灯泡的说明和工作原理
什么是白炽灯
白炽灯，以下简称LN，是一种人造光源，其光通量是通过将细金属灯丝加热到炽热金属的辉光温度而获得的。为了加热，电流通过灯丝。第一盏灯有一根烧焦的有机物灯丝，例如竹子，呈纤维状。
为防止螺纹快速烧坏，将空气从烧瓶中抽出并密封。或者他们用一种没有氧化剂的气体成分——氧气填充烧瓶。这种气体被称为惰性气体——氩气、氖气、氦气、氮气等。这些气体之所以这样命名是因为它们不与金属反应，即惰性。
第一盏灯 碳丝的工作资源不超过十几个小时。用细金属丝代替碳丝后显着增加。
这种灯称为白炽灯，即热金属灯。线被称为灯丝。例如，加热到 1200°C 的钢会发出黄白色光，而在 1300°C 时它会发出几乎白色的光。
19世纪末，很快烧坏的碳线被难熔金属——钨、钼、锇或金属氧化物——锆、镁、钇等取代。
通过用惰性气体填充烧瓶，金属从热灯丝中的蒸发速率降低，因此延长了其操作的持续时间。
在高功率下，灯丝以“分支”形式制成。用于产生定向流动的投影光源具有复杂配置的线，形成垂直于辐射轴的平面结构。在这种情况下，将光反射器放置在灯泡内部，例如，以薄层喷涂金属 - 银或铝的形式。
要直接从当时存在的 110 V 恒压电源为灯供电，需要一根又长又细的金属线。这提供了增加的电阻，这意味着加热所需的电流更少。
对于小体积透明玻璃烧瓶中的密集“包装”，将线反复弯曲并放置在线架上。
螺纹的这种弯曲使第一个光源的设计复杂化，其工作时间比“煤”光源长得多。白炽灯泡设计发展的一个突破是提出将线拧成螺旋形。这将其尺寸缩小了数倍。
通过将一个细螺旋折叠成第二个螺旋，可以获得更小尺寸的白炽体，但直径更大。双螺旋称为双螺旋。
光源发展的下一个阶段是过渡到交流网络并使用变压器来降低灯的电源电压。
白炽灯的主要部件
白炽灯的主要结构元素包括：
- 灯丝或灯丝体；
- 用于紧固螺纹的配件；
- 用于保护螺纹免受快速燃烧和外部影响的烧瓶；
- 用于安装在墨盒中并连接到电源的底座；
- socle 触点 - 一个螺纹体和一个位于 socle 底部的中心触点。
电枢设计用于固定螺纹并产生所需的光通量配置和方向。
底座用于固定在安装盒中并连接到烧瓶。在改装灯（类似于白炽灯）中，电源装置的一部分放置在底座中。
底座
在 卤素白炽灯，根据烧瓶的供电电压、功率和设计，安装了几种类型的套筒 - 螺纹、销钉、卡口、销钉等。
需要在鞋套上的触点系统连接到主电源或电源。
烧瓶
透明烧瓶 LN 用于：
- 保护螺纹免受含有氧化剂 - 氧气的外部气氛的影响；
- 产生和维持真空或气体成分；
- 放置荧光粉和/或涂层，将不同类型的电磁能转换为可见辐射，将热量返回到灯丝，将不可见的紫外线和红外线辐射转换为光，校正灯发光的阴影 - 红色、绿色、蓝色。
白炽灯体
白炽灯体是一根线卷成螺旋形或双螺旋形或薄金属带。
气体介质
填充灯泡灯泡的惰性气体，例如氮气、氩气、氖气、氦气。在惰性气体混合物中，加入卤素物质。
LN 的工作原理及其工作原理
白炽灯泡的装置在其发展过程中变化不大。根据白炽物质发光原理工作的主要元件是灯丝或白炽体。这是一根细钨丝，直径为 30-40，最大为 50 微米或微米（百万分之一米）。
白炽灯的颜色从红色开始，随着温度的升高，它们通过橙色、黄色变为白色。随着温度的进一步升高，白炽体的金属首先熔化，然后在氧气存在下燃烧。
视频教程：现代灯泡的工作原理
