Principio da Lámpada Incandescente e Construción da Lámpada Incandescente

A fonte de luz eléctrica que funciona segundo o principio do fenómeno incandescente chámase Lámpara Incandescente. En outras palabras, a lámpara que funciona debido ao brillo do filamento causado pola corrente eléctrica que pasa por ela, chámase lámpara incandescente.

Como funcionan as Lámparas Incandescentes?

Cando un obxecto é calentado, os átomos dentro do obxecto excitánse termicamente. Se o obxecto non se funde, os eléctrons das órbitas externas dos átomos saltan a niveis de enerxía máis altos debido á enerxía suministrada. Os eléctrons nestes niveis de enerxía máis altos non son estables, e caen de novo a niveis de enerxía máis baixos. Ao caer dende niveis de enerxía máis altos a niveis de enerxía máis baixos, os eléctrons liberan a súa enerxía extra na forma de fótons. Estes fótons emítense despois desde a superficie do obxecto na forma de radiación electromagnética.

Esta radiación terá diferentes lonxitudes de onda. Unha parte das lonxitudes de onda está no rango visible, e unha parte significativa das lonxitudes de onda está no rango infravermello. A onda electromagnética con lonxitudes de onda dentro do rango infravermello é enerxía térmica, e a onda electromagnética con lonxitudes de onda dentro do rango visible é enerxía luminosa.

Incandescente significa producir luz visible calentando un obxecto. Unha lámpara incandescente funciona segundo o mesmo principio. A forma máis simple da fonte artificial de luz que usa electricidade é unha lámpara incandescente. Aquí usamos corrente eléctrica para fluir a través dun filamento fino e delicado para producir luz visible. A corrente eleva a temperatura do filamento a tal punto que se torna luminoso.

História da Lámpara Incandescente

Xeralmente considerase que Thomas Edison foi o inventor da lámpara incandescente, pero a historia real non foi así. Houbo moitos científicos que traballaron e deseñaron prototipos para a lámpara incandescente antes de Edison. Un deles foi o físico británico Joseph Wilson Swan. Segundo os rexistros, atopouse que el recibiu a primeira patente para a lámpara incandescente. Posteriormente, Edison e Swan unironse para producir lámparas incandescentes a escala comercial.

Construción da Lámpara Incandescente

O filamento está unido a dúas liñas de conexión. Unha liña de conexión está conectada ao contacto da base e a outra termina na base metálica da lampa. Ambas as liñas de conexión pasan a través dun soporte de vidro montado no medio inferior da lampa. Dúas liñas de soporte tamén están unidas ao soporte de vidro, e úsanse para sostener o filamento na súa parte central. O contacto da base está aislado da base metálica por materiais aislantes. Todo o sistema está encapsulado nun bulbo de vidro coloreado ou recuberto de fosfato ou transparente. O bulbo de vidrio pode estar cheo de gases inertes ou mantérselle vacío, dependendo da clasificación da lampa incandescente.

O filamento das lámparas incandescentes está hermeticamente evacuado cun bulbo de vidro de forma e tamaño adecuados. Este bulbo de vidro úsase para aislar o filamento do aire circundante para evitar a oxidación do filamento e minimizar a corrente convectiva arredor do filamento, polo que se mante a alta temperatura do filamento.

O bulbo de vidro está ou en vacío ou cheo de gases inertes como argón con un pequeno porcentaxe de nitróxeno a baixa presión. Os gases inertes úsanse para minimizar a evaporación do filamento durante o servizo das lámpanas. Pero debido á corrente convectiva de gas inerte dentro do bulbo, hai maiores posibilidades de perder calor do filamento durante a operación.

Novamente, o vacío é un gran aislante de calor, pero acelera a evaporación do filamento durante a operación. No caso de lámpanas incandescentes cheas de gas, úsase un 85% de argón mezclado cun 15% de nitróxeno. Ocasionalmente, pode usarse criptón para reducir a evaporación do filamento, xa que o peso molecular do gas de criptón é bastante alto.

