Clique no interruptor - e o quarto escuro mudou instantaneamente, os detalhes dos menores elementos do interior tornaram-se visíveis. É assim que a energia de um pequeno dispositivo se espalha instantaneamente, inundando tudo ao redor com luz. O que faz você criar uma radiação tão poderosa? A resposta está escondida no nome do dispositivo de iluminação, que é chamado de lâmpada incandescente.
A história da criação dos primeiros elementos de iluminação
As origens das primeiras lâmpadas incandescentes remontam ao início do século XIX. Ou melhor, a lâmpada apareceu um pouco mais tarde, mas o efeito do brilho das hastes de platina e carbono sob a ação da energia elétrica já foi observado. Duas questões difíceis surgiram diante dos cientistas:
- encontrar materiais de alta resistência capazes de aquecer sob a influência da corrente até um estado de emissão de luz;
- Prevenção da combustão rápida do material no ar.
Pesquisa einvenções do cientista russo Alexander Nikolaevich Lodygin e do americano Thomas Edison.
Lodygin sugeriu o uso de hastes de carbono como elemento incandescente, que estavam em um frasco lacrado. A desvantagem do projeto foi a dificuldade de bombear ar, cujos restos contribuíram para a rápida combustão das hastes. Mas ainda assim, suas lâmpadas queimaram por várias horas, e desenvolvimentos e patentes se tornaram a base para a criação de dispositivos mais duráveis.
O cientista americano Thomas Edison, familiarizando-se com os trabalhos de Lodygin, fez um frasco de vácuo eficaz, no qual colocou um fio de carbono feito de fibra de bambu. Edison também forneceu a base da lâmpada com uma conexão rosqueada inerente às lâmpadas modernas e inventou muitos elementos elétricos, como: um plugue, um fusível, um interruptor rotativo e muito mais. A eficiência da lâmpada incandescente Edison era pequena, embora pudesse funcionar até 1000 horas de tempo e recebeu uso prático.
Subseqüentemente, ao invés de elementos de carbono, foi proposta a utilização de metais refratários. O filamento de tungstênio usado nas modernas lâmpadas incandescentes também foi patenteado pela Lodygin.
O dispositivo e o princípio de funcionamento da lâmpada
O design de uma lâmpada incandescente não mudou fundamentalmente por mais de cem anos. Inclui:
- Um frasco hermeticamente fechado que limita o espaço de trabalho e é preenchido com um gás inerte.
- O plinto que temforma espiral. Serve para segurar a lâmpada no soquete e conectá-la eletricamente às partes que conduzem corrente.
- Condutores que conduzem corrente da base para a espiral e a retêm.
- Espiral incandescente, cujo aquecimento gera a emissão de energia luminosa.
Quando uma corrente elétrica passa por uma bobina, ela aquece instantaneamente até as temperaturas mais altas de até 2700 graus. Isso se deve ao fato de que a espiral possui uma grande resistência de corrente e muita energia é gasta para superar essa resistência, que é liberada na forma de calor. O calor aquece o metal (tungstênio) e ele começa a emitir fótons de luz. Devido ao fato de o frasco não conter oxigênio, o tungstênio não oxida durante o aquecimento e não queima. Um gás inerte evita que as partículas de metal quente evaporem.
Qual é a eficiência de uma lâmpada incandescente
Eficiência mostra qual porcentagem da energia gasta é convertida em trabalho útil e qual não é. No caso de uma lâmpada incandescente, a eficiência é baixa, pois apenas 5-10% da energia vai para emitir luz, o restante é liberado como calor.
A eficiência das primeiras lâmpadas incandescentes, onde a haste de carbono atuava como filamento, era ainda menor em comparação com os aparelhos modernos. Isto é devido a perdas adicionais devido à convecção. Os filamentos espirais têm uma porcentagem menor dessas perdas.
A eficiência de uma lâmpada incandescente depende diretamente da temperatura de aquecimento da espiral. Como padrão, uma bobina de lâmpada de 60 W aquece até 2700 ºС, aesta eficiência é de apenas 5%. É possível aumentar o poder de aquecimento para 3400 ºС aumentando a tensão, mas isso reduzirá a vida útil do dispositivo em mais de 90%, embora a lâmpada brilhe mais e a eficiência aumente para 15%.
É errado pensar que um aumento na potência da lâmpada (100, 200, 300 W) leva a um aumento na eficiência apenas porque o brilho do dispositivo aumentou. A lâmpada começou a brilhar mais devido à maior potência da própria espiral e como resultado da maior emissão de luz. Mas os custos de energia também aumentaram. Portanto, a eficiência de uma lâmpada incandescente de 100 W também estará dentro de 5-7%.
Variedades de lâmpadas incandescentes
Lâmpadas incandescentes vêm em vários designs e propósitos funcionais. Eles são divididos em luminárias:
- Uso geral. Estes incluem lâmpadas para uso doméstico de diferentes potências, projetadas para tensão de rede de 220 V.
- Design decorativo. Eles têm tipos de frascos não padronizados em forma de velas, esferas e outras formas.
- Tipo de iluminação. Lâmpadas coloridas de baixa potência para iluminações coloridas.
