Температура вольфрамовой нити в лампе накаливания: Температура — вольфрамовая нить — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Содержание

Температура — вольфрамовая нить — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Температура — вольфрамовая нить

Cтраница 1

Температура вольфрамовой нити в вакуумных лампах не должна превышать 2450 К, поскольку при более высоких температурах происходит ее сильное распыление. Наполнение баллонов ламп инертными газами ( например, смесью криптона и ксенона с добавлением азота) при давлении 50кПа позволяет увеличить температуру нити до 3000 К, что приводит к улучшению спектрального состава излучения. Однако светоотдача при этом не увеличивается, так как возникают дополнительные потери энергии из-за теплообмена между нитью и газом вследствие теплопроводности и конвекции. Для уменьшения потерь энергии за счет теплообмена и повышения светоотдачи газонаполненных ламп нить изготовляют в виде спирали, отдельные витки которой обогревают друг друга. При высокой температуре вокруг этой спирали образуется неподвижный слой газа и исключается теплообмен вследствие конвекции.  [1]

Температура вольфрамовой нити

в вакуумных лампах не должна превышать 2450 К, поскольку при более высоких температурах происходит ее сильное распыление. Наполнение баллонов ламп инертными газами ( например, смесью криптона и ксенона с добавлением азота) при давлении 50 кПа позволяет увеличить температуру нити до 3000 К, что приводит к улучшению спектрального состава излучения.  [2]

Температура вольфрамовой нити в вакуумных лампах не должна превышать 2450 К, поскольку при более высоких температурах происходит ее сильное распыление. Наполнение баллонов ламп инертными газами ( например, смесью криптона и ксенона с добавлением азота) при давлении 50 кПа позволяет увеличить температуру нити до 3000 К, что приводит к улучшению спектрального состава излучения. Однако светоотдача при этом не увеличивается, так как возникают до полнительные потери энергии из-за тепл ( обмена между нитью и газом вследстви теплопроводности и конвекции.

Дл уменьшения потерь энергии за счет тепло обмена и повышения светоотдачи газонаполненных ламп нить изготовляют в виде спирали, отдельные витки которой обогревают друг друга. При высокой температуре вокруг этой спирали образуется непод вижный слой газа и исключается теплооб мен вследствие конвекции.  [3]

Определить температуру вольфрамовой нити лампы, включенной в сеть с напряжением 380 В, если по нити идет ток 1 2 А.  [4]

Однако повышение температуры вольфрамовых нитей сверх 3000 К ведет к их быстрому разрушению. Максимум величины г я (13.21) Солнца ( оно излучает как абсолютно черное тело при температуре, равной 5800 К) приходится на видимую часть спектра.  [5]

Однако повышение температуры вольфрамовых нитей сверх 3000 К ведет к их быстрому разрушению.  [7]

Достигается это повышением температуры вольфрамовой нити, накала по сравнению с температурой нити накала обычных ламп.  [8]

Определите максимально достижимую с предлагаемым оборудованием температуру вольфрамовой нити накала лампочки.  [9]

В лампе накаливания световой поток зависит от потребляемой электрической мощности и температуры вольфрамовой нити, помещенной в стеклянную колбу, наполняемую при изготовлении инертным газом: аргоном, ксеноном, криптоном и их смесями. Это обеспечивает повышение температуры вольфрамовой нити и уменьшает ее распыление.  [10]

Регулируя реостатом R величину тока в эталонной лампочке, можно добиться исчезновения видимости части волоска ее на фоне вольфрамовой нити лампочки Lr При таком условии температура измеряемой вольфрамовой нити лампочки будет равна температуре волоска эталонной лампы.  [11]

Лампа накаливания потребляет ток, равный 0 6 А. Температура вольфрамовой нити диаметром 0 1 мм равна 2200 С.  [12]

Звуковые отражения ( импульсы) от препятствий и уровней передаются на вольфрамовую нить термофона и вызывают изменение ее температуры. Изменение

температуры вольфрамовой нити приводит к изменению ее электрического сопротивления.  [13]

В лампе накаливания световой поток зависит от потребляемой электрической мощности и температуры вольфрамовой нити, помещенной в стеклянную колбу, наполняемую при изготовлении инертным газом: аргоном, ксеноном, криптоном и их смесями. Это обеспечивает повышение температуры вольфрамовой нити и уменьшает ее распыление.  [14]

Источником излучения в электрической лампе накаливания является раскаленная вольфрамовая нить. Максимум излучения вакуумной лампы накаливания при температуре вольфрамовой нити 7 2500 К находится в области Я 1 15 мкм, а газонаполненных ламп при температуре нити Г2900 К — в области Л1 0 мкм.

 [15]

Страницы:      1    2

Классические лампы накаливания

Подробности
Категория: Статьи

Во всех лампах накаливания (ЛН) источником видимого света является раскаленная

металлическая нить, по которой протекает электрический ток. При этом, чем выше температура

этой нити, тем ярче светит лампа, и тем больше света она излучает. Однако, температуру нити

накаливания нельзя увеличивать выше тех значений, при которых наступает ухудшение

технологической прочности металла, из которого она изготовлена. Самым тугоплавким и

устойчивым к воздействию тепла является вольфрам – металл, температура плавления которого

равна 3650±50 К. В работающей электролампе температура нити накаливания достигает 2300-

2800 К. При более высоких температурах увеличивается световой поток, но катастрофически

сокращается срок службы лампы, прежде всего из-за ускоренного испарения вольфрама из тела

нити.

При названных оптимальных температурах нити накаливания срок службы классических ЛН

может достигать 2,5 тыс. часов. Однако средний срок службы этих ламп, как правило, не

превышает 1000 часов.

Чтобы повысить значения светового потока ЛН без заметного повышения температуры и

сокращения срока службы, в современных лампах увеличивают площадь поверхности

светящегося тела, изготавливая нить накаливания в виде спирали (одинарной, двойной и даже

тройной). Кроме того, колбы ламп вакуумируют или заполняют инертным газом, азотом или их

смесью. Погружение раскаленной нити накаливания в такой газ существенно уменьшает скорость

испарения вольфрама, что положительно сказывается на сроке службы и эффективности

газополной лампы накаливания, по сравнению с вакуумной.

Человеческий глаз имеет максимальную чувствительность к желто-зеленому свету, который

преобладает в излучении Солнца, температура которого близка к 6000 К. Естественно, что в свете

вольфрамовой спирали ЛН, имеющей температуру менее 2800 К, желто-зеленый свет,

практически, отсутствует. Вернее, максимум энергии в спектре ее излучения смещен в область

инфракрасного света (70-76%), а на видимый свет приходится всего 7-13% излученной энергии, да

и то в области красно-оранжевого света. Поэтому эффективность светового потока ламп

накаливания относительно невелика, а коэффициент полезного действия не превышает 13%.

Светоотдача современных ЛН находится в пределах 10-20 лм/Вт, цветовая температура их света

равна Тс = 2300-2800 К, а индекс цветопередачи Ra ≈ 100, для соответствующего диапазона

цветовых температур. Спектр излучения сплошной.

Основными элементами конструкции всех классических ламп накаливания являются:

— вольфрамовая нить накаливания;

— герметичная колба из силикатного стекла, заполненная инертным газом или его смесью с

азотом;

— металлический цоколь, обеспечивающий подключение лампы к источнику электричества,

— держатель нити накаливания с токоведущими элементами.

Интересно, что в качестве газа для заполнения колбы лампы могут использоваться азот (N2), аргон

(Ar), криптон (Kr) и ксенон (Xe). У этих газов различная теплопроводность: самая высокая – у азота,

самая низкая – у ксенона. Поэтому, при прочих равных условиях лампы, заполненные смесью

Xe+N2, светят ярче, чем лампы со смесями Kr+N2 и Ar+N2. Точно так же, лампы со смесью Kr+N2,

светят ярче ламп с Ar+N2. Это объясняется различной температурой нитей накаливания,

погруженных в газы с разной теплопроводностью. Инертные газы смешивают с азотом для

снижения стоимости ламп (чистые Xe и Kr весьма дороги) и повышения напряжения

электрического пробоя газового наполнения ламп.

У газополных ламп скорость испарения вольфрама из тела нити накаливания ниже, чем у

вакуумных, это позволяет разогревать эту нить до более высоких температур и, тем самым,

повышать цветовую температуру их света до значения Тс = 2800 К, в то время как у вакуумных

ламп Тс < 2600 К.

Световой поток, светоотдача и срок службы ламп накаливания в значительной степени зависят от

температуры нити накаливания. Причем с ростом этой температуры относительно номинальной

световой поток увеличивается приблизительно в 11 раз, а светоотдача в 6 раз быстрее. В то же

время, срок службы сокращается в 40 раз быстрее, чем растет температура нити накаливания

относительно номинального значения.

В свою очередь, увеличение температуры нити накаливания прямо пропорционально зависит от

потребляемой мощности лампы (например, при увеличении напряжения в электросети), и эта

зависимость такова, что температура нити накаливания растет почти в пять раз быстрее, чем рост

потребляемой мощности. Практически это означает, что с ростом потребляемой мощности лампы,

например, в 1,1 раза, температура ее нити накаливания вырастет в 5.5 раз, а средний срок службы

сократиться в 240 раз относительно номинального. То есть до значения 4,5 часа, если

номинальный срок службы этой лампы 1000 часов.

Срок службы лампы накаливания ограничивается не только тем временем, в течение которого

остается целой нить накаливания, но и уровнем светового потока, излучаемого лампой. Принято

считать, что эксплуатация лампы остается экономически обоснованной пока ее световой поток

выше 80% от исходного. Поэтому, если в результате снижения прозрачности колбы лампы, чаще

всего из-за конденсации на ней паров вольфрама, свет ее становиться тусклым, а световой поток

падает более, чем на 20%, такая лампа считается непригодной к эксплуатации и подлежит замене.

Классические лампы накаливания общего назначения, в зависимости от формы колбы, бывают

грушевидными, грибовидными, сферическими, Т-образными и цилиндрическими. Колбы ЛН

изнутри могут иметь светорассеивающие покрытия белого цвета (опаловые) или матироваться

(матовые лампы). Зеркальные лампы накаливания имеют, как правило, грибовидную форму и

зеркальный отражающий слой на тыльной стороне колбы, позволяющий направлять почти весь

световой поток ламп во фронтальную полусферу.

Температура лампы накаливания — возможные значения, определение

В настоящее время используется большое количество осветительных приборов. Широко внедряются энергосберегающие светильники. Несмотря на их широкий выбор, многие до сих пор применяют классические лампы накаливания различных мощностей. Простая конструкция лампы (колба, спираль, цоколь) определяет её небольшую стоимость.

Основные характеристики ЛН

В лампе накаливания преобразуется электрическая энергия, переходящая через вольфрамовую спираль в световую, тепловую. Большая часть мощности, которую имеет лампа, идет на выделение тепла. При работе происходит повышение температуры нити накаливания, вызванное её сопротивлением току. Высокая температура вольфрамовой нити (2600–3000 градусов Цельсия) приводит к уменьшению срока эксплуатации прибора. Для снижения времени перегрева вольфрамовую спираль размещают в стеклянной вакуумной колбе.

Емкость более совершенной галогенной лампы наполняется инертным газом. Для измерения, определения температуры нити берется температура прибора до включения в сеть, учитывается тепловой коэффициент сопротивления вольфрама, находится отношение тока включения к рабочему.

Полученная формула дает возможность определить уровень накаливания вольфрамовой нити во время работы. Спираль обладает высоким сопротивлением, поэтому быстро нагревается, передавая тепло колбе, цоколю.

Использование ЛН основано на их преимуществах перед другими типами светильников:

  • свет появляется сразу после включения в сеть;
  • небольшие размеры;
  • низкая стоимость;
  • экологически чистое изделие;
  • стойкость к влажности окружающей среды.

Одновременно их использование сопровождается недостатками:

  1. яркий свет, требующий в ряде случаев применения защитных очков;
  2. нагретая колба, которая может взорваться при попадании на её поверхность воды. При контакте с обнаженным участком кожи возможен ожог;
  3. при эксплуатации происходит большое потребление энергии;
  4. не подлежат ремонту;
  5. быстро заканчивается срок службы лампы из-за повреждения спирали при частом включении-выключении.

Тепловое состояние различных видов осветительных приборов

Зависит от потребляемой мощности источника освещения, времени использования, точек замеров (колба, патрон, основание). Температура лампы накаливания в 25 ватт составляет 100, 75-ватной — 250, колбы фотолампы – 550 оС.

Основные показатели иных моделей светильников

Широкое распространение имеют люминесцентные, представляющие собой трубкообразную герметическую колбу, наполненную парами ртути, инертным газом. Электрический заряд создает в парах ртути ультрафиолетовое излучение, преобразующееся при помощи люминофора в видимый свет.

Энергосберегающая характеристика позволяет применять 5-В люминесцентную вместо 60-ватовой накаливания. Максимальный нагрев у основания колбы 15-ватных люминесцентных ламп составляет 139, по всей поверхности – чуть выше 70 оС. Недостатком является постоянное, чуть заметное мерцание, негативно влияющее на органы зрения человека.

