Prinsipyo ng Incandescent Lamp at Pagbuo ng Incandescent Lamp

Electrical4u

Larangan: Pangunahing Elektrikal

China

Ang pinagmulan ng ilaw na elektrikal na gumagana batay sa prinsipyong incandescent ay tinatawag na Incandescent Lamp. Sa ibang salita, ang lamp na gumagana dahil sa pagkakalitaw ng filament dahil sa electric current na dumadaan dito, ay tinatawag na incandescent lamp.

Kamusta Gumagana ang Incandescent Lamps?

Kapag isang bagay ay inihain ng mainit, ang atoms sa loob ng bagay ay naging thermally excited. Kung ang bagay ay hindi lumunod, ang electrons sa labas ng orbit ng atoms ay tumalon sa mas mataas na antas ng enerhiya dahil sa ibinigay na enerhiya. Ang mga electrons sa mga mas mataas na antas ng enerhiya ay hindi stable, kaya sila ay muling bumababa sa mas mababang antas ng enerhiya. Habang bumababa mula sa mas mataas patungo sa mas mababang antas ng enerhiya, ang mga electrons ay nagrerelease ng kanilang extra na enerhiya sa anyo ng photons. Ang mga photons na ito ay pagkatapos ay inilalabas mula sa ibabaw ng bagay sa anyo ng electromagnetic radiation.

Ang radiation na ito ay magkakaiba-iba ang wavelengths. Ang bahagi ng wavelengths ay nasa visible range ng wavelengths, at isang malaking bahagi ng wavelengths ay nasa infrared range. Ang electromagnetic wave na may wavelengths na nasa range ng infrared ay heat energy at ang electromagnetic wave na may wavelengths na nasa visible range ay light energy.

Ang incandescent ay nangangahulugan ng paggawa ng visible light sa pamamagitan ng pag-init ng isang bagay. Ang isang incandescent lamp ay gumagana sa parehong prinsipyo. Ang pinakasimpleng anyo ng artifisyal na pinagmulan ng ilaw gamit ang kuryente ay isang incandescent lamp. Dito ginagamit natin ang electric current upang lumusot sa isang maliit at fine na filament upang makagawa ng visible light. Ang kuryente ay tumaas ang temperatura ng filament hanggang sa ito ay naging luminous.

Kasaysayan ng Incandescent Lamp

Karaniwang iniisip na si Thomas Edison ang imbentor ng incandescent lamp, ngunit ang tunay na kasaysayan ay hindi ganoon. Mayroong maraming siyentipiko na nagtrabaho at nagdisenyo ng prototipo para sa incandescent lamp bago si Edison. Isa sa kanila ay ang British physicist na si Joseph Wilson Swan. Ayon sa tala, nakuhang unang patent siya para sa incandescent lamp. Pagkatapos, sina Edison at Swan ay nag-merge upang makapag-produce ng incandescent lamps sa komersyal na scale.

Pagtatayo ng Incandescent Lamp

Ang filament ay nakalakip sa dalawang lead wires. Ang isang lead wire ay konektado sa foot contact at ang isa pa ay natapos sa metal base ng bulb. Ang parehong lead wires ay dumaan sa glass support na nakalagay sa gitna ng lower middle ng bulb. Ang dalawang support wires na rin ay nakalakip sa glass support, ay ginagamit upang suportahan ang filament sa kanyang gitnang bahagi. Ang foot contact ay hiwalay mula sa metal base ng insulating materials. Ang buong sistema ay naka-encapsulate ng colored o phasphare coated o transparent glass bulb. Ang glass bulb maaaring puno ng inert gases o ito ay inilipat sa vacuum depende sa rating ng incandescent lamp.

Ang filament ng incandescent lamps ay air-tightly evacuated sa loob ng glass bulb ng maangkop na hugis at laki. Ang glass bulb na ito ay ginagamit upang i-isolate ang filament mula sa paligid na hangin upang maiwasan ang oxidation ng filament at upang minimahin ang convention current sa paligid ng filament upang panatilihin ang mataas na temperatura ng filament.

Ang glass bulb ay maaaring ipuno ng inert gases tulad ng argon na may kaunting bahagi ng nitrogen sa mababang presyon. Ang inert gases ay ginagamit upang minimahin ang evaporation ng filament sa panahon ng serbisyo ng mga lamps. Ngunit dahil sa convection flow ng inert gas sa loob ng bulb, mayroong mas malaking tsansa ng pagkawala ng init ng filament sa panahon ng operasyon.