- Destino local. Dispositivos de tensão segura até 40 V. Eles são usados em mesas de produção, para iluminar os locais de trabalho de máquinas-ferramentas.
- Revestimento espelhado. Lâmpadas que criam luz direcional.
- Tipo de sinal. Usado para trabalhar nos painéis de vários dispositivos.
- Para transporte. Uma ampla gama de lâmpadas de maior resistência ao desgaste e confiabilidade. Apresenta um design amigável para substituição rápida.
- Para holofotes. Lâmpadas de maior potência, atingindo até 10.000 W.
- Para dispositivos ópticos. Lâmpadas para projetores de filmes e dispositivos similares.
- Comutador. Usado como segmentos do display digital de instrumentos de medição.
Lados positivos e negativos das lâmpadas de filamento
Os aparelhos de iluminação do tipo incandescente possuem características próprias. Os pontos positivos incluem:
- ignição instantânea da bobina;
- segurança ambiental;
- tamanho pequeno;
- preço justo;
- a capacidade de criar dispositivos de diferentes potências e tensões de operação de AC e DC;
- versatilidade de aplicação.
Para negativo:
- lâmpada incandescente de baixa eficiência;
- suscetibilidade a picos de energia que salvam vidas;
- horário de trabalho curto não superior a 1000;
- perigo de incêndio das lâmpadas devido ao forte aquecimento da lâmpada;
- design frágil.
Outros tipos de luminárias
Existem lâmpadas de iluminação, cujo princípio é fundamentalmente diferente do funcionamento das lâmpadas incandescentes. Estes incluem descarga de gás e lâmpadas LED.
Existem muitas lâmpadas de descarga de arco ou gás, mas todas são baseadas no brilho do gás quando ocorre um arco entre os eletrodos. O brilho ocorre no espectro ultravioleta, que é então convertido em visível ao olho humano.passando pelo revestimento de fósforo.
O processo que ocorre em uma lâmpada de descarga de gás inclui duas etapas de trabalho: a criação de uma descarga de arco e a manutenção da ionização e brilho do gás na lâmpada. Portanto, todos os tipos de luminárias possuem um sistema de controle atual. Os dispositivos fluorescentes têm maior eficiência do que as lâmpadas incandescentes, mas não são seguros porque contêm vapor de mercúrio.
Os dispositivos de iluminação LED são os sistemas mais modernos. A eficiência de uma lâmpada incandescente e uma lâmpada LED é incomparável. Neste último, chega a 90%. O princípio de funcionamento do LED é baseado no brilho de um certo tipo de semicondutor sob a influência da tensão.
O que uma lâmpada incandescente não gosta
A vida útil de uma lâmpada incandescente comum será reduzida se:
- A tensão na rede é constantemente superestimada em relação à nominal, para a qual o dispositivo de iluminação foi projetado. Isso se deve a um aumento na temperatura de operação do corpo de aquecimento e, como resultado, ao aumento da evaporação da liga metálica, levando à sua falha. Embora a eficiência da lâmpada incandescente seja maior.
- Agite a lâmpada com força durante a operação. Quando o metal é aquecido a um estado próximo à fusão, e a distância entre as voltas da espiral é reduzida devido à expansão da substância, qualquer movimento mecânico abrupto pode levar a um circuito entre espiras imperceptível aos olhos. Isso reduz a resistência geral da bobina à corrente, contribui para seu maior aquecimento e rápidaesgotamento.
- A água entrará no frasco aquecido. Uma diferença de temperatura ocorre no ponto de impacto, o que faz com que o vidro se quebre.
- Toque seus dedos no bulbo da lâmpada halógena. Uma lâmpada halógena é um tipo de lâmpada incandescente, mas tem uma saída de luz e calor significativamente maior. Quando tocado, uma mancha gordurosa invisível do dedo permanece no frasco. Sob a influência da temperatura, a gordura queima, formando depósitos de carbono que impedem a transferência de calor. Como resultado, no ponto de contato, o vidro começa a derreter e pode estourar ou inchar, interrompendo o regime de gás no interior, o que leva à queima da espiral. As lâmpadas incandescentes de halogênio têm maior eficiência do que as comuns.
Como trocar a lâmpada
Se a lâmpada estiver queimada, mas a lâmpada não estiver quebrada, você poderá substituí-la depois que ela esfriar completamente. Neste caso, desligue a energia. Ao enroscar a lâmpada, os olhos não precisam ser direcionados em sua direção, principalmente se não for possível desligar a eletricidade.
Quando a lâmpada estourou, mas manteve sua forma, é aconselhável pegar um pano de algodão, dobrá-lo em várias camadas e, envolvendo-o em volta da lâmpada, tente retirar o vidro. Em seguida, usando um alicate com cabos isolados, desparafuse cuidadosamente a base e aparafuse uma nova lâmpada. Todas as operações devem ser realizadas com a alimentação desligada.
Conclusão
Apesar da eficiência de uma lâmpada incandescente ser uma porcentagem pequena e ter cada vez mais concorrentes, ela é relevante em muitas áreas da vida. Existe até a lâmpada mais antiga, funcionando continuamente por mais de cem anos. Isso não é uma confirmação e perpetuação da genialidade do pensamento de uma pessoa que se esforça para mudar o mundo?