冷钨丝具有低电阻率。与大多数金属一样，钨具有正的电阻温度系数 TCR。这意味着在用电流加热灯丝的过程中，它的电阻会增加。
开灯前，灯丝是冷的，电阻很小。因此，在接通时，提供的电流是标称电流的 10-15 倍。这种跳跃称为开始。而且他经常是 倦怠原因 白炽灯体。
预热线程需要几分之一秒。在此期间，它的阻力增加。最初，随着气体、灯泡和所有结构元件升温，通过灯的大电流降低到标称值。于是光源进入指定模式，产生通行证光通量。辉光的色调也变得名义上，即对应色温从2000到3500K。它被称为暖白，在规定范围内有几个原始名称和缩写的色温等级。例如：
- 超暖白 - 2200-2400 K，指定为 S-Warm 或 S-W，它也是非常暖白或 Warm 2400；
- 暖 - 2600-2800 K 或暖 2700；
- 暖白 - 2700-3500 K 或暖白 (WW)；
- 另一个温暖的是 2900-3100 K 或温暖的 3000 (W)。
单个灯元件的温度
LON灯泡的外表面取决于灯的功率，可以加热到250-300℃或更高。
螺纹加热至2000-2800℃，钨的熔点为3410℃。
在某些设计中，灯丝由熔点为 3045 ℃ 或铼 - 2174 的锇制成。因此，LN 的发射光谱移至可见光谱的红色区域。
灯泡里有什么气体
在第一盏灯中，空气被泵出烧瓶。现在只有不超过 25 瓦的低功率灯泡被抽空（空气被抽出）。
在加热到 2-3 千度的钨丝运行期间，金属会从其表面集中蒸发。它的蒸汽沉积在灯泡内部并降低其透光率。
上世纪初进行的研究表明，如果烧瓶中充满惰性气体，蒸发会减少，光输出会增加。因此，烧瓶开始充满惰性气体之一或它们的混合物。最常见的是氩气、氮气、氙气、氪气、氦气等。氦气用于对新型 LED 改装灯的内部元件进行有效的被动冷却。
本实验严格不建议在家中进行。
它们的主要发光元件是由人造蓝宝石或玻璃制成的细棒，上面装有 LED 晶体。这种发射器称为灯丝。一些“专家”混淆了本质 灯丝灯 并称它们为“带有蓝宝石发光体的灯”。尽管这些灯中的人造蓝宝石仅用作 LED 晶体的安装底座和被动散热器。
在大多数情况下，LN 的故障与白炽体表面的金属蒸发无关，而与该过程在违反灯丝厚度的区域中的加速有关。这发生在金属丝急剧弯曲或其断裂的区域。在这个地方，它的电阻会局部增加，电压、功耗和金属温度都会增加。蒸发加速，变成雪崩，螺纹迅速减少其厚度并烧毁。
这个问题在 1950 年代末和 1960 年代初通过开始批量生产卤素白炽灯得到了解决。
卤素——氯、溴、氟或碘——开始被引入惰性气体或混合物的成分中。结果，金属蒸发过程完全停止或显着减慢。这些添加剂的原子与钨蒸气结合，形成不稳定化合物的分子。它们停留在白炽体的表面。在高温的作用下，分子分解释放出卤素原子和纯金属，沉积在螺纹的热表面上，部分还原蒸发层。
这个过程通过增加压力来加强。这增加了灯丝温度、使用寿命、光输出、效率和其他特性。发射光谱向白色侧移动。在充气灯中，钨蒸气从内部使灯泡表面变暗的速度减慢。这种光源称为卤素。
电气参数
白炽灯的电气特性包括：
- 电功率，以瓦特为单位 - W，制造型号的范围 - 从几瓦（手电筒的灯泡 - 1 W）到 500 甚至 1000 W；
- 光通量Lm（流明）与功率有关——从5 W时的20 Lm到200 W时的2500 Lm，功率越大，光通量越高；
- 发光效率，能源效率或效率，Lm / W - 以光通量的形式有多少流明的光可以从网络或电源消耗每瓦特的功率；