Muli, ang vacuum ay isang mahusay na insulation ng init, ngunit ito ay nagpapabilis ng evaporation ng filament sa panahon ng operasyon. Sa kaso ng gas-filled incandescent lamps, ginagamit ang 85% ng argon na haluan ng 15% ng nitrogen. Kasama ang krypton para mabawasan ang evaporation ng filament dahil sa molecular weight ng krypton gas ay napakataas.

Ngunit ito ay may mas mataas na gastos. Sa mga 80% ng atmospheric pressure, ang mga gas ay ipinuno sa loob ng bulb. Ang gas ay ipinuno sa bulb na may rating na higit sa 40 W. Ngunit para sa mas mababa sa 40 W bulb, walang gas ang ginagamit.

Ang iba't ibang bahagi ng isang incandescent lamp ay ipinapakita sa ibaba.

Filament ng Incandescent Lamp

Sa kasalukuyang panahon, ang incandescent lamps ay magagamit sa iba't ibang wattage ratings tulad ng 25, 40, 60, 75, 100 at 200 watts, atbp. May iba't ibang hugis ng bulbs, ngunit pangunahin, lahat ay bilog sa hugis. May tatlong pangunahing materyales na ginagamit para sa paggawa ng filament ng incandescent lamps, at ito ay carbon, tantalum, at tungsten. Ang carbon ay dating ginagamit para sa materyal ng filament, ngunit kasalukuyang ang tungsten ang pinaka-karaniwang ginagamit para sa layunin.

Ang melting point ng carbon filament ay humigit-kumulang 3500oC, at ang operating temperature ng filament na ito ay humigit-kumulang 1800oC kaya ang tsansa ng evaporation ay napakakaunti. Dahil dito, ang carbon filament incandescent lamps ay libre mula sa darkening dahil sa evaporation ng filament. Ang darkening ng filament lamp ay nangyayari kapag ang molecules ng materyal ng filament ay inilapat sa inner wall ng glass bulb dahil sa evaporation ng filament sa panahon ng operasyon.

Ang darkening na ito ay naging prominent pagkatapos ng mahabang buhay ng lamp. Ang efficiency ng carbon filament lamp ay hindi mabuti, ito ay humigit-kumulang 4.5 lumens per watt. Ang tantalum ay ginamit bilang filament, ngunit ang efficiency nito ay napakakaunti, ito ay humigit-kumulang 2 lumens per watt. Dahil dito, ang tantalum ay napakakaunti lamang ang ginagamit bilang element ng filament.

Ang pinaka-widely used na materyal ng filament ngayon ay tungsten dahil sa kanyang mataas na luminous efficacy. Ito ay maaaring magbigay ng 18 lumens per watt kapag ito ay gumagana sa 2000oC. Ang efficacy na ito ay maaaring umabot sa 30 lumens per watt kapag ito ay gumagana sa 2500oC. Ang mataas na melting point ay isang pangunahing kriterion para sa materyal ng filament dahil ito ay kailangan gumana sa napakataas na temperatura nang hindi ito evaporated.

Bagaman ang tungsten ay may kaunti nga mas mababang melting point kaysa sa carbon, subalit ang tungsten pa rin ang mas pinapaboran bilang materyal ng filament. Ito ay dahil sa mataas na operating temperatures na nagpapataas ng luminous efficiency ng tungsten. Ang mechanical strength ng tungsten filament ay napakataas upang matiis ang mga mechanical vibrations.

Buhay ng Incandescent Lamps

Anuman ang teknolohiya ng pagmamanufacture, bawat uri ng incandescent lamps ay mayroong isang aproksimadong life span. Ito ay dahil sa phenomenon ng filament evaporation na maaaring minimahin pero hindi maaaring iwasan nang lubos.

Dahil sa filament evaporation, ang glass bulb ay madilim sa loob ng panahon. Dahil sa filament evaporation, ang filament ay naging mas maliit na nagpapababa ng luminous efficiency ng filament at sa huli, ang filament ay nababali. Dahil ang filament lamps ay direktang konektado sa power supply line, ang voltage fluctuations sa line, ay nakakaapekto sa performance ng bulb.

Nakita na ang luminous efficacy ng isang incandescent lamp ay direktang proportional sa square ng supply voltage ngunit sa parehong oras, ang life span ng lamp ay inversely proportional sa 13th to 14th power ng supply voltage. Ang pangunahing mga abilidad ng incandescent lamps ay ang mga ito ay sapat na murang at napakasustansya para sa lighting sa maliit na lugar. Ngunit ang mga lamps na ito ay hindi energy efficient at humigit-kumulang 90% ng input electrical energy ay nawawala bilang init.