Светодиодные лампы выпускаются в различных вариантах, имеют низкий нагрев из-за алюминиевого корпуса, теплорассеивающей пластмассы. Температура светодиодных ламп составляет около 65 оС, что выделяет их среди ламп накаливания и люминесцентных. Кроме того, энергопотребление такого источника освещения на порядок меньше лампы накаливания, на 35 % ниже люминесцентной. Работа светодиодных светильников при низких температурах не отражается на качестве освещения. Это позволяет в различных климатах использовать светодиодные лампы как оптимальные. Круглогодичный режим работы негативно влияет на интенсивность распределения световой энергии. Время жизни лампы зависит от качества сборки, условий её эксплуатации, неисправности электропроводки, светильника. Светодиодная лампа греется при работе – около 60 % электрического тока рассеивается в виде тепла, которое отводится радиатором из материала с высокой теплопроводностью. Отсутствие большого нагрева лампы Gx53 позволяет её устанавливать на подвесных потолках без опасения возгорания.

Преимущества эксплуатации

Особенностями применения светодиодных устройств являются:

  • прочная конструкция. Внутренности пробора защищены прочным металлическим корпусом, противоударным термопластовым стеклом;
  • экологическая чистота. Прибор не содержит ртути, иных вредных веществ. Полностью безопасен для человека;
  • экономическая выгода. Применение позволяет экономить на электропотреблении, регулярном обслуживании, частой замене вышедших из строя светильников. Могут при непрерывной работе безаварийно прослужить около 100 000 часов;
  • оптическая система обеспечивает равномерность освещения, не создает полос, пульсаций. Осветительный прибор не реагирует на частые перепады напряжения, возникающую вибрацию. Светодиодные с цоколем Е27 служат для замены ЛН. Чтобы узнать, какие светодиодные лампы обладают повышенной мощностью, необходимо использовать таблицу соответствия мощностей источников света (200 Вт в лампе накаливания соответствуют 25–30 Вт светодиодной).

Недостатком устройств является их высокая стоимость. При длительном использовании положительные качества приборов дают ощутимую финансовую экономию.

В настоящее время наиболее широкое распространение получили светодиоды – полупроводниковые приборы, преобразующие электрический ток в световой и создающие оптическое излучение. Температура светодиодов зависит от управляющего тока, качества теплоотвода, нагретости окружающей среды. Практически температура приборов не превышает 60 оС.

Энергосберегающие источники света

Широкую популярность при монтаже освещения приобретают гибкие ленты с размещенными печатными платами, светодиодами. Источником является электрический ток 12 вольт напряжения. Применение более высокого вольтажа (24 В) позволяет уменьшить температуру нагрева, увеличить длину запитки использованной ленты. Температура светодиодной ленты не превышает +45 градусов Цельсия. Рабочая температура -40…80 оС не отражается негативно на её работе. Низкое электропотребление позволяет считать ленту прекрасным заменителем люминесцентных ламп. Схема подключения простая: анод соединяется с плюсом источника тока, катод – с минусом. При неправильном подключении схема не работает, требует переключения. Электрическая энергия переходит на светодиоды и не должна превышать 80 % указанной мощности блока питания.

Эксплуатировать ленточное освещение можно как рекламную подсветку, для создания разноцветного освещения фасадов зданий, витрин магазинов. В кристалле светодиода появляются примеси, с которыми связана яркость свечения. Через некоторое время она снижается. Срок службы ленты заканчивается, когда свечение поверхности уменьшается на треть от первоначальной, и не зависит от времени, указанного в технической документации. Практика показывает, что выдерживает светодиодная лента около 10 000 часов эксплуатации. Её качество освещения изменяется только после четырех лет применения.

Преимущества лент, повышающие их популярность

Современный искусственный источник света имеет преимущества перед другими используемыми световыми светильниками:

  1. небольшое потребление электроэнергии;
  2. одномоментное с включением зажигание диодов;
  3. мизерная теплоотдача;
  4. широкий диапазон рабочих температур;
  5. высокая светоотдача;
  6. большой срок эксплуатации.

Используя характеристики применяемых в настоящее время световых светильников, можно сделать вывод, что наиболее высокая потеря мощности из-за нагрева присуща лампам накаливания. Их использование увеличивает расходы на оплату электроэнергии, на приобретение часто выходящих из строя источников света. Наиболее привлекательными, экономически обоснованными источниками освещения являются энергосберегающие светильники. Для освещения больших площадей перед жилыми корпусами, дорожными трассами, витринами супермаркетов наилучшими являются светодиодные ленты. Их применение дополнительно создает атмосферу праздника, хорошего настроения.

Вольфрамовая нить — Справочник химика 21

    Распределение скорости измерялось при температуре потока 15 25°С с помощью термоанемометра постоянной температуры Термосистем-1050 . Сенсором служил датчик с вольфрамовой нитью длиной 1,7 мм и диаметром 3,8 10″ мм. Постоянная составляющая сигнала термоанемометра, соответствующая средней скорости турбулентного потока, измерялась вольтметром Термосистем-1076 со временем осреднения т = 1,0 с. Погрешность измерения скорости потока зависела от качества тарировки сенсора и от стабильности температуры потока в стенде в процессе измерения и для скоростей 0,53,0 м/с не превышала 5%. [c.7]
    В видимой области спектра обычно употребляются электрические лампы накаливания. Вольфрамовая нить в лампах нагревается током до температуры 3000°, поэтому кривая распределения интенсивности смещена по сравнению со стержнем в сторону коротких волн. Лампы накаливания дают интенсивное излучение во всей видимой, в ближней ультрафиолетовой (до 3400 А), а также в самой близкой инфракрасной областях. Излучение больших длин волн поглощается стеклянной колбой лампы.[c.300]

    Для вычисления постоянной кручения нити необходимо определить полный период колебания подвесной системы с градуировочным кольцом и без него. На стеклянном диске 7, подвешенном на упругой вольфрамовой нити 4, закрепляют градуировочное кольцо с известным моментом инерции 1. [c.179]

    Вольфрамовая нить укреплена в верхней части на градуировочном лимбе 3. Поворачивают лимб на 57° и определяют время, за которое [c.152]

    Лампа накаливания с вольфрамовой нитью (низковольтная) [c.235]

    При помощи осветителя 2 устанавливают луч на зеркальце 5, которое укреплено на вольфрамовой нити (чтобы световое пятно изображалось на отсчетной шкале линейки). Фиксируют начальное положение светового пятна. Приводят в движение поворотный столик, вращение продолжают до тех пор, пока возрастание крутящего момента нити не приведет к разрушению межфазного слоя при напряжении, соответствующем предельному сдвигу Рт. Этот момент характеризуется максимальным отклонением светового пятна на шкале, положение которого фиксируется. [c.154]

    Электронный микроскоп состоит из электронной пушки — источника быстрых электронов и системы электромагнитных линз, обеспечивающих две или три степени увеличения (объектив, промежуточная линза и проектор). Источник электронов, представляющий собой вольфрамовую нить, дает пучок электронов, фокусирующийся магнитной линзой-конденсором в практически параллельный пучок, который падает на объект. Схематически путь электронного луча в электронном микроскопе показан на рис. 91. [c.155]

    Вольфрамовая нить укреплена в верхней части на градуировочном лимбе 3. Поворачивают лимб на 57° и определяют время, за которое диск совершит 50 полных периодов колебания. Затем с диска снимают градуировочное кольцо и аналогичным образом находят полный период колебания системы без градуировочного кольца. Постоянную кручения нити Сд определяют но формуле  [c. 179]


    Анализируемый образец из баллона 1, проходя диафрагму 2, попадает в ионизационную камеру 3. В этой камере молекулы образца подвергаются бомбардировке ускоренными до 50—100 в электронами, вылетающими из накаленной вольфрамовой нити. При этом происходит ионизация и диссоциация молекул образца. [c.856]

    Осветительная система предназначена для получения электронов и формирования электронного пучка. Она состоит из электронной пушки, в которой нагретая до высокой температуры вольфрамовая нить испускает электроны, ускоряемые электрическим полем, и конденсорной линзы (электромагнитного или электростатического типа), которая с помощью магнитного или электрического поля фокусирует электронный пучок на исследуемый образец. [c.123]

    Принципиальная схема оптической части современных двухлучевых самозаписывающих спектрофотометров приведена на рис. 1. Источником излучения служит или лампа с вольфрамовой нитью накаливания 3 (от 360 нм до ближней ИК-области), или для УФ-области лампа с дуговым разрядом 2, наполненная дейтерием [c. 11]

    Исследуя сорбцию некоторых газов на раскаленных металлических нитях в вакууме, Лэнгмюр установил (1915 г.), что адсорбированные атомы или молекулы связаны с атомами, образующими поверхность металлического сорбента, такими же химическими связями, как и в известных химических соединениях, в том числе комплексных. Оказалось, что раскаленная вольфрамовая нить при давлении кислорода порядка 10 атм покрывается моно-атомным слоем кислорода (а), причем каждый атом кислорода связан ковалентной связью с атомом вольфрама, принадлежащим данному твердому телу — вольфрамовой проволоке. При 3000° С поверхность вольфрама была наполовину покрыта моноатомным слоем кислорода. В аналогичных условиях окись углерода также образует химически связанный с поверхностью вольфрама монослой (б). [c.49]

    Электроды второго рода изготовляют из сурьмяной или вольфрамовой нити, запрессованной во фторопласт. Опишем функцию сурьмяного электрода. На нем существует равновесие  [c. 307]

    В зависимости от изучаемых длин волн в качестве источника излучения используют лампы накаливания с вольфрамовой нитью, угольную или ртутную дугу, разрядные трубки, раскаленные стержни из оксидов лантаноидов или карборунда и др. Для разложения излучения в спектр применяют призмы из стекла, кварца, каменной [c.174]

    Термисторы обладают существенными преимуществами перед нитями накала меньше размеры, значительно большее сопротивление, отрицательный температурный коэффициент сопротивления. При этом сила тока, проходящего через термистор, 15—25 ма. Чувствительность его снижается с повышением температуры (при нагревании на каждые 30 град — в 2 раза), поэтому на низкотемпературном термисторе рекомендуется р аботать при температуре не выше 100° С. При более высокой температуре рекомендуется применять платиновые или вольфрамовые нити диаметром 5 мк или высокотемпературные термисторы (например КМТ-14). [c.246]

    Для быстрого подъема температуры применяют инфракрасные отражательные печи, в которых источником теплоты служит вольфрамовая нить, помещенная в вакуумную трубку из кварцевого стекла (рис. 4). Эта трубка помещается в одной фокусной точке позолоченного эллипсоидного зеркала, а в другой фокусной точке собираются лучи от инфракрасной лампы. В этой же точке помещается исследуемый образец, температура которого контролируется термопарой, связанной с программным регулятором подъема температуры. [c.11]

    Вольфрамовая нить, используемая в электрических лампочках, позволяет доводить в них накал до 2200 °С и обладает большой светоотдачей. [c.386]

    Х1-1-7. Исследовалась кинетика каталитического распада аммиака на простые вещества на вольфрамовой нити, нагретой до 1100° С [84]. Было найдено, что время, необходимое для разложения половины всего количества аммиака (причем вначале азот и водород отсутствуют), зависит от начального давления аммиака следующим образом  [c.128]

    Из всех актиноидов только торий и уран в природе встречаются в относительно больших количествах, представляющих практический интерес. Содержание тория и урана в земной коре соответственно равно 8-10″ и 3-10″ вес. %. Элементы 93—103 получают искусственным путем, но практический интерес представляют нептуний и плутоний. Торий добывают главным образом из монацитового песка, представляющего собой смесь фосфатов тория и лантаноидов. Получают металлический торий из его галидов восстановлением активными металлами при высокой температуре или разложением иодида тория на раскаленной вольфрамовой нити. Возможно получение тория методом электролиза. [c.72]

    Для фиксации радиоактивного излучения и измерения его интенсивности пользуются счетчиками Гейгера—Мюллера различной конструкции. Обычно это алюминиевая трубка, внутри которой находится специальная газовая смесь и по центру натянута вольфрамовая нить. К вольфрамовой нити и алюминиевой оболочке счетчика приложена разность потенциалов порядка 2000 В. Когда радиоактивная частица попадает (через тонкую алюминиевую оболочку) внутрь счетчика, она, обладая высокой энергией, ионизирует газ, заполняющий счетчик, как говорят, вызывает ионную лавину .[c.216]


    И в других областях науки и техники применение сплавов редких металлов сделало реальным то, что еще незадолго до этого казалось фантастикой. Один нз самых ярких примеров — использование вольфрамовых нитей в лампочках накаливания. Изготовлявшиеся до того времени графитовые нити накаливания быстро перегорали. Только применение редкого элемента — вольфрама — сделало электрические лампочки (Лодыгин, Столетов, Эдисон) самым обычным и необходимым предметом в быту и в технике. [c.251]

    Если в колбу электрической лампы ввести водород (вместо аргона), то около раскаленной, вольфрамовой нити будет происходить частичная диссоциация молекул На на атомы. Энергия рекомбинации последних на покрытой специальным составом [c.121]

    В промышленности находят применение смеси ацетилена с аммиаком. Исследования взрывчатых свойств газовых смесей ЫНз и С2Н2 с воздухом показали , что для полного сгорания эти смеси должны содержать не менее 15 объемн. % ацетилена. Растворы ацетилена в жидком аммиаке взрывоопасны только при содержании в жидкости более 30 вес.% С2Н2 и температурах ниже 50 С. Давление при взрыве таких смесей в 5—6 раз больше начального. Опыты проводились прн поджигании смесей накаленной вольфрамовой нитью. [c.41]

    Нагрев вольфрамовой нити лампы прибора до температуры выше 1400 °С приводит к изменению ее характеристик. Поэтому при необходимости измерения более высоких температур включают поглощающий светофильтр. Каждый пирометр имеет индивидуальную градуировку, что объясняется неидентичностью характеристик пирометрических ламп. При замене лампы шкала прибора должна быть переградуирована. Поправки в показания оптических пирометров не вводятся. Допустимая погрешность составляет 2% от верхнего предела шкалы. Не реже 1 раза в 4 года оптические пирометры подлежат проверке в органах Госстандарта СССР. [c.140]

    За последние годы разработаны ламны накаливания с йодным циклом — йодные ламны. Наличие в колбе наров иода дает возможность повысить температуру накала спирали обра-зуюпщеся при этом пары вольфрама соединяются с иодом и вновь оседают на вольфрамовую спираль, препятствуя распылению вольфрамовой нити. Срок службы этих ламп повышен до 3000 ч, световая отдача доходит до 30 лм/Вт. [c.115]

    Исследовано изменение механической прочности межфазных слоев на границе нефть — вода во времени для нескольких нефтш, образующих устойчивые эмульсии. Исследование проводили по методике, разработанной в институте физической химии АН СССР [20], с использованием прибора СНС-2. Механическая прочность межфазного ело характеризуется предельным напряжением сдвига Рт, определяемым по углу закручивания вольфрамовой нити, на которой подвещен стеклянный диск, находящийся на границе раздела нефть — вода. Экспериментально измерена механическая прочность межфазного слоя на границе нефть -вода через 5, 10, 100, 300, 1000 и 1500 мин после формирования слоя (высокосмолистая арпанская, смолистая ромашкинская и высокопара-финистая мангышлакская нефти). Все испытанные нефти, весьма различные по своему составу и свойствам, образуют при интенсивном перемешивании с водой (пластовой и дистиллированной) устойчивые эмульсии. [c.23]

    УВ впервые были получены Эдисоном еще в 1882 г. Они длительное время применялись в электрических лампах накаливания, но с появлением вольфрамовых нитей УВ потеряли значение в этом направлении. Интерес к ним, появившийся в бО-е годы, обусловлен тем, что в отличие от стеклянных (а также органических) волокон они обладают весьма высоким модулем у-пругости, специфическими тепло- и электрофизическими свойствами. Уже сейчас по своей удельной прочности углеродные волокна в качестве армирующих материалов успешно конк-урируют с другими типами волокон. [c.58]

    Экспериментально установлено, что в большинстве хемосорбционных процессов дифференциальная теплота хемосорбции сильно снижается с увеличением степени заполнения . В течение последних нескол1.ких лет это явление служило предметом многочисленных дискуссий [2, 60, 193—1961 Для того чтобы дать представление о величине дагшого — аффекта, мы приводим в качестве примера кривые рис. 27 и 28. Две верхние кривые на рис. 27 изображают теплоту хемосорбции водорода иа пленках вольфрама (кривая 2) [197, 1981 и на вольфрамовых нитях (кривая 3) [59]. Эти кривые показывают, что начальные теплоты хемосорбции (при 0=0) на, обеих ука.заииых формах вольфрама практически одинаковы и что уменьшение теплот адсорбции с возрастанием происходит практически по одной и той же кривой. Кривая / на том же рисунке показывает изменение теплоты хемосорбции водорода на вольфрамовом порошке по даннь[м Франкенбурга 1991 Начальная теплота хемосорбции практически та же, что И на вольфраме в других формах, но сама кривая обладает более крутым наклоном. Согласно подробному анализу, приведенному в работе Е)ика [60], возможно, что поверхность [c.119]

    Другие экспериментальные доказательст11а высказанной точки зрения получаются нз фотоэлектрических измерений. Нормальная (неизбирательная) фотоэлектрическая эмиссия с вольфрамовой нити, на которой адсорбирован натрий, ири сравнительно малых заполнениях растет с температурой. Напротив, при более высоких заполнениях фотоэффект с ростом температуры падает. Оба эти эффекта обратимы [253]. Очевидно, что при сравнительно низких значениях О, когда адсорбированный натрий находится на поверхности в виде ионов, повышение температуры приводит к небольшому увеличению среднего расстояния ионов от поверхности, вследствие чего дипольньп» момент слегка увеличивается, а работа выхода слегка уменьшается. Если же натрий адсорбирован в виде атомов, то диполи, образовавшиеся теперь в результате поляризации атомов полем металла, уменьшаются, так как с повышением температуры среднее расстояние атомов натрия от поверхности металла увеличивается. [c.139]

    С изобретением ксеноновых ламп производство кино- и прожекторных углей постепенно прекращается. Б настоящее время прожекторные угли используются в основном только для цепей береговой охраны. Такая же судьба постигла разработанные У. Сваном (1850) и Т. А. Эдиссоном в США и А. И. Бюксенмейстером в России (1880 г. ) углеродные волокна для лал1П накаливания. Создание долгоживущих вольфрамовых нитей (1910 г.) вытеснило применение углеродных волокон и из этой области электротехники. В связи с большим за последние тридцать лет развитием исследований и производства у1 леродных волокон и особыми спектральными характеристиками источников света с углеродными нитями можно ожидать возобновления их использования в лампах накаливания. Некоторые работы в этом направлении в настоящее время проводятся в лабораторном масштабе. [c.12]

    Благодаря тому, что вольфрам является наиболее тугоплавким из всех, металлов, он с особым успехом используется для производства нитей электроламп, нагревательных обмоток электропечей и антикатодов (мощных рентгеновских трубок). Теперь вольфрамовые нити получают восстановлением ДЛЮз водородом при 1200° С. Широко применяется вольфрам также в производстве сверхтвердых сплавов для изготовления специальных сверл, резцов и т. п. Сплав этого типа, так называемый победит , содержит до 80—85% вольфрама.[c.330]

    Одним из наиболее распространенных детекторов является катарометр, или детектор по теплопроводности (ДТП). Принцип его работы основан на измерении сопротивления нафетой платиновой или вольфрамовой нити. Количество теплоты, отводимое от нагретой нити при прочих постоянных условиях, зависит от теплопроводности газа, а теплопроводность смеси газов зависит от ее состава. В последнее время металлические нити успешно заменяются термисторами, имеющими более высокий, чем у металлов, коэффициент элекфической проводимости. [c.296]

    ХЛ-4 — улучшенная модель хроматографа ХЛ-3. Выпускает завод Моснефтекип . Предназначен для работы в изотермическом режиме. Верхний предел температуры термостата 150° С. Колонки секщюнные с максимальной длиной 7,2 м. Детектор-катарометр с вольфрамовыми нитями. Потенциометр ЭПП-17М со шкалой 1 мв. [c.254]

    ХЛ-6. Изготавливается заводом Моснефтекип . Предназначен для работы в изотермическом режиме. Максимальная температура термостата 250° С. Детектор-катарометр с вольфрамовыми нитями термостатируется отдельно. Максимальная длина колонки 11 м. [c.254]

    По-видимому, впервые образование свободных атомов водорода было установлено И. Лэнгмю-ром (19П) по увеличению теплопроводности водорода, окружающего нагретую вольфрамовую нить. Позже Вуд (1920) предложил метод получения атомов Н, основанный на применении тлеющего разряда при давлениях около 0,5 мм рт. ст. Мы ограничимся только тем, что приведем основные термодинамические характеристики реакции ( .175), т. е. [c.150]


Пример решения задачи на определение температуры нити накаливания лампы

Известно, что ток, проходящий через электрическую лампу в момент включения, в двенадцать раз превышает рабочий ток. Температура лампы до включения 25 градусов Цельсия. Температурный коэффициент сопротивления вольфрама 5,1×10-3град-1
Необходимо определить температуру вольфрамовой нити накаливания электрической лампы в рабочем состоянии.

Дано: n=12; t°1=25°C; α=5,1×10-3град-1
Найти: t°2-?

Решение

Применив закон Ома, запишем формулы для тока включения I1 и рабочего тока I2


, а ,

где U – напряжение на лампе; R1 и R2 — сопротивление нити накаливания лампы, соответственно при температурах t°1 и t°2.

Находим отношение данных токов:

Для определения R1 и R2 воспользуемся следующей формулой:


, тогда
,
,
.

Так как , то .

Получаем формулу для определения рабочей температуры нити накаливания лампы

Ответ: в рассматриваемом примере температура вольфрамовой нити накаливания электрической лампы в рабочем режиме равна 2157 градусов Цельсия.



Три источника и три составные части электрического освещения

Наука и жизнь // Иллюстрации

Наука и жизнь // Иллюстрации

Наука и жизнь // Иллюстрации

Наука и жизнь // Иллюстрации

Без малого сто лет назад на смену свечам и керосиновым лампам пришло электрическое освещение. Сегодня наиболее широко используются источники света трёх типов. Один появился в конце позапрошлого века, другой — в середине прошлого, а третий был сконструирован лет тридцать назад.

ПЕРВЫЙ ИСТОЧНИК: ЛАМПЫ НАКАЛИВАНИЯ

В привычной и всем знакомой лампочке свет излучает раскалённая электрическим током вольфрамовая нить толщиной 40—50 микрометров, свёрнутая в спираль. Температура плавления вольфрама 3400ºС, а рабочая температура нити накала не превышает 2900ºС, что значительно меньше температуры Солнца (5770ºС). Поэтому искусственное освещение даёт не белый, а желтоватый свет. Мы этого не замечаем, но снимки, сделанные без вспышки и без «баланса белого», получаются жёлтыми.

Стеклянная колба лампы наполнена инертным газом, нередко с примесью паров брома или йода (галогенные лампы). Атомы вольфрама, испаряющиеся с нити, вступают в реакцию с галогенами и при высокой температуре высвобождаются, оседая обратно на нить. Это позволяет поднять температуру накала до 3000ºС, которая достигается в малогабаритных сильноточных и более долговечных лампах, рассчитанных на напряжение 12 вольт.

Средний срок службы ламп накаливания — 1000 часов (галогенных — до 4000). Перегорают лампы обычно в момент включения. Удельное сопротивление холодной вольфрамовой нити мало (только в три раза больше меди), поэтому в первый момент через лампу проходит импульс тока, сила которого примерно в 10 раз больше номинальной. Он пережигает нить, имеющую дефекты.

Лампы накаливания излучают сплошной спектр, но в основном в инфракрасной (тепловой) области, и только 15% энергии, да и то лишь у самых лучших моделей, приходится на видимый свет. Они неэкономичны и небезопасны: сильно нагретая колба может поджечь бумажный или тканевый абажур и стать причиной пожара. Поэтому есть насущная необходимость постепенно заменять их на более перспективные источники света.

ВТОРОЙ ИСТОЧНИК: ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ ЛАМПЫ

Люминесцентная лампа — это стеклянная трубка, наполненная парами ртути низкого давления. При включении лампы в сеть атомы ртути ионизуются потоком электронов, вылетающих из горячего катода, и в трубке возникает так называемый тлеющий разряд. Ионы получают энергию (возбуждаются) и немедленно «сбрасывают» её в виде излучения. Спектр излучения ртути линейчатый, он содержит несколько ярких линий в синей, фиолетовой и ультрафиолетовой областях, неприятных и даже вредных для глаз. Поэтому стенки ламп покрыты слоем люминофора, вещества, излучающего голубоватый или более тёплый свет, напоминающий естественный (их раньше называли лампами дневного света). А кварцевые лампы без люминофора используют для дезинфекции помещений и для загара.

Люминесцентная лампа имеет отрицательное сопротивление: чем больше идущий через неё ток, тем ниже сопротивление. Поэтому её необходимо включать через балласт — устройство, ограничивающее силу проходящего тока. В лампах, применяемых для освещения различных производственных помещений, балластом служит дроссель, катушка индуктивности. Автоматическое зажигание лампы обеспечивает стартёр — неоновая лампочка с одним подвижным электродом. В момент включения электроды стартёра замкнуты и подают ток на нити накала, которые разогреваются и испускают электроны. В следующий момент электроды нагреваются и размыкаются, разрывая цепь. В дросселе за счёт самоиндукции возникает мощный пик напряжения, который зажигает лампу. Данная схема имеет ряд недостатков: устройство довольно громоздко, дроссель при работе гудит, а лампа мерцает с двойной частотой сетевого напряжения (100 Гц).

Более удобен и надёжен компактный электронный балласт, который преобразует сетевое напряжение 50 герц в высокочастотное — 20—60 килогерц. Он используется в основном в люминесцентных лампах нового поколения, именуемых энергосберегающими.

В этих лампах тонкая трубка с парами ртути обычно свёрнута в спираль и подсоединена к стандартному цоколю для вворачивания в патрон. В цоколе смонтирован электронный балласт, который подогревает катод лампы и прикладывает к нему высокочастотное напряжение, запускающее разряд. Лампы работают бесшумно и без мерцания. Излучают они либо «холодный», голубоватый свет, либо «тёплый», напоминающий свет ламп накаливания. Считается, что при одинаковой светоотдаче такие лампы потребляют в пять раз меньше электроэнергии: 12-ваттная даёт столько же света, сколько 60-ваттная лампочка, а срок их службы достигает 5—6 тыс. часов, но эти данные весьма приблизительные. А высокая цена ставит под сомнение их экономическую выгоду.

Энергосберегающие лампы плохо переносят перегрев и частое включение/выключение. Поэтому их не следует ставить в закрытые светильники, в ванных комнатах и туалетах, где приходится зажигать свет по многу раз на дню.

У всех люминесцентных ламп есть общий и весьма существенный недостаток: каждая содержит до 70 миллиграммов ртути. Поскольку пары ртути ядовиты, отработанные лампы необходимо сдавать на утилизацию. Но сегодня их просто выбрасывают, заражая почву и воздух.

ТРЕТИЙ ИСТОЧНИК: СВЕТОДИОДНЫЕ СВЕТИЛЬНИКИ

Полупроводниковый диод представляет собой двухслойную структуру из носителей электрических зарядов разных типов. В одном основным носителем служат свободные электроны, несущие отрицательные заряды. Это полупроводник n-типа (от английского negative — отрицательный). В другом роль носителей выполняют дырки — не занятые электронами квантовые состояния в твёрдом теле. Они эквивалентны положительным зарядам в полупроводнике p-типа (positive — положительный). Между этими слоями возникает узкая зона p-n-перехода. При пропускании электрического тока через эту зону происходит рекомбинация электронов и дырок, то есть заполнение электронами пустых квантовых состояний. Рекомбинация сопровождается излучением света за счёт перехода электрона с одного энергетического уровня на другой, более низкий. Полупроводниковое устройство, работающее в этом режиме, называется светодиодом. Наличие в структуре нескольких зон p-n-переходов даёт одновременное излучение разных частот. Меняя состав полупроводников, можно создавать светодиоды, излучающие свет от ультрафиолета до инфракрасной части спектра. Светодиоды весьма экономичны: их кпд достигает 50% и выше. Срок службы — не менее 100 тыс. часов.

Сегодня светодиодные излучатели применяются всё шире — от малогабаритных настольных ламп и карманных фонариков до светофоров и мощных маячных ламп. Несколько лет назад академик Ж. И. Алфёров, лауреат Нобелевской премии в области полупроводниковых материалов, проводил пресс-конференцию в зале Президент-отеля. Указав рукой на гигантские хрустальные люстры, сиявшие сотнями мощных ламп, он призвал повнимательнее на них посмотреть, ибо их время кончается. Им на смену идут универсальные источники света — мощные, экономичные и долговечные полупроводниковые светодиоды.

Практическая часть

Оптическая пирометрия.

Устройство пирометра с исчезающей нитью.

Метод измерения яркостной температуры.

Оптической пирометрией называется совокупность методов измерения температуры тел, основанных на законах теплового излучения. Приборы, применяемые для измерения температуры этими методами, называются пирометрами.

Все методы, применяемые в оптической пирометрии, являются косвенными, поэтому надежность результатов, получаемых с их помощью, зависит прежде всего от степени применимости к исследуемому объекту закона, связывающего температуру с измеряемой величиной. Методы оптической пирометрии не требуют непосредственного контакта измерительной аппаратуры с исследуемым телом. Благодаря этому они позволяют, во-первых, без ущерба для приборов измерять очень высокие температуры; во-вторых, проводить измерения температур удаленных тел; в-третьих, их применение не вызывает искажения состояния исследуемого объекта, к чему часто приводит термометрическое тело, применяемое в иных методах.

В настоящей работе используется яркостный метод определения температуры на основе сравнения излучения светящегося тела с излучением абсолютно черного тела в одном и том же спектральном интервале . Обычно для этого используется участок длин волн, лежащий в окрестности λ = 660 нм.

На рис. 2а. представлена схема яркостного пирометра, называемого пирометром с исчезающей нитью. Этот прибор по своей конструкции напоминает устройство лабораторной зрительной трубы.

Объектив пирометра 1 дает действительное изображение исследуемого тела в месте расположения нити накала пирометрической лампы 3. Нить лампы лежит в плоскости, перпендикулярной к оси прибора, и образует этой плоскости проволочную петлю (рис. 2б). Нить лампы и создаваемое объективом изображение тела рассматриваются наблюдателем через окуляр 5. В окуляре 5 расположен красный светофильтр 4, который монохроматизирует излучение лампы и исследуемого тела на длине волны λ = 660 нм. Красный светофильтр обязателен при проведении измерений, но для удобства фокусировки объекта в белом свете он может выводиться из поля зрения окуляра при наводке трубы пирометра на объект измерений. Введение и выведение этого светофильтра в поле зрения окуляра осуществляется вращением рифленого кольца на окуляре пирометра.

Принцип определения температуры тела основан на визуальном сравнении яркости раскаленной нити лампы пирометра с яркостью изображения исследуемого объекта. Равенство яркостей, наблюдаемое через монохроматический светофильтр 4, определяется по исчезновению изображения нити пирометрической лампы на фоне изображения раскаленного объекта. Накал нити лампы пирометра регулируется реостатом, а температура нити определяется по градуировочному графику, который связывает ток накала нити лампы с ее температурой. Градуировочный график для различных диапазонов температуры тела представлен в виде шкалы температур и приведен в окне на передней панели пирометра. При температуре тела до 1400°С используют нижнюю шкалу температур, отмеченную в окне пирометра зеленой точкой.

Если температура нити высока, то для ослабления потока излучения применяется поглощающий светофильтр 2. Этот светофильтр на рис. 2а показан в трубе пирометра пунктиром. Поглощающий светофильтр 2 вводится в ход лучей между объективом пирометра и нитью его лампы с помощью винта, расположенного в верхней части корпуса объектива пирометра. Он предназначен для предварительного ослабления яркости исследуемых тел в тех случаях, когда их температура превышает 1400°С. До более высоких температур нагревать нить пирометрической лампы нежелательно, так как она начинает распыляться, изменять свое свечение и затемнять стенки баллона лампы. При наличии поглощающего светофильтра, ослабляющего яркость нагретого тела, пирометр этого типа может применяться для измерения температур до 2000°С. В этом случае используют верхнюю шкалу температур, отмеченную в окне пирометра красной точкой.

В настоящей работе измеряется температура вольфрамовой спирали лампы накаливания. Регулируя расположенным на передней панели пирометра реостатом накал его нити, добиваются совпадения яркостей изображения нити пирометрической лампы и изображения вольфрамовой спирали исследуемой лампы (рис. 3). В момент исчезновения нити пирометра на фоне спирали лампынакаливания производится отсчет по шкале температур, размещенной в окне на передней панели пирометра.

Если предварительно шкалу пирометра проградуировать по излучению абсолютно черного тела, т. е. установить зависимость силы тока нити пирометра от температуры абсолютно черного тела, при которой нить исчезает, то по показаниям шкалы температур пирометра можно найти, какой температуре абсолютно черного тела соответствует излучение исследуемого тела. Если бы изучаемое тело было абсолютно черным, найденная температура была бы его истинной термодинамической температурой. В противном случае измеренная температура характеризует температуру абсолютно черного тела, имеющего при длине волны λ = 660 нм ту же яркость, что и исследуемое тело при условиях наблюдения. Поэтому такая температура носит название яркостной. Так как для нечерного тела спектральная плотность энергетической светимости при определенной температуре будет всегда ниже, чем у абсолютно черного тела (см. формулы (3) и (5)), то истинная термодинамическая температура тела будет всегда выше яркостной.

Разница между яркостной и истинной термодинамической температурой может быть значительной. Так, например, для вольфрама вблизи температуры 1000°С яркостная температура на 44° ниже термодинамической, а при 3000°С -уже на 327°. Из формул (3) и (5) следует, что яркостная температура Тярк и истинная температура тела Т связаны следующим соотношением:

(9)

Коэффициент монохроматического поглощения тела α(λ, Т) зависит от длины волны и температуры и имеет свое значение для каждого материала. Для вольфрама в области λ = 660 нм α(λ, Т) = 0,42.

Будем считать, что значение яркостной температуры Тярк близко к значению истинной температуры тела Т. В этом случае из формулы (9) следует:

(10)

следовательно, истинная температура тела равна:

(11)

В данной работе изучается закон излучения нечерного тела -вольфрамовой спирали лампы накаливания. Лампа накаливания питается от автотрансформатора, на корпусе которого расположена ручка регулировки мощности лампы. Для измерения подводимой мощности в цепь лампы включен ваттметр. Необходимо снять зависимость температуры вольфрамовой нити в зависимости от мощности лампы W.

Для измерения яркостной температуры вольфрамовой спирали лампы накаливания необходимо сфокусировать изображение спирали лампы накаливания на фоне нити пирометра. Для облегчения фокусировки надо поворотом рифленого кольца на окуляре пирометра вывести монохроматизирующий излучение красный светофильтр. Фокусировка нити пирометра осуществляется передвижением окуляра пирометра, фокусировка спирали лампы — передвижением объектива пирометра.

Для измерения температур вольфрамовой спирали до 1400°С, необходимо убрать поглощающий светофильтр с помощью винта, расположенного в верхней части корпуса объектива пирометра и отмеченного красной точкой. В этом случае в окуляре должно наблюдаться светлое изображения нити и спирали (введенный поглощающий светофильтр придает изображению красноватый оттенок). Далее следует снова поворотом рифленого кольца на окуляре пирометра ввести монохроматизирующий светофильтр, который придает изображению насыщенно-красный свет.

Установив мощность лампы накаливания 5 Вт, необходимо, регулируя ручку реостата нити пирометра, добиться одинаковой яркости нити и спирали. Нить лампы пирометра обладает тепловой инерцией, поэтому регулировку накала нити пирометра следует проводить медленно. По нижней шкале температур пирометра, отмеченной зеленой точкой, определите яркостную температуру tярк в градусах Цельсия (обратите внимание, что показания шкалы необходимо умножить на 1000). Каждое измерение температуры необходимо производить не менее трех раз, незначительно меняя накал нити пирометра и вновь отыскивая условие исчезновения нити.

Далее установить мощность лампы накаливания 10 Вт и повторить измерения. Увеличивая каждый раз мощность лампы накаливания на 5 Вт, измерять яркостную температуру до тех пор, пока температура не приблизится к значению 1400°С.

На данном этапе необходимо ввести поглощающий светофильтр. Поверните винт, расположенный в верхней части корпуса объектива пирометра. Если временно убрать монохроматизирующий фильтр, то изображение должно Иметь красноватый оттенок. Верните монохроматизирующий красный светофильтр в исходное положение.

Для определения яркостной температуры теперь пользуйтесь верхней шкалой температур, отмеченной красной точкой. Проводите измерения, пока значение яркостной температуры не приблизится к значению 2000°С.

Выразите значения измеренной яркостной температуры tярк в градусах Кельвина:

(12)

Используя формулу (11), найдите истинную термодинамическую температуру спирали лампы Т.

Энергетическая светимость нечерного тела, согласно формуле (8) имеет вид:

Считая, что при высоких температурах энергетическая яркость вольфрамовой спирали лампы накаливания R(T) пропорциональна подводимой к ней мощности W (с точностью до площади излучающей поверхности вольфрамовой спирали), формулу (8) можно записать следующим образом:

(13)

или, логарифмируя выражение (13):

(14)

Построите график зависимости LgW от LgT (рис. 4).

По тангенсу угла наклона tga полученной кривой найдите п:

(15)

Сравните полученное значение с величиной n=4 для абсолютно черного тела в законе Стефана-Больцмана (7) и сделайте вывод.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

  1. Включить в сеть блок питания пирометра.

  2. Включить в сеть лампу накаливания, соединенную с ваттметром. Лампа накаливания питается от автотрансформатора, на корпусе которого расположена ручка регулировки мощности лампы. Установить значение мощности W, потребляемой лампой, 5 Вт.

  3. Повернуть ручку реостата в виде круга на передней панели пирометра, с помощью которого регулируется ток нити пирометра.

  4. Вращением рифленого кольца на окуляре пирометра вывести красный монохроматизирующий светофильтр

  5. Передвигая окуляр пирометра вдоль трубы, сфокусировать изображение нити пирометра; передвигая обьектив пирометра — добиться резкого изображения нити исследуемой лампы в плоскости нити пирометра. Верх нити пирометра должен проходить посередине вольфрамовой спирали лампы накаливания (рис.3).

  6. Убрать поглощающий светофильтр с помощью винта, расположенного в верхней части корпуса объектива пирометра и отмеченного красной точкой. В этом случае в окуляре должно наблюдаться светлое изображения нити и спирали (введенный поглощающий светофильтр придает изображению красноватый оттенок).

  7. Вращением рифленого кольца на окуляре пирометра вернуть красный монохроматизирующий светофильтр в исходное положение. Изображение нити и спирали должно быть окрашено в насыщенно-красный свет.

  8. Регулируя ручку реостата нити пирометра, добиться одинаковой яркости нити и спирали. Нить лампы пирометра обладает тепловой инерцией, поэтому регулировку накала нити пирометра следует проводить медленно.

  9. По нижней шкале температур пирометра, отмеченной зеленой точкой, определите яркостную температуру tярк в градусах Цельсия (обратить внимание, что показания шкалы необходимо умножить на 100 ). Каждоеизмерение температуры необходимо производить не менее трех раз,незначительно меняя накал нити пирометра и вновь отыскивая условиеисчезновения нити.

  10. Установить мощность лампы накаливания 10 Вт и повторить измерения.

11 .Увеличивая каждый раз мощность лампы накаливания на 5 Вт, измерятьяркостную температуру до тех пор, пока температура не приблизится кзначению 1400°С.

12.Повернуть винт, расположенный в верхней части корпуса объективапирометра, и ввести поглощающий светофильтр. Временно убрать красныймонохроматизирующий фильтр и убедиться, что изображение нити и спиралиимеет красноватый оттенок. Вернуть монохроматизирующий красныйсветофильтр в исходное положение.

13.Увеличивая далее мощность лампы накаливания на 5 Вт, измерять яркостнуютемпературу до тех пор, пока температура не приблизится к значению 2000°С.Для определения яркостной температуры использовать верхнюю шкалутемператур, отмеченную красной точкой.

14.Выразить значения измеренной яркостной температуры tярк в градусах Кельвина (формула (12)).

15.По формуле (11) найти истинную термодинамическую температуру Т вольфрамовой спирали лампы накаливания.

16.Построить график зависимости логарифма мощности лампы LgW от логарифма термодинамической температуры LgT.

17.Найти тангенс угла наклона tga полученной кривой методом наименьших квадратов или по формуле (15).

18.Сравнить полученное значение п с величиной п = 4 для абсолютно черного тела в законе Стефана-Больцмана (7).

19.Сделать вывод и оформить отчет.

Лампа накаливания — обзор

20.4 Проблемы человеческого фактора со светодиодами

Источники светодиодов существенно отличаются от ламп накаливания, используемых в большинстве современных автомобильных осветительных приборов, по ряду важных аспектов:

Светодиоды имеют более высокое качество. светоотдача (в лм / Вт) по сравнению с источниками накала, что означает, что они могут обеспечивать более высокую интенсивность или более широкую диаграмму направленности при том же количестве энергии или аналогичный световой поток с меньшими требованиями к энергии

Узкополосный спектральный выход цветных Светодиоды создают очень насыщенный цветовой вид, в отличие от широкополосных источников, таких как лампы накаливания, которым требуются фильтры для создания цветного освещения (рис.20.3)

Рисунок 20.3. Спектральные распределения желтых и красных светодиодов и (фильтрованных) источников накала.

Светодиоды с преобразованием белого люминофора могут производиться с более высокой коррелированной цветовой температурой (CCT), чем лампы накаливания, что приводит к более голубоватому цвету.

Светодиоды имеют очень быстрое время появления и смещения : 10–20 нс, включая время затухания люминофоров иттрия, алюминия и граната, по сравнению с примерно 80–250 мс для ламп накаливания

Фотометрические, колориметрические и временные свойства светодиодных источников также могут влиять на способность драйверов видеть и реагировать на потенциальные опасности на проезжей части и вдоль нее.Для автомобильных фар, спектральное распределение типичных белых светодиодов с преобразованием люминофора, основанных на синих устройствах InGaN в сочетании с люминофором YAG, имеет большую долю коротковолнового (синего) света, чем спектральное распределение источников накаливания, таких как лампы накаливания и галоген. лампы (рис. 20.4). Это различие имеет отношение к визуальным характеристикам во время вождения, поскольку при таком уровне освещенности, который обычно наблюдается при вождении ночью, яркость асфальтового покрытия составляет от 0.1 и 1 кд / м 2 , 16 визуальное обнаружение опасностей поддерживается комбинацией зрительных рецепторов конуса и стержня в глазу.

Рисунок 20.4. Спектральные распределения белых светодиодов и (нефильтрованных) источников накала.

Однако фотометрические величины, такие как освещенность (в люксах), яркость (в кд / м 2 ), сила света (в кд) и световой поток (в лм), полностью основаны на спектральном отклике рецепторов конуса. в глаза. Конические рецепторы используются исключительно для зрения при уровнях освещенности, которые обычно наблюдаются на открытом воздухе и в помещении в дневное время (обычно от 10 до 1000 кд / м 2 ).Это очевидное несоответствие между способом измерения света и тем, как мы видим, имеет значение, потому что рецепторы стержней в совокупности более чувствительны к коротким видимым длинам волн (например, синий и зеленый свет), чем рецепторы колбочек. 17 Таким образом, обычные фотометрические величины (лк, кд / м 2 , кд, лм) могут недооценивать способность водителя видеть под светодиодными источниками ночью по сравнению с его или ее способностью видеть под лампами накаливания.

Единая фотометрическая система была опубликована Международной комиссией по охране окружающей среды (CIE) для количественной оценки относительной роли палочек и колбочек. 18 в ночном видении.Как следствие, можно было бы получить эквивалентные визуальные характеристики в ночное время, используя светодиодные источники, которые производят уровни света на 20–30% ниже, чем у ламп накаливания. 19 Еще одна визуальная реакция, которая может отдавать предпочтение светодиодам перед источниками накала, — это восприятие яркости сцены на дороге в соответствии с моделью яркости, разработанной Rea et al. 20 Этот ответ, по-видимому, имеет повышенную коротковолновую чувствительность. На рис. 20.5 показана прогнозируемая яркость сцены на проезжей части при свете фар с использованием нити накала, HID и светодиодных источников.

Рисунок 20.5. Относительная яркость поверхностей дорожного покрытия, освещенных фотометрически уравновешенными источниками света (галогенными, HID и LED).

Однако относительно высокая мощность коротковолновой спектральной мощности в белом светодиодном освещении также может иметь некоторые возможные негативные последствия для освещения транспортных средств. Когда фары разных цветов производят эквивалентные обычные фотометрические величины, на ослепление для людей с ограниченными возможностями (снижение зрительных характеристик, вызванное рассеянием в глазах яркого света) не влияет спектральный состав освещения фары. 21 Это не относится к дискомфортным бликам, которые определяются как раздражающие или болезненные ощущения, возникающие при просмотре яркого света в интересующей визуальной сцене. Подобно восприятию яркости сцены на дороге, дискомфортные блики также проявляют повышенную чувствительность к коротковолновому свету. 22 Пока не совсем понятно, влияет ли и в какой степени повышенный дискомфортный ослепляющий свет на безопасность вождения. Существуют некоторые свидетельства того, что, когда водители испытывают дискомфортные блики от встречных фар, они с большей вероятностью проявляют такое поведение при вождении, как учащение движений головы и повышенная изменчивость дроссельной заслонки, что, в свою очередь, коррелирует с повышенным риском столкновения. 23

Что касается визуального обнаружения сигнальных огней транспортных средств, поскольку светодиоды имеют значительно более короткое время срабатывания, чем лампы накаливания, они могут иметь некоторые преимущества, особенно для стоп-сигналов транспортных средств. Bullough 24 продемонстрировал, что время визуальной реакции на появление цветного светового сигнала, такого как стоп-сигнал или сигнал поворота, можно предсказать по пороговому количеству световой энергии (в кд / с), принимаемой глазами водителя. Лампа с вольфрамовой нитью при первом включении приводит к относительно постепенному увеличению освещенности от нити, что может занять до 250 мс для достижения полной яркости.Светодиоды имеют практически мгновенное время нарастания и могут быстрее производить пороговое количество световой энергии. В результате светодиоды вызывают более короткое время визуальной реакции, чем источники накаливания того же номинального цвета и максимальной силы света. 25

Важно отметить, что, поскольку скорость замедления тормозящего транспортного средства связана с тем же действием, которое включает сам стоп-сигнал, нажатие на педаль тормоза и более короткое время подъема источника света могут обеспечить увеличение тормозного пути почти на 7 м. для водителя, следующего за тормозящим автомобилем, 26 — небольшое, но иногда практически значительное увеличение.

Интернет-кампус ZEISS Microscopy | Ксеноновые дуговые лампы

Введение

Источники света накаливания, в том числе более старые версии с вольфрамовой и углеродной нитью, а также новые, более совершенные вольфрамово-галогенные лампы, успешно используются в качестве высоконадежных источников света в оптической микроскопии в течение многих десятилетий и продолжают оставаться одними из них. выбранные механизмы освещения для различных методов визуализации. Старые лампы, оснащенные вольфрамовой проволочной нитью и заполненные инертным газом аргоном, часто используются в студенческих микроскопах для светлопольного и фазово-контрастного изображения, и эти источники могут быть достаточно яркими для некоторых приложений, требующих поляризованного света.Вольфрамовые лампы относительно недороги (по сравнению со многими другими источниками света), их легко заменить, и они обеспечивают адекватное освещение в сочетании с диффузионным фильтром из матового стекла. Эти особенности в первую очередь ответственны за широкую популярность источников света накаливания во всех формах оптической микроскопии. Вольфрамово-галогенные лампы, наиболее совершенная конструкция в этом классе, генерируют непрерывное распределение света в видимом спектре, хотя большая часть энергии, излучаемой этими лампами, рассеивается в виде тепла в инфракрасных длинах волн (см. Рисунок 1).Из-за относительно слабого излучения в ультрафиолетовой части спектра вольфрамово-галогенные лампы не так полезны, как дуговые лампы и лазеры, для исследования образцов, которые необходимо освещать с длинами волн менее 400 нанометров.

Несколько разновидностей вольфрамово-галогенных ламп в настоящее время являются источником освещения по умолчанию (и предоставляются производителем) для большинства учебных и исследовательских микроскопов, продаваемых по всему миру. Они отлично подходят для исследования в светлом поле, микрофотографии и цифровой визуализации окрашенных клеток и срезов тканей, а также для многочисленных применений отраженного света для промышленного производства и разработки.В поляризованных световых микроскопах, используемых для идентификации частиц, анализа волокон и измерения двойного лучепреломления, а также в рутинных петрографических геологических приложениях, обычно используются вольфрамово-галогенные лампы высокой мощности для обеспечения необходимой интенсивности света через скрещенные поляризаторы. Стереомикроскопы также используют преимущества этого повсеместного источника света как в моделях начального, так и в продвинутых моделях. Для визуализации живых клеток с помощью методов усиления контраста (в основном дифференциального интерференционного контраста ( DIC ) и фазового контраста) в составных микроскопах проходящего света наиболее распространенным источником света, который в настоящее время используется, является вольфрамово-галогенная лампа мощностью 100 Вт. .В долгосрочных экспериментах (обычно требующих от сотен до тысяч снимков) эта лампа особенно стабильна и при нормальных условиях эксплуатации подвержена лишь незначительным уровням временных и пространственных колебаний выходной мощности.

Первые коммерческие лампы накаливания с вольфрамовой нитью были представлены в начале 1900-х годов. Эти передовые нити, которые можно было наматывать, скручивать и эксплуатировать при очень высоких температурах, оказались гораздо более универсальными, чем их предшественники на основе углерода и осмия.Углеродные лампы страдают от быстрого испарения нити накала при температурах выше 2500 ° C и, следовательно, должны работать при более низких напряжениях, чтобы производить свет, имеющий относительно низкую цветовую температуру (желтоватый). Напротив, вольфрам имеет температуру плавления приблизительно 3380 ° C и может быть нагрет почти до этой температуры в стеклянной оболочке для получения света, имеющего более высокую цветовую температуру и срок службы, чем любой из предыдущих материалов, используемых для нити ламп. Основная проблема с вольфрамовыми лампами заключается в том, что во время нормальной работы нить накала постоянно испаряется, образуя газообразный вольфрам, который медленно уменьшает диаметр нити накала и в конечном итоге затвердевает на внутренней стороне стеклянной колбы в виде почерневшего, покрытого сажей отложений.Со временем мощность лампы уменьшается, поскольку остатки осажденного вольфрама на стенках внутренней оболочки становятся толще и поглощают все большее количество более коротких видимых длин волн. Точно так же потеря вольфрама из нити накала уменьшает диаметр, делая ее настолько тонкой, что в конечном итоге она выходит из строя.

Вольфрамово-галогенные лампы были впервые разработаны в начале 1960-х годов путем замены традиционной стеклянной колбы на кварцевую колбу с более высокими характеристиками, которая была больше не сферической, а трубчатой.Кроме того, внутри оболочки были запечатаны незначительные количества паров йода. Замена стекла с более низкой температурой плавления на кварцевое была необходима, потому что цикл регенерации галогена лампы (подробно обсуждается ниже) требует, чтобы оболочка поддерживалась при высокой температуре (превышающей допустимую для обычного стекла), чтобы предотвратить образование галогеновых соединений вольфрама. от затвердевания на внутренней поверхности. Из-за новых компонентов эти усовершенствованные лампы первоначально назывались термином иодид кварца .Хотя лампы, содержащие галогены, представляли собой значительное улучшение по сравнению с обычными вольфрамовыми лампами, которые они заменили, новые лампы имели легкий розоватый оттенок, характерный для паров йода. Кроме того, кварц легко подвергается воздействию слабых щелочей, образующихся во время работы, что приводит к преждевременному выходу из строя самой оболочки. В последующие годы соединения брома заменили йод, и оболочка была изготовлена ​​из более новых сплавов боросиликатного стекла для производства вольфрамово-галогенных ламп с еще более длительным сроком службы и более высокой мощностью излучения.

Цикл регенерации галогена

Как обсуждалось ранее, в традиционных лампах накаливания испаренный газообразный вольфрам из нити накала переносится через паровую фазу и непрерывно осаждается на внутренних стенках стеклянной колбы. Этот артефакт затемняет внутренние стенки колбы и постепенно снижает светоотдачу. Чтобы поддерживать потери света на минимально возможном уровне, обычные вольфрамовые лампы накаливания помещают в большие колбы, имеющие достаточную площадь поверхности, чтобы минимизировать толщину осажденного вольфрама, который накапливается в течение срока службы лампы.Напротив, трубчатая оболочка в вольфрамово-галогенных лампах заполнена инертным газом (азотом, аргоном, криптоном или ксеноном), который во время сборки смешивается с небольшим количеством галогенового соединения (обычно бромистого водорода; HBr ). и следовые уровни молекулярного кислорода. Соединение галогена служит для инициирования обратимой химической реакции с вольфрамом, испаренным из нити, с образованием газообразных молекул оксигалогенида вольфрама в паровой фазе. Температурные градиенты, образующиеся в результате разницы температур между горячей нитью накала и более холодной оболочкой, способствуют перехвату и рециркуляции вольфрама в нить накала лампы благодаря явлению, известному как цикл регенерации галогена (проиллюстрирован на рисунке 2).Таким образом, испаренный вольфрам реагирует с бромистым водородом с образованием газообразных галогенидов, которые впоследствии повторно осаждаются на более холодных участках нити, а не накапливаются медленно на внутренних стенках оболочки.

Цикл регенерации галогена можно разделить на три критических этапа, которые показаны на рисунке 2. В начале работы оболочка лампы, наполняющий газ, парообразный галоген и нить накала изначально находятся в равновесии при комнатной температуре. Когда к лампе подается питание, температура нити накала быстро повышается до ее рабочей температуры (в районе 2500–3000 ° C), в результате чего также нагревается наполняющий газ и оболочка.В конце концов, оболочка достигает стабильной рабочей температуры, которая колеблется от 400 до 1000 C, в зависимости от параметров лампы. Разница температур между нитью накала и оболочкой создает температурные градиенты и конвекционные токи в заполняющем газе. Когда температура оболочки достигает примерно 200–250 ° C (в зависимости от природы и количества паров галогена), начинается цикл регенерации галогена. Атомы вольфрама, испаренные из нити накала (см. Рис. 2 (а)), вступают в реакцию с парами газообразного галогена и следовыми количествами молекулярного кислорода с образованием оксигалогенидов вольфрама (рис. 2 (б)).Вместо того, чтобы конденсироваться на горячих внутренних стенках оболочки, оксигалогенидные соединения циркулируют конвекционными токами обратно в область, окружающую нить, где они разлагаются, в результате чего элементарный вольфрам повторно осаждается на более холодных участках нити (рис. 2 (c)). ). После освобождения от связанного вольфрама соединения кислорода и галогенидов диффундируют обратно в пар, чтобы повторить цикл регенерации. Непрерывная рециркуляция металлического вольфрама между паровой фазой и нитью обеспечивает более равномерную толщину проволоки, чем это было бы возможно в противном случае.

К преимуществам цикла регенерации галогенов относится возможность использования меньших по размеру конвертов, которые поддерживаются в чистом состоянии без отложений в течение всего срока службы лампы. Поскольку колба меньше, чем у обычных вольфрамовых ламп, дорогой кварц и родственные стеклянные сплавы могут быть более экономичными при производстве. Более прочные кварцевые оболочки позволяют использовать более высокое внутреннее давление газа, чтобы помочь в подавлении испарения нити накала, тем самым позволяя увеличивать температуру нити, что дает более световой выход, и смещает профили излучения, чтобы обеспечить большую долю более желательных длин волн видимого диапазона.В результате вольфрамово-галогенные лампы сохраняют свою первоначальную яркость на протяжении всего срока службы, а также преобразуют электрический ток в свет более эффективно, чем их предшественники. С другой стороны, вольфрам, испарившийся и повторно осаждаемый в цикле регенерации галогена, не возвращается на свое первоначальное место, а скорее скатывается на самых холодных участках нити, что приводит к неравномерной толщине. В конечном итоге лампы выходят из строя из-за уменьшения толщины нити накала в самых жарких регионах. В противном случае вольфрамово-галогенные лампы могут иметь практически бесконечный срок службы.

Ранние исследования показали, что добавление фторидных солей к парам, запечатанным внутри вольфрамово-галогенных ламп, дает на выходе самый высокий уровень видимых длин волн, а также осаждает переработанный вольфрам на участках нити накала с более высокими температурами. Это открытие вселило надежду на то, что вольфрамовые нити могут иметь более однородную толщину в течение значительного увеличения срока службы этих ламп. Кроме того, смещение выходного профиля излучения лампы для включения большего количества видимых длин волн было весьма желательно по сравнению с более низкими цветовыми температурами, обеспечиваемыми аналогичными лампами, имеющими альтернативные галогенные соединения (йодид, хлорид и бромид).К сожалению, было обнаружено, что фторидные соединения агрессивно воздействуют на стекло (обратите внимание, что фтористоводородная кислота обычно используется для травления стекла), что приводит к преждевременному разрушению оболочки. Таким образом, фторидные соединения не подходят для коммерческих ламп. Как следствие, обсуждаемые выше бромидные соединения по-прежнему являются предпочтительным реагентом для производства вольфрамово-галогенных ламп, но производители ламп продолжают исследовать применение новых смесей заполняющего газа и галогенов для этих очень полезных источников света.

Спектральный выход и цветовая температура

Вольфрамово-галогенные лампы накаливания работают как тепловые излучатели, что означает, что свет генерируется при нагревании твердого тела (нити накала) до очень высокой температуры. Таким образом, чем выше рабочая температура, тем ярче будет свет. Все лампы на основе вольфрама демонстрируют спектральные профили излучения, напоминающие профили излучения излучателя с черным телом, а спектральный профиль выходной мощности вольфрамово-галогенных ламп качественно аналогичен профилям ламп накаливания с вольфрамовой и углеродной нитью накаливания.Большая часть излучаемой энергии (до 85 процентов) находится в инфракрасной и ближней инфракрасной областях спектра, при этом 15-20 процентов попадают в видимую область (от 400 до 700 нанометров) и менее 1 процента — в ультрафиолетовых длинах волн. (ниже 400 нм). Мягкая стеклянная оболочка обычных ламп накаливания поглощает большую часть ультрафиолетового излучения, генерируемого вольфрамовой нитью, но оболочка из плавленого кварца в вольфрамово-галогенных лампах поглощает очень мало излучаемого ультрафиолетового света выше 200 нанометров.

Значительная часть электроэнергии, потребляемой накаленными вольфрамовыми проволочными волокнами, выводится в виде электромагнитного излучения, охватывающего диапазон длин волн от 200 до 3000 нанометров. Математически полное излучение увеличивается как четвертая степень температуры проволоки, что смещает спектральное распределение в сторону все более коротких (видимых) длин волн в колоколообразном профиле по мере увеличения температуры (см. Рисунки 1 и 3). Несмотря на то, что пиковые длины волн имеют тенденцию перераспределяться из ближнего инфракрасного диапазона ближе к видимой области с более высокими температурами нити накала, точка плавления вольфрама не позволяет большей части выходного излучения смещаться в видимую область спектра.При наивысших практических рабочих температурах пиковое излучение составляет примерно 850 нанометров, при этом около 20 процентов общего выходного излучения приходится на видимый свет. Инфракрасные волны, составляющие большую часть выходного сигнала, должны рассеиваться как нежелательное тепло. В результате, по сравнению со спектром дневного света (5000+ K), излучаемого ртутными, ксеноновыми и металлогалогенными дуговыми лампами, в галогенидных лампах всегда преобладают красные участки спектра.

В случае идеального радиатора с черным телом и воспринимаемая цветовая температура равна истинной (измеренной) температуре материала радиатора.Однако на практике общее излучение обычных источников излучения (таких как лампы накаливания) меньше, чем можно было бы ожидать от черного тела. Цветовая температура выражается в градусах Кельвина ( K ), в то время как фактическая измеренная температура более практично выражается в градусах Цельсия ( C ). Два числа различаются на 273,15 линейных единиц градусов, при этом значение Кельвина равно Цельсию плюс 273,15. Более высокие цветовые температуры соответствуют более белому свету , который больше напоминает солнечный свет, тогда как более низкие цветовые температуры имеют тенденцию смещать цвета в сторону желтых и красноватых оттенков.Вольфрам не является истинным черным телом в том смысле, что полное испускаемое излучение меньше, чем могло бы наблюдаться в идеальном случае, однако вольфрам является лучшим излучателем (и более точно приближается к истинному черному телу) в более короткой видимой области длин волн, чем в более длинные волны. Для значительной части видимого диапазона длин волн цветовая температура вольфрама выше, чем эквивалентная истинная температура в градусах Цельсия. Таким образом, для измеренной температуры нити накала 3000 C цветовая температура составляет примерно 3080 K.Предел цветовой температуры вольфрама определяется температурой плавления, которая составляет чуть более 3350 ° C или приблизительно 3550 K.

Таким образом, в качестве излучателей накаливания вольфрамово-галогенные лампы генерируют непрерывный спектр света, который простирается от центрального ультрафиолета до видимого и инфракрасного диапазонов длин волн (см. Рисунки 1 и 3). По сравнению со спектром излучения солнечного света и теоретическим излучателем черного тела 5800 K (как показано на рис. 3 (а)), в вольфрамово-галогенных лампах всегда преобладают более длинноволновые области.Однако по мере увеличения температуры нити в вольфрамово-галогенной лампе профиль излучения света смещается в сторону более коротких длин волн, так что по мере приближения температуры к предельной точке плавления вольфрама доля видимых длин волн, излучаемых лампой, существенно увеличивается. Этот эффект проиллюстрирован на рисунке 3 (b) путем нормализации выходного распределения излучения лампы при цветовых температурах 2800 K и 3300 K на тот же световой поток. В дополнение к значительно меньшей доле излучения в инфракрасном диапазоне, кривая 3300 K показывает гораздо больший выход в видимом диапазоне длин волн.

Фотометрические характеристики

Фотометрические характеристики для оценки характеристик источников света несколько необычны в том смысле, что две системы единиц существуют параллельно для определения важных переменных, связанных с яркостью и спектральным выходом. Физическая фотометрическая система рассматривает свет исключительно как электромагнитное излучение с точки зрения яркости (яркости), связанной с единицами длины и угла и измеряемой в ваттах. Физиологическая фотометрическая система учитывает способ, которым гипотетический человеческий глаз оценивает источник света.Поскольку каждый человеческий глаз несколько по-разному реагирует на видимый спектр света, стандартный глаз определен международным соглашением. Основной характеристикой этого стандарта является чувствительность к разным цветам света, основанная на максимальном отклике на 550-нанометровый (зелено-желтый) свет, измеряемом в единицах люмен и , а не ваттах. Физиологическая система является адекватной, если датчик света представляет собой человеческий глаз, цифровую камеру, фотопленку или какое-либо другое устройство, которое реагирует аналогичным образом.Однако эта система выйдет из строя, если анализируемый свет попадет в ультрафиолетовую или инфракрасную области, невидимые человеческому глазу. В этом случае для измерений и анализа необходимо использовать физическую фотометрическую систему.

Технические характеристики вольфрамово-галогенной лампы для микроскопии

Номинальная
Мощность
(Вт)
Номинальное
Напряжение
(В)
Световой
Поток
(лм)
Нить накала
Размер
Ш x В (мм)
Среднее значение
Срок службы
(часы)
10 6 150 1.5 х 0,7 300
20 6 480 2,3 х 0,8 100
30 6 765 1,5 х 1,5 100
30 12 750 2.6 х 1,3 50
50 12 1000 3,0 x 3,0 1100
100 12 3600 4,2 х 2,3 2000
Таблица 1

В таблице 1 представлены электрические характеристики, размеры нити накала, типичный срок службы и фотометрическая мощность некоторых из самых популярных вольфрамово-галогенных ламп, используемых в настоящее время в оптической микроскопии.Среди наиболее важных терминов, используемых для сравнения этих ламп, — световой поток , который представляет собой общий излучаемый свет, измеренный в люмен и . Световой поток увеличивается пропорционально его физическому фотометрическому эквиваленту в ваттах. Другая важная величина, известная как сила света , — это та часть светового потока, которая измеряется телесным углом в одном направлении. Сила света в единицах кандел и используется для оценки характеристик лампы в оптической системе.Лампы также оцениваются с точки зрения световой отдачи с использованием люмен на ватт электрической мощности (относящейся к физическим и физиологическим системам) для определения эффективности преобразования электроэнергии в видимое излучение. Теоретический максимум световой отдачи составляет 683 люмен на ватт, но на практике вольфрамово-галогенные лампы обычно достигают предела в 37 люмен на ватт. Чтобы более четко понять электрические характеристики вольфрамово-галогенных ламп, обычно можно применять следующие обобщения: на каждые 5 процентов изменения напряжения, подаваемого на лампу, срок службы либо удваивается, либо сокращается вдвое, в зависимости от того, находится ли напряжение. уменьшилось или увеличилось.Кроме того, каждые 5 процентов изменения напряжения сопровождаются 15-процентным изменением светового потока, 8-процентным изменением мощности, 3-процентным изменением тока и 2-процентным изменением цветовой температуры.

Рефлекторные лампы

Большое разнообразие конструкций вольфрамово-галогенных ламп включает встроенные отражатели, которые служат для эффективного сбора фронтов световых волн, излучаемых лампой, и их упорядоченного направления в систему освещения. Эти предварительно собранные блоки, получившие название , рефлекторные лампы (см. Рисунок 4), нашли широкое применение в качестве внешних осветителей для приложений стереомикроскопии.Свет от осветителя может быть направлен в любую область образца с помощью гибкого оптоволоконного световода. Рефлекторные лампы сильно различаются по конструкции в зависимости от характеристик и геометрии рефлектора, а также от положения лампы внутри рефлектора. Тем не менее, все лампы с отражателем включают в себя однотактные лампы, которые устанавливаются в центре оптической оси отражателя с цоколем, вклеенным в вершину отражателя. Конфигурация нити накала обычно определяется характеристиками луча, необходимыми для конкретной оптической системы, для которой предназначена лампа.В рефлекторных лампах используются все конструкции нити накала, включая поперечную, осевую и плоскую.

Рефлекторные лампы обычно подключаются к патронам с молибденовыми штырями, выступающими наружу из задней части рефлектора и устанавливаемыми с керамическими крышками. В некоторых случаях используются специальные кабельные соединения, чтобы пространственно отделить электрический контакт от источника тепла (лампы). Поскольку рефлекторные лампы обычно встраиваются как часть точно выровненной оптической системы, электрическое соединение только изредка используется как часть крепления.Существует несколько методов установки отражателей, в том числе установка держателя на переднем крае отражателя, использование давления на заднюю часть крышки отражателя, центрирование края отражателя в конусе и регулировку края отражателя на угловом упоре. В большинстве случаев конструкция основания рефлектора и механизм крепления используются для обозначения конкретного класса рефлекторной лампы. Внешний диаметр переднего отверстия рефлектора является определяющим критерием для рефлекторных ламп, и производители установили два основных размера.Они обозначены как MR 11 и MR 16 , причем буквы представляют собой аббревиатуру для металлического отражателя , а цифры относятся к диаметру отражателя в восьмых долях дюйма. Таким образом, рефлекторная лампа MR 16 имеет диаметр приблизительно 50 миллиметров, тогда как лампы MR 11 имеют диаметр почти 35 миллиметров.

Вольфрамово-галогенные отражатели предназначены для фокусировки или коллимирования света, излучаемого лампой, как показано на рисунке 4.Фокусирующие отражатели концентрируют свет в небольшом пятне (фокусной точке) в центральной оптической оси на определенном расстоянии от отражателя (см. Рисунок 4 (b)). Этот тип отражателя имеет эллиптическую геометрию, что требует, чтобы нить накала лампы располагалась в первой фокусной точке эллипсоида так, чтобы проецируемое световое пятно концентрировалось во второй фокусной точке. При проектировании светильников для фокусирующих отражателей важнейшим критерием является установка лампы на надлежащем расстоянии от входной апертуры оптической системы.Коллимирующие отражатели имеют параболическую геометрию, чтобы генерировать параллельный луч света, характеристики луча которого определяются параметрами лампы и размером отражателя (см. Рисунок 4 (c)). Угол выхода луча в первую очередь определяется размером нити накала лампы и свободным отверстием отражателя. В большинстве случаев осевая нить накала с круглым сердечником обеспечивает осесимметричный луч.

Отражатели обычно изготавливаются из стекла, но некоторые из них также изготавливаются из алюминия.Их внутренние стенки могут быть гладкими или иметь фасетки для контроля распределения света. Внутренняя структура варьируется от мелких, едва заметных зерен до крупных, выложенных плиткой граней (см. Рис. 4 (а)). В стеклянных отражателях внутренняя поверхность куполообразного отражателя покрывается (обычно осаждением из паровой фазы) для получения требуемых отражающих свойств. Стабильность размеров стеклянных отражателей превосходит стабильность металлических отражателей, а возможность выбора конкретных материалов покрытия, в том числе тех, которые могут изменять спектральный характер отраженного света, делает эти отражатели гораздо более универсальными.Металлические отражатели намного проще и дешевле изготавливать, но они ограничены в управлении спектральным выходом и более подвержены колебаниям геометрических допусков во время работы.

Если требуется полный спектр излучения, излучаемого лампой, или в случаях, когда полезен инфракрасный свет, оптимальным выбором будут металлические или стеклянные отражатели с тонким золотым покрытием. Однако там, где необходимо использовать определенные отражательные свойства для выбора длин волн посредством интерференции, оптимальными являются дихроичные тонкопленочные покрытия на стеклянных отражателях.Эти покрытия состоят примерно из 40-60 очень тонких слоев, каждый из которых составляет всего четверть длины волны света, и состоят из чередующихся материалов, имеющих высокий и низкий показатель преломления. Точная настройка толщины и количества слоев позволяет разработчикам генерировать широкий спектр выходных спектральных характеристик. Среди ламп с дихроичным отражателем наиболее полезным для микроскопии является отражатель холодного света , потому что только видимый свет в диапазоне длин волн от 400 до 700 нанометров направляется в оптическую систему (рис. 4 (d)).Инфракрасные волны излучаются через заднюю часть отражателя и отводятся от фонаря с помощью электрического вентилятора. Применение подходящих отражателей холодного света снижает общую тепловую нагрузку на систему освещения и дает свет, который можно записывать с помощью пленочных и цифровых фотоаппаратов.

Конструкция вольфрамово-галогенной лампы

Базовая анатомия одноцокольной вольфрамово-галогенной лампы, обычно используемой для освещения в оптической микроскопии, показана на рисунке 5.Общая длина измеряется от конца штифта основания до точки герметичной выхлопной трубы. Важным критерием для размещения лампы по отношению к системе коллекторных линз является длина светового центра (рис. 5 (а)), при которой центр нити накала соответствует определенной плоскости отсчета в цоколе лампы. Другими важными параметрами являются диаметр колбы (самая толстая часть оболочки), ширина основания (обычно немного больше диаметра колбы) и размеры поля накала (высота и ширина).Эффективный размер источника освещения, используемого при проектировании выходной оптической системы, определяется высотой и шириной нити накала (поле нити накала). Допуски и положение поля накала имеют решающее значение и не должны отклоняться более чем на 1 миллиметр от оси симметрии лампы (определяемой плоскостью штырей основания и центральной линией лампы). Допуски поля накала разработаны для конкретной архитектуры волокна и должны измеряться, когда нить накала горячая.

Чрезмерно высокие рабочие температуры вольфрамово-галогенных ламп требуют существенно более прочных и толстых прозрачных колб по сравнению с обычными вольфрамовыми и угольными лампами.Стекло из кварцевого стекла из плавленого кварца является стандартным материалом, используемым при производстве вольфрамово-галогенных ламп, поскольку этот материал может выдерживать температуру оболочки до 900 C и рабочее давление до 50 атмосфер. В целом оптическое качество кожухов кварцевых ламп значительно ниже, чем у ламп из дутого стекла, используемых для производства обычных ламп накаливания. Этот артефакт связан с тем, что кварц труднее обрабатывать (в первую очередь из-за более высокой температуры плавления).Кварц, предназначенный для огибающих ламп, начинается с цилиндрической трубки, которую сначала обрезают до нужной длины, прежде чем присоединить меньшую выхлопную трубу. Позже в процессе производства, после того, как нить накала и выводные штифты вставлены и зажаты, оболочка заполняется соответствующим газом и галогеновым соединением, прежде чем выхлопная труба будет удалена и запломбирована в процессе, называемом наконечник , который оставляет видимый дефект на конверте. Вольфрамово-галогенные лампы, используемые в микроскопии, обычно имеют выступающее пятно, расположенное в верхней части оболочки в области, которая не влияет на оптическое качество света, излучаемого лампой (рис. 5 (а)).Предварительно изготовленные внутренние конструктивные элементы лампы (нить накала, соединитель из фольги и штыри) вставляются в трубчатый кварц до того, как свинцовые штыри герметично запечатываются в оболочке путем защемления. Форма внешней поверхности зажима обеспечивает максимальную механическую прочность.

После защемления выводов штифта (этот процесс проводится, когда оболочка промывается инертным газом, чтобы избежать окисления), колба заполняется через выхлопную трубу соответствующим газом, содержащим 0.От 1 до 1,0 процента галогенового соединения. Инертный наполняющий газ может быть ксеноном, криптоном, аргоном или азотом, а также смесью этих газов, имеющей наивысший средний атомный вес, совместимый с желаемым сопротивлением дуге. Галоген, используемый для вольфрамово-галогенных ламп, используемых в микроскопии, обычно представляет собой HBr, CH 3 Br или CH 2 Br 2 . Высокое внутреннее давление в лампе достигается за счет заполнения оболочки до желаемого давления и погружения лампы в жидкий азот для конденсации заполняющего газа.После герметизации выхлопной трубы на выходе наполняющий газ расширяется по мере того, как он нагревается до температуры окружающей среды. В высокоэффективных вольфрамово-галогенных лампах, производимых Osram (Сильвания, США), используется технология Xenophot , в которой газовый криптон заменен на ксенон, который имеет более высокую атомную массу, чем криптон и другие газы-наполнители. Ксенон обеспечивает лучшее подавление испарения вольфрама, обеспечивает более высокую температуру нити накала и увеличивает световую отдачу примерно на 10 процентов (что соответствует увеличению цветовой температуры примерно на 100 K).Лампы Xenophot продаются с использованием аббревиатуры HLX , которая образована от терминов H алоген, L напряжение тока и X enon. Большинство вольфрамово-галогенных ламп, используемых в исследовательских микроскопах, оснащены лампами Osram / Sylvania HLX или их эквивалентами.

Вольфрам всегда используется для изготовления проволочной нити в современных лампах накаливания. Чтобы быть пригодной для вольфрамово-галогенных ламп, необработанная вольфрамовая проволока должна пройти сложный процесс легирования и термообработки, чтобы придать пластичность, необходимую для обработки, и гарантировать, что нить накала не деформируется в течение длительных периодов высокой температуры во время работы лампы.Провод также необходимо тщательно очистить, чтобы предотвратить выброс вредных газов после герметизации лампы. Длина нити накала определяется рабочим напряжением, при более высоком напряжении требуется большая длина. Диаметр определяется уровнями мощности лампы и желаемым сроком службы. Для высоких уровней мощности требуются более толстые волокна, которые к тому же механически прочнее. Геометрия нити в значительной степени определяет фотометрические свойства вольфрамово-галогенных ламп. Лампы, используемые в микроскопии, обычно имеют геометрию нити с плоским сердечником, при которой проволока сначала наматывается в форме прямоугольного стержня, а затем зажимается поперек длинной оси.Вместо диаметра и длины нити с плоским сердечником измеряются по длине и ширине плоской стороны нити и по толщине прямоугольной формы. Характеристики светового излучения ламп накаливания с плоским сердечником значительно отличаются от характеристик излучения других геометрических форм. Наиболее значительная часть излучаемого света излучается перпендикулярно плоской поверхности нити накала, которая совмещена с собирающей оптикой для максимальной пропускной способности. В некоторых конструкциях ламп используется специальная нить накала с плоским сердечником, у которой светоизлучающая поверхность имеет квадратную форму.Эти лампы являются предпочтительными источниками освещения в микроскопии проходящего света.

Одним из критических факторов при производстве вольфрамово-галогенных ламп является герметизация внутренних элементов, чтобы изолировать их от внешней атмосферы. Подводящие провода (молибденовые штыри; рис. 5 (b)) выходят из цоколя лампы через уплотнение, чтобы установить и закрепить лампу в гнезде, подключенном к источнику питания. Наиболее важным аспектом создания уплотнения является разница в коэффициентах теплового расширения кварцевых и вольфрамовых нитей накала.Кварц имеет очень низкий коэффициент расширения, тогда как у вольфрама намного выше. Без надлежащего уплотнения подводящие провода быстро расширились бы, когда лампа стала горячей, и разбили бы окружающее стекло. В современных вольфрамово-галогенных лампах очень тонкая молибденовая фольга (шириной от 2 до 4 миллиметров и толщиной от 10 до 20 микрометров; рис. 5 (b)) заделана в кварц, и каждый конец фольги приварен к коротким соединительным проводам из молибдена, которые в свою очередь приварены к нити накала и подводящему штифту.Молибден используется в уплотнении, потому что острые кромки позволяют безопасно врезать его в кварц во время операции зажима. Лампы, используемые для микроскопии, имеют односторонние основания, имеющие либо молибденовые штыри, выступающие из зажима, либо вольфрамовые штыри, которые изнутри связаны с молибденовой фольгой, как описано выше. Расстояние между штифтами стандартизовано и составляет от 4 до 6,35 миллиметра (обозначено как G4 и G6.35; G для стекла). Диаметр штифта колеблется от 0.От 7 до 1 миллиметра.

Поскольку на данный момент технология производства вольфрамово-галогенных ламп настолько развита, срок службы обычной лампы внезапно заканчивается, обычно при включении холодной лампы накаливания. В течение среднего срока службы современные вольфрамово-галогенные лампы не чернеют и претерпевают лишь незначительные изменения в фотометрических выходных характеристиках. Как и в случае с другими лампами накаливания, срок службы вольфрамово-галогенных ламп определяется скоростью испарения вольфрама из нити накала.Если нить накала не имеет постоянной температуры по всей длине проволоки, а вместо этого имеет области с гораздо более высокой температурой, возникающие из-за неравномерной толщины или внутренних структурных изменений, то нить обычно выходит из строя из-за преждевременного обрыва в этих областях. Несмотря на то, что испаренный вольфрам возвращается в нить за счет цикла регенерации галогена (обсужденного выше), материал, к сожалению, откладывается на более холодных участках нити, а не в тех критических горячих точках, где обычно происходит утонение.В результате практически невозможно предсказать, когда какая-либо конкретная нить накала выйдет из строя в лампах, которые работают непрерывно. В тех лампах, которые часто включаются и выключаются, можно с уверенностью предположить, что они выйдут из строя в какой-то момент при включении.

Вольфрамово-галогенные лампы и блоки питания

Вольфрамово-галогенные лампы

могут работать от источников питания постоянного или переменного тока, но в большинстве исследовательских приложений микроскопии используются источники питания постоянного тока ( DC, ).Самые современные источники питания для вольфрамово-галогенных ламп имеют специализированную схему, обеспечивающую стабилизацию тока и подавление пульсаций. Критическая фаза для вольфрамово-галогенной лампы — это когда напряжение впервые подается на холодную нить накала, период, когда сопротивление нити примерно в 20 раз ниже, чем при полной рабочей температуре. Таким образом, когда напряжение питания мгновенно подается на лампу при ее включении, течет очень высокий начальный ток (до 10 раз выше, чем в установившемся режиме; называемый броском тока ), который медленно падает по мере того, как температура нити накала и электрическое сопротивление увеличивать.Пиковый уровень тока достигается в течение нескольких миллисекунд после запуска, но обычно заканчивается примерно за полсекунды. К сожалению, высокий пусковой ток, возникающий при холодном запуске, отрицательно сказывается на ожидаемом сроке службы лампы. Специализированная схема источника питания (часто называемая схемой плавного пуска ) используется для компенсации высоких пусковых токов в самых передовых приложениях (включая микроскопию), в которых вольфрамово-галогенные лампы используются для проведения логометрических измерений.

На рисунке 6 показана типичная вольфрамово-галогенная лампа мощностью 100 Вт, используемая в микроскопии проходящего света. Лампа оснащена охлаждающими отверстиями, которые позволяют конвекционным потокам омывать лампу более прохладным воздухом во время работы. Металлический отражатель, покрывающий внутреннюю часть светильника, помогает сферическому отражателю направлять максимально возможный уровень светового потока в систему коллекторных линз для подачи на оптическую цепь микроскопа. Этот усовершенствованный фонарик содержит запасной патрон и пластмассовый сменный инструмент, который оператор может использовать для захвата корпуса лампы во время переключения лампы.Регулировка положения лампы по отношению к оптической оси сферического отражателя и коллектора может быть выполнена с помощью винтов с внутренним шестигранником, которые перемещают основание. Лампа прикрепляется к осветителю микроскопа с помощью запатентованного монтажного фланца, который соединяет лампу с вертикальным или инвертированным микроскопом (хотя большинство ламп не могут быть заменены с одной марки микроскопа на другую). Инфракрасный (тепловой) фильтр перед системой коллекторных линз поглощает значительное количество нежелательного излучения, и дополнительные фильтры обычно могут быть вставлены в световой тракт (используя прорези держателя фильтра в осветителе микроскопа) для поглощения выбранных диапазонов видимых длин волн, регулировки цветовой температуры или добавить нейтральную плотность (уменьшение амплитуды света).Большинство ламп для микроскопии не оборудованы диффузионными фильтрами, но они часто требуются для достижения равномерного освещения по всему полю обзора и обычно помещаются производителем в осветительный прибор микроскопа.

Лампа накаливания — История ламп накаливания, конструкция, применение — Нить накаливания, лампа накаливания, температура и вольфрам

Лампа накаливания излучается, когда объект нагревается до тех пор, пока он не начнет светиться. Чтобы излучать белый свет , объект должен быть нагрет как минимум до 1341 ° F (727 ° C).Раскаленное добела железо в кузнице раскалено, как и красная лава, стекающая с вулкана , как и красные горелки на электрической плите. Самый распространенный пример накаливания — раскаленная добела нить в лампочке накаливания.


Базовая конструкция

Сегодня нити изготавливаются из спирального вольфрама, материала с высоким сопротивлением, который можно втягивать в проволоку и который имеет как высокую температуру плавления, составляющую 6,120 ° F (3382 ° C), так и низкое давление паров , что не позволяет тает или испаряется слишком быстро.У него также есть полезная характеристика, заключающаяся в более высоком сопротивлении в горячем состоянии, чем в холодном состоянии. Если вольфрам нагреть до плавления, он излучает 53 люмена на ватт. (Нити накаливания не нагреваются до такой степени, чтобы сохранить разумный срок службы лампы, но это дает верхний предел света, доступного от такой нити.) Форма и длина нити также важны для эффективности лампы. Большинство нитей свернуто в бухту, а некоторые — в двойную или тройную намотку. Это позволяет нити терять меньше тепла в окружающий газ, а также косвенно нагревать другие части нити.

Большинство ламп имеют одно основание винтового типа, через которое оба провода проходят к нити накала. Основание может быть уплотнено фланцевым уплотнением (для ламп 0,8 дюйма [20 мм] или больше) или недорогим стыковым уплотнением для ламп диаметром менее 0,8 (20 мм) с меньшими проводами, рассчитанными на ток 1 А или меньше. Основания приклеиваются к луковицам. В приложениях, где требуется точное позиционирование нити накала, предпочтительны двухпозиционные или байонетные основания.

Колба может быть изготовлена ​​либо из обычного свинца , либо из известкового стекла, либо из боросиликатного стекла, выдерживающего более высокие температуры.Даже более высокие температуры требуют использования кварцевых, высококремнеземных или алюмосиликатных стекол. Большинство ламп внутри имеют химическое травление для рассеивания света от нити накала. Другой метод рассеивания света использует внутреннее покрытие из белого кремнезема.

Из ламп меньшей мощности откачивается вся атмосфера, образуя вакуум. В лампах мощностью 40 Вт или более используется инертный наполняющий газ, который уменьшает испарение вольфрамовой нити. В большинстве из них используется аргон с небольшим процентным содержанием азота для предотвращения дуги между подводящими проводами.Криптон также иногда используется, потому что он увеличивает эффективность лампы, но он также более дорогой. Водород используется для ламп, в которых необходимо быстрое мигание.

По мере старения лампы вольфрам испаряется, в результате чего нить накаливания становится тоньше и увеличивается ее сопротивление. Это снижает мощность, ток, люмен и световую отдачу лампы. Часть испаренного вольфрама также конденсируется на колбе, делая ее темнее и приводя к большему поглощению на колбе.(Вы можете определить, есть ли в колбе наполняющий газ или вакуумная колба, наблюдая за темнением старой колбы: вакуумные лампы имеют равномерное покрытие, тогда как газонаполненные лампы показывают почернение, сконцентрированное в самой верхней части колбы.) Вольфрам- галогенные лампы наполнены галогеном (бром, , хлор, , фтор или йод) и разлагаются гораздо меньше в течение срока их службы. Когда вольфрам испаряется с нити накала, вместо того, чтобы осаждаться на стенках колбы, он образует газообразное соединение с газообразным галогеном.Когда это соединение нагревается (рядом с нитью), оно разрушается, повторно осаждая вольфрам на нити. Такие лампы по компактности и долговечности лучше обычных. Температура выше (выше 5121 ° F [2827 ° C]) в этих лампах, чем в обычных лампах, что обеспечивает более высокий процент видимого и ультрафиолетового излучения. Линейные вольфрамово-галогенные лампы могут быть покрыты фильтрами, которые отражают инфракрасную энергию обратно на нить накала, тем самым резко повышая эффективность без сокращения срока службы.


Цветовая температура

Эффективность света определяется количеством видимого света, который он излучает при заданном количестве потребляемой энергии. Engineering Нитевой материал увеличивает эффективность. Потери возникают из-за потери тепла нитью накала на газ вокруг нее, потерь от нити на подводящие провода и опоры, а также потерь на цоколе и колбе.

Большая часть выходной мощности лампы находится в инфракрасной области спектра , что хорошо, если вам нужна тепловая лампа, но не идеально для источника видимого света.Видно только около 10% мощности типичной лампы накаливания, большая часть которой находится в красной и желтой частях спектра (которые ближе к инфракрасной области, чем зеленая, синяя или фиолетовая). Один из способов обеспечения цветового баланса, больше похожего на дневной свет, — это использовать стеклянную колбу с синим оттенком, которая поглощает часть красного и желтого. Это увеличивает цветовую температуру, но снижает общий световой поток.


Компромиссы в дизайне

Температура — это один из нескольких компромиссов в конструкции каждой лампы.Необходима высокая температура нити накала, но если она будет слишком высокой, нить быстро испарится, что приведет к короткому сроку службы. Слишком низкая температура и излучение будет мало видно. Для вольфрамово-галогенных ламп температура должна быть не менее 500 ° F (260 ° C) для обеспечения работы регенеративного цикла. Кроме того, хотя нить накала должна быть горячей, колба и основание имеют ограничения по температуре, как и цемент, который их связывает. У многих лампочек есть кнопка нагрева, которая действует как тепловой экран между нитью накала и основанием.Положение лампы (нижнее основание для настольной лампы и верхнее основание для подвесной потолочной лампы) также изменяет количество тепла, которому подвергается цоколь, что изменяет срок службы лампы.

Если напряжение, при котором работает лампа, изменяется, это изменяет сопротивление нити накала, температуру, ток, потребляемую мощность, светоотдачу, эффективность (и, следовательно, цветовую температуру) и срок службы лампы. В общем, если напряжение увеличивается, все остальные характеристики увеличиваются, за исключением срока службы, который уменьшается.(Ни одно из этих соотношений не является линейным.)


Великая книга лампочек Интернета, часть I

Большая книга лампочек Интернета, часть I

Великая Интернет-книга о лампочках, часть I

Лампы накаливания, включая галогенные лампы

Авторские права (C) 1996, 2000, 2005, 2006 Дональд Л. Клипштейн (младший) ([email protected])
Бесплатное распространение копий всего документа или текста без HTML их версии разрешены и приветствуются.

История ламп накаливания

Считается, что Томас Альва Эдисон изобрел первый разумно практичная лампа накаливания, использующая углеродную нить в колба, содержащая вакуум.Первое успешное испытание Эдисона произошло в 1879 году.

Были и более ранние лампы накаливания, такие как одна из произведений Генриха Гебеля. с углеродной нитью в 1854 году. Эта лампа накаливания имела карбонизованный бамбуковая нить и была упомянута как срок службы до 400 часов. По меньшей мере некоторые источники считают Гебеля