Pero custa máis. A presión atmosférica aproximadamente o 80%, os gases son introducidos no bulbo. O gas introduce no bulbo coa potencia superior a 40 W. Pero para lámpanas de menos de 40 W, non se usa ningún gas.

As diversas partes dunha lampa incandescente amóstranse a continuación.

Filamento da Lámpara Incandescente

Nos días actuais, as lámparas incandescentes están dispoñibles en diferentes potencias tales como 25, 40, 60, 75, 100 e 200 watts, etc. Hai diferentes formas de bulbos, pero basicamente todos son redondeados. Hai principalmente tres materiais utilizados para producir o filamento das lámparas incandescentes, e estes son carbono, tantalio e tungsteno. O carbono usábase previamente como material de filamento, pero actualmente o tungsteno é o máis utilizado para este propósito.

O punto de fusión do filamento de carbono é de aproximadamente 3500oC, e a temperatura de funcionamento deste filamento é de aproximadamente 1800oC, polo que a probabilidade de evaporación é bastante baixa. Debido a isto, as lámpanas incandescentes de filamento de carbono están libres de escurecer debido á evaporación do filamento. O escurecemento do filamento ocorre cando as moléculas do material do filamento depositan na parede interna do bulbo de vidro debido á evaporación do filamento durante a operación.

Este escurecemento fai-se evidente despois dunha longa vida útil da lampa. A eficiencia da lampa de filamento de carbono non é boa, é de aproximadamente 4,5 lúmens por vatio. O tantalio usábase como filamento, pero a súa eficiencia é moi pobre, sendo de aproximadamente 2 lúmens por vatio. Isto é porque o tantalio é moi raro como elemento de filamento.

O material de filamento máis amplamente usado actualmente é o tungsteno debido á súa alta eficacia luminosa. Pode dar 18 lúmens por vatio cando opera a 2000oC. Esta eficacia pode chegar a 30 lúmens por vatio cando opera a 2500oC. O punto de fusión alto é un criterio principal para o material de filamento, xa que ten que funcionar a temperaturas moi altas sen ser evaporado.

Aínda que o tungsteno teña un pouco peor punto de fusión que o do carbono, o tungsteno é preferible como material de filamento. Isto é debido ás altas temperaturas de funcionamento que facen que o tungsteno sexa moito máis eficiente luminosamente. A resistencia mecánica do filamento de tungsteno é suficientemente alta para resistir vibracións mecánicas.

Vida Útil das Lámparas Incandescentes

Sexa cual for a tecnoloxía de fabricación, cada tipo de lámpanas incandescentes ten unha vida útil aproximada. Isto é debido ao fenómeno de evaporación do filamento, que pode minimizarse pero non evitarse completamente.

Debido á evaporación do filamento, o bulbo de vidro escurece ao longo do tempo. Debido á evaporación do filamento, o filamento fícase máis fino, o que fai que o filamento sexa menos eficiente luminosamente e, finalmente, o filamento rompe. Como as lámpanas incandescentes están conectadas directamente á liña de alimentación, as fluctuacións de voltagem na liña afectan o rendemento da lampa.

Descubríuse que a eficacia luminosa dunha lampa incandescente é directamente proporcional ao cadrado da voltagem de alimentación, pero ao mesmo tempo, a vida útil da lampa é inversamente proporcional á 13ª a 14ª potencia da voltagem de alimentación. As principais vantaxes das lámpanas incandescentes son que son suficientemente baratas e moi adecuadas para iluminación en áreas pequenas. Pero estas lámpanas non son eficientes enerxéticamente e aproximadamente o 90% da enerxía eléctrica de entrada perdesé como calor.

Dispoñibilidade das Lámpanas Incandescentes no Mercado

Hai varias formas e tamaños atractivos de lámpanas dispoñibles no mercado. As lámpanas PS30 teñen forma de pera, a lampa T12 é tubular con un diámetro de 1,5 polegadas, a lampa R40 ten un bulbo reflector con un diámetro de 5 polegadas. Basándonos na dispoñibilidade de potencias, as lámpanas son comúns no mercado con 25, 40, 60, 75, 100,