sed nuntempe tungsteno estas plej ofte uzata pro ĝia celo.
La fusopunkto de karbonfilamento estas proksimume 3500oC, kaj la operacietemperaturo de ĉi tiu filamento estas proksimume 1800oC, do la ŝanco de vaporigado estas tre malalta. Pro tio, karbonfilamentaj incandescadaj lampoj estas libera de malheligo pro vaporigado de la filamento. Malheligo de filamento okazas kiam molekuloj de filamentmaterialo estas depozititaj sur la interna muro de la glasa bulbo pro vaporigado de la filamento dum operacio.
Ĉi tiu malheligo iĝas evidenta post longa vivo de la lampo. La efektiveco de karbonfilamenta lampo ne estas bona, ĝi estas proksimume 4.5 lumenoj por vatio. Tantalumo estis uzata kiel filamento, sed ĝia efektiveco estas tre malbona, ĝi estas proksimume 2 lumenoj por vatio. Tial, tantalumo estas tre malofte uzata kiel filamentelemento.
La plej larĝe uzata filamentmaterialo nuntempe estas tungsteno pro ĝia alta lumefektiveco. Ĝi povas doni 18 lumenojn por vatio kiam ĝi operacias je 2000oC. Ĉi tiu efektiveco povas esti ĝis 30 lumenoj por vatio kiam ĝi operacias je 2500oC. Alta fusopunkto estas grava kriterio por filamentmaterialo, ĉar ĝi devas labori je tre alta temperaturo sen esti vaporigita.
Ankoraŭ ke tungsteno havas iomete pli malbonan fusopunkton ol karbono, tungsteno estas pli preferinda kiel filamentmaterialo. Tio estas pro la alta operacietemperaturo, kiu faras tungstenon multe pli lumefektivan. La mekanika forto de tungstenfilamento estas sufiĉe alta por rezisti mekanikajn vibrilojn.
Vivo de Incandescadaj Lampoj
Ne gravas, kiel teknologio de manufakturo, ĉiu tipo de incandescadaj lampoj havas iun aproksiman vivon. Tio estas pro la fenomeno de vaporigado de la filamento, kiu povas esti minimumigita, sed ne povas esti evitita tute.
Pro la vaporigado de la filamento, la glasa bulbo malheligas super periodo. Pro la vaporigado de la filamento, ĝi iĝas pli tena, kio faras la filamento malpli lumefektivan, kaj fine, la filamento rompiĝas. Ĉar la filamentoj estas direktkonectitaj al la elektraporta linio, la fluktuoj de voltaĝo en la linio, afektas la performadon de la bulbo.
Estas trovite, ke la lumefektiveco de incandescada lampo estas direktproporcia al la kvadrato de la suplevoltaĝo, sed samtempe, la vivo de la lampo estas inversproporciale al 13a al 14a potenco de la suplevoltaĝo. La ĉefaj avantaĝoj de incandescadaj lampoj estas, ke ili estas sufiĉe malbarataj kaj tre taŭgaj por lumado en malgrandaj areoj. Sed ĉi tiuj lampoj ne estas energieffektivaj, kaj proksimume 90% de la eniga elektra energio estas perditaj kiel varmo.
Havebleco de Incandescadaj Bulboj en la Merkato