- 发光强度或亮度，cd（坎德拉）；
- 色温 - 发出具有特定阴影的光的条件黑体的温度。
电灯的用途
电灯可以根据其应用分为几种类型 - 用于公共、技术和特殊用途。
主要的公共用途是在夜间或房间的黑暗地方为任何人、动物和鸟类提供人造光。
使用光，人们可以将日常活动延长几个小时。它可以是工作和学习过程，家务活。道路安全正在改善，在晚上和夜间提供医疗援助的能力以及许多其他方面正在改善。
灯在牲畜场和家禽场积极使用，用于生长 植物 在温室综合体中。它们被一定光谱的光和光通量的大小照亮。对于养殖鱼类，还需要具有特殊光谱成分的光。
技术目的。在生产中，出于技术目的，使用提供可见光和不可见光的设备。例子：
- 对于准确和重要的工作，一个人需要工作场所的高水平照明；
- 红外 - 红外辐射用于工业，例如，用于结构部件的非接触式加热或用于加热在露天寒冷空气中工作的人的气候技术、军事装备和狩猎 - 用于武器的夜视仪、夜视设备等。 ;
- 紫外线- 辐射在牙科中用于快速硬化填充物，用于制造假牙等，用于医学和卫生 - 用于 场所消毒、工具、衣物、家具表面、空气、水、药品等。
专用灯用于户外和室内照明广告、犯罪学、航空航天、表演的灯光伴奏等。
主要类型及特点
白炽灯的主要类型有：
- 通用灯具。由缩写 LON 指定。通常这些设备的功率为 25、40、60、75 和 100 瓦。最常见的 - 60 瓦。但工业生产的 LON 容量为 150、200、500 甚至 1000 瓦。
- 卤素白炽灯。生产用于在 220 或 110 V 的高压网络和低压网络上运行。在这种情况下，它们由降压变压器供电。
低压卤素LN的品种：
- 胶囊，具有全玻璃管的形式，不同的管脚 - 端销 GY6.35 或 G4；
- 反射，具有反射元件，直径为 35 至 111 毫米，GZ10 底座与选项。
高压。主电压 220-230 V，50 Hz。这些灯有更多选择：
- 线性的玻璃管形式，带有 R7S 底座；
- 圆柱形 - 鞋底 E27、E14 或 B15D；
- 用远程或额外的烧瓶。
在最新型号中，小型卤素灯管或灯管牢固地安装在灯内。它焊接到传统 LON 灯泡的中心杆上，具有连接到标准 Edison E27 或 E14 底座的柔性引线。功耗为 70-100 W，提供的光通量比传统白炽灯高 20-30%。
这些型号的能效更高，达到 12-25 lm/W，而传统 LON 的光输出为 3-4 到 10-12 lm/W。
卤素型号的使用寿命从 4-5 到 10-12 千小时不等。
按用途和设计区分灯具
装饰灯
近年来，出现了模仿老式爱迪生 LN 的复古灯。
此外，他们还模仿灯泡形状的“蜡烛”、“风中的蜡烛”、“凹凸”、“梨”、“球”等。
镜像
镜灯的灯泡的一部分从内部覆盖有反射层。大多数情况下，这是金属涂层——银、铝、金等。该层可以是薄的、半透明的或厚的、不透明的。
镜面结构在生产中用于绝对清洁的工艺加热，例如在具有最高材料纯度的半导体生产中。在这种情况下，白炽灯的缺点 - 红外辐射通量大 - 成为其无与伦比的优势。
这种灯用于具有窄旋转光束的灯中。
信号
信号灯是闪烁的光源。通常以闪烁信标的形式，例如，在公务车、飞机和直升机上，用于在车队中传输灯光信息等。它们有一根细灯丝，可提供快速的亮度设置。
运输
