Kaj sestavlja žarnica z žarilno nitko - diagram in naprava

Za ustvarjanje umetne razsvetljave se pogosto uporablja običajna žarnica z žarilno nitko. Ta element je znan vsem že iz časov ZSSR. Steklena žarnica, vložek in tuljava so glavni vidni deli izdelka. Kako žarnica z žarilno nitko deluje od znotraj, je zanimivo tako za začetnike kot za profesionalne obrtnike.

Zgodovina izuma žarnice

Izdelek so oblikovali in izpopolnjevali številni znanstveniki v različnih obdobjih. Prvi električni lok je prižgal znanstvenik V.V. leta 1802. Izum sta sestavljali dve karbonski palici, ki sta bili povezani s poloma galvanske baterije. V trenutku njihovega približevanja je nastala električna razelektritev in nad elementi se je oblikoval svetlobni lok. Uporaba takšne svetilke v vsakdanjem življenju je bila nemogoča zaradi več razlogov - neprijetnosti zasnove, hitrega izgorevanja ogljikovih palic. Toda svetovni znanstveniki so začeli razumeti, iz česa narediti svetilko.

70 let pozneje leta 1872 je Lodygin A.N. prejel patent za žarnico z žarilno nitko. Kot spiralo smo uporabili palico retortnega oglja, ki je bila pod steklenim pokrovom.

Že leta 1880, 10. maja, je bila ulična razsvetljava v Sankt Peterburgu na mostu Liteiny opremljena z žarnico Lodygin. Življenjska doba svetlobnega vira je bila le 2 meseca (dokler karbonska palica ni izgorela).

Leta 1880 je Thomas Edison v ZDA predstavil Lodyginovo izboljšano žarnico z žarilno nitko. Uspelo mu je odstraniti zrak iz steklenice, kar je zagotovilo daljše gorenje spirale in močnejši sij. Edison je oblikoval tudi podstavek z navojem za privijanje svetilke v okov.

Leta 1910 je bilo odločeno, da se volframova žarilna nitka zvije v spiralo, da se podaljša njena življenjska doba. Tako izdelek zdaj namesto prvotnih 50-100 ur deluje kar 1000 ur.

Načelo generiranja toplotnega sevanja se uporablja tudi pri izdelavi halogenskih fluorescenčnih sijalk.

Iz česa je sestavljena svetilka?

Struktura in diagram žarnice z žarilno nitko izgleda takole:

• hruškasta ali okrogla steklena bučka;
• telo z žarilno nitko (volfram ali ogljikov filament), nameščeno v njem na dveh držalih kavljev;
• dve elektrodi;
• varovalka;
• noga;
• osnova (ohišje) z izolatorjem;
• njegov kontakt (spodaj).

Oksidacijo volframovega filamenta (spirale, žarilne nitke) odpravimo tako, da ga postavimo v vakuumsko ali plinasto okolje. Napolnijo stekleno bučko.

Električni parametri

Vse žarnice so izdelane za različne napetosti. Ker ima ognjevarna kovina volfram nizko upornost, je za izdelavo svetlobnega elementa potrebna dolga žica. Tako žarilna nitka v žarnici pogosto doseže 50 mikrometrov. Ko je lučka vklopljena, tok, ki presega delovni tok, prehaja skozi telo žarilne nitke za 10-14 krat.Bolj kot se nit segreje, bolj se upor niti povečuje in tok pada.

Načelo delovanja električne žarnice z žarilno nitko

Ob upoštevanju, iz česa je sestavljena žarnica, je pomembno razumeti načelo njenega delovanja:

• Ko je lučka prižgana, teče tok skozi spodnji del podnožja do telesa žarilne nitke.
• Volframova žarilna nitka se po sklenitvi električnega tokokroga zelo segreje, zaradi česar začne svetiti.
• Na tej točki temperatura niti doseže 570 stopinj.
• Tako je svetlobni spekter žarnic premaknjen proti toplim temperaturam.

Za referenco: nižja kot je stopnja volframovega/ogljikovega filamenta, nižji bo delež energije, ki se približa telesu filamenta in izzove njegovo vidno sevanje. Retro svetilke se razlikujejo po tem, da tuljavo segrejejo počasneje in šibkeje.

Raznolikost svetlobnih elementov

Vsi izdelki so razvrščeni glede na različne parametre. Glede na vrsto polnjenja žarnice ločimo naslednje svetilke:

• najpreprostejši vakuumski (med njihovo izdelavo se ves zrak izsesa iz bučke);
• napolnjen z argonom;
• ksenon-halogen;
• napolnjena s kriptonom.

Glede na vrsto namena so žarnice razdeljene na naslednje vrste:

• Dekorativni. Delujejo po običajnem principu. Bučka je izdelana v obliki sveče ali krogle.

  

• Splošni namen. To so običajni elementi, ki jih poznajo vsi, ki so priviti v lestenec ali svetilko. Pogosto se mojster ukvarja z vprašanjem, koliko vatov porabi žarnica. Kupite lahko izdelek z močjo 40, 60, 90, 100, 120, 150, 200 ali več vatov. Višji kot je indikator, svetlejši bo sijaj.
• Svetilke za lokalno razsvetljavo. Strukturno se ne razlikujejo od navadnih elementov. Toda delovna napetost za njih je v območju 12-42 V.
• Žarnice za razsvetljavo. Imajo bučko, pobarvano v svetle barve.Delovna moč v območju 10-25 W.
• Signal. Imajo izjemno nizko moč in se uporabljajo za svetlobne naprave. Danes takšne izdelke samozavestno nadomeščajo sodobne LED svetilke.
  
• V središču pozornosti. Telo žarilne nitke je tukaj nameščeno na poseben način zaradi priročnega obešenja v žarnici. Posledično je mogoče doseči boljše fokusiranje sijaja. Moč takšnih svetilk doseže 10-50 kilovatov.

  

• Zrcalno. Imajo poseben premaz na bučki. Delno je prekrit s filmom toplotno brizganega aluminija. Na ta način je mogoče doseči ozko usmerjenost svetlobnega snopa. Za lokalno osvetlitev se uporabljajo ogledala.
• Transport. Za te izdelke je značilna povečana trdnost in odpornost na vibracije. Za transportne svetilke se uporabljajo posebne vtičnice, s katerimi lahko hitro zamenjate svetlobni element v utesnjenih vozilih. Takšni elementi delujejo iz električnega omrežja avtomobila 6-220 V.
• Izdelki za optične instrumente. Danes jih skoraj ne proizvajajo. Prej se je uporabljal za filmske projektorje in medicinsko opremo. Tovrstne svetilke imajo posebno oblikovano žarnico.
• Preklopite žarnico. Spadajo v signalni razred. Imajo majhno velikost bučke, ki omogoča, da jih postavite pod gumbe plošč različnih nastavitev.

  

Glede na število filamentov so vsi elementi:

• Dvojni pramen. Imajo eno telo z žarilno nitko za dolge (močne) luči in eno za kratke (kratke) luči. Uporabljajo se v avtomobilih, letalstvu, železniških semaforjih in v zvezdah moskovskega Kremlja.
• Enojni pramen. Običajne žarnice z ohišjem z volframovo nitko.

Telo žarilne nitke izdelkov z nizko vztrajnostjo ima izjemno tanko spiralo. Prej so jih uporabljali za optične sisteme za snemanje zvoka.Obstajajo tudi grelne svetilke, ki se uporabljajo za namestitev sušilnih komor, električnih peči, pisarniške opreme itd.

Prednosti in slabosti

Žarnice z žarilno nitko imajo številne prednosti:

• razumni stroški;
• kompaktne dimenzije;
• takojšen odziv na vklop/izklop;
• odsotnost utripanja, ki negativno vpliva na oči;
• inertnost na napetostne prenapetosti;
• mehak razpon svetlobe, ki spodbuja sprostitev in ustvarja vzdušje udobja;
• dober indeks barvne reprodukcije Ra 90;
• delo v kakršnih koli pogojih (vključno z visoko vlažnostjo);
• stalna razpoložljivost za potrošnika;
• prijaznost do okolja;
• brez hrupa med delovanjem;
• inertnost na ionizirajoče sevanje.

Slabosti žarnic z žarilno nitko vključujejo naslednje:

• krhkost, občutljivost na mehanske poškodbe;
• relativno kratka življenjska doba;
• nizka učinkovitost, ki ne presega 5-7% (razmerje med porabljeno močjo in vidnim sevanjem);
• nevarnost požara zaradi neposrednega stika svetilke z vnetljivimi snovmi (tekstil, slama itd.);
• verjetnost eksplozije zaradi termičnega šoka ali pretrganja vijačnice pod napetostjo.

Kljub vsem naštetim pomanjkljivostim klasične žarnice samozavestno ohranjajo svoje položaje. Še vedno jih uporablja več kot 70% prebivalstva CIS.

Učinkovitost in vzdržljivost

Pri analizi delovanja žarnice z žarilno nitko je pomembno razumeti njeno učinkovitost. Pri svetlobni temperaturi 3400 Kelvinov je izkoristek elementa 15 %. To se nanaša na razmerje med porabo energije in svetlobnim sevanjem, ki ga vidi človeško oko. Pri temperaturi 2700 K (povprečno normalno za navadno gospodinjsko svetilko) je učinkovitost le 5%.

Višja kot je temperatura filamenta, večja bo učinkovitost.Toda hkrati se življenjska doba izdelka zmanjša. Na primer, če povečate napetost za 20%, bo svetlost osvetlitve postala močnejša - učinkovitost žarnice se bo povečala, vendar se bo življenjska doba zmanjšala za 90-95%. Skladno s tem zmanjšanje napetosti povzroči zmanjšanje učinkovitosti izdelka in podaljšanje njegove življenjske dobe.

Kako podaljšati življenjsko dobo žarnice z žarilno nitko

V povprečju tipična gospodinjska žarnica z žarilno nitko zdrži 700-1000 ur. Toda v resnici element izgori veliko hitreje. Če želite podaljšati življenjsko dobo žarnice, morate preprečiti dejavnike, ki povzročajo pregorevanje žarilne nitke.

• Upoštevajte napetostno območje. Navedeno je na steklenici izdelka. Praviloma je enaka 125-135 W, 220-230 W, 2,3-2,4 kW. Če je napetost v hiši presežena, bo izdelek hitreje izgorel. Na primer, v stanovanju je največja napetost 220 V, svetilka pa je bila kupljena z razponom 125-135 V. Tukaj bo žarilna nitka zagotovo izgorela hitreje, saj se učinkovitost izdelka poveča.
• Odpravite okvaro kartuše. Če žarnice pogosto izgorevajo, je vredno pregledati in ponovno preveriti kontakte. Po potrebi zamenjajte kartušo.
• Odpravite vibracije. Privedejo do hitrega izgorevanja volframovega filamenta. Zato je bolje izvesti mobilne svetilke z ugasnjeno žarnico.

Če želite podaljšati življenjsko dobo žarnice z žarilno nitko, lahko omrežno napetost zmanjšate za samo 7-8%. V tem primeru bo izdelek deloval 3-3,5 krat dlje z ekonomično porabo energije.