这种灯设计用于不同类型的交通工具——汽车、铁路和地铁、河流和海船。对它们的主要要求是抗振动和抗冲击。为此，将灯丝制成较短并安装在多个支撑元件上。这种灯的底座是卡口天鹅、销或拱腹。它们不允许设备从墨盒中脱出和掉出。
灯饰
从名称可以清楚地看出，这些灯是用于照明的。因此，他们的烧瓶由不同颜色的玻璃制成——蓝色、绿色、黄色、红色等。
双链
这种白炽灯的方案：在一个灯泡中有两个独立的白炽灯丝。例如，在汽车前照灯中，双灯丝灯的使用方式如下：
- 对一根线施加电压时，近光灯打开——光束被“压”在路基上，光束延伸数十米；
- 切换到第二根线后，光升起，射程可达数百米，通量会大很多。
这种灯可以在尾灯中。第一个线程用于侧灯，第二个线程用于刹车灯。
在交通信号灯中，双灯丝灯增加了它们的可靠性。复制允许设备使用一个线程，或者在第一个线程烧毁后打开第二个线程。再比如，在铁路上，信号的可靠性是运输安全的保证。
通用、本地用途
顶行，从左到右 - 带 E14 底座的灯 - 用于吊灯、壁灯和小型灯；带 E27 底座 - 通用；绿色，红色，黄色 - 发光。
底行：蓝色 - 用于手术的医疗目的；带反射器的镜子 - 用于摄影作品或特殊照明，带有紫罗兰色玻璃，两个外部 - 用“蜡烛”灯泡和 E27 和 E14 灯座装饰。
优点和缺点
白炽灯的优点：
- 价格低廉——简单廉价的材料、设计和技术已经制定了几十年，大规模自动化生产；
- 相对较小的尺寸；
- 网络中的电压浪涌不会立即导致故障；
- 启动，以及重新启动 - 即时；
- 当使用频率为 50-60 Hz 的交流电供电时，亮度脉动几乎不明显；
- 辉光的亮度由调光器调节；
- 辐射光谱是连续的，人眼熟悉——类似于太阳；
- 来自不同制造商的灯特性几乎完全可重复；
- 显色指数Ra或CRI——被照物体的色调再现质量——为100，与太阳指标完全一致；
- 紧凑灯丝的小尺寸提供清晰的阴影；
- 在严重霜冻和高温条件下具有高可靠性；
- 该设计允许批量生产工作电压从分数到数百伏的模型；
- 在没有启动设备的情况下使用交流或直流电压供电；
- 灯丝电阻的有源特性提供等于 1 的功率因数（余弦 φ）；
- 对辐射、电磁脉冲、干扰不敏感；
- 辐射中几乎没有紫外线成分；
- 提供经常打开/关闭灯和许多其他功能的常规工作。
缺点包括：
- LON 的标称使用寿命 - 1000 小时，对于卤素白炽灯 - 从 3 到 5-6 千，对于 发光的 - 高达 10-5 万，对于 LED - 30-15 万小时或更多；
- 灯泡的玻璃和细灯丝对冲击很敏感；振动会在某些频率下引起共振；
- 能源效率和使用寿命对电源电压的高度依赖；
- 将电转化为可见光的效率不超过3-4%，但随着功率的增加而增加；
- 烧瓶的表面温度取决于功率，为：100 W - 290 °C，200 W - 330 °C，25 W - 100 °C；
- 开启时，灯丝预热前的电流浪涌可比标称值高十倍；
- 灯座和固定装置的配件必须是耐热的。
如何增加灯泡寿命
有很多方法可以增加使用寿命。最常被使用：
- 通过打开与灯串联的热敏电阻来限制启动电流，其高电阻随着启动电流的加热而降低；
- 通过晶闸管或可控硅调光器手动控制亮度的软启动；
- 灯功率通过一个强大的整流二极管，即正弦波整流电压的一半；
- 在多灯装置中成对地串联灯，例如在吊灯中。
现代工业生产了大量不同类型的白炽灯，它们具有广泛的工作电压和功率，具有不同的发光色调、灯泡和灯座的配置。这个范围允许 选择 适合任何用途的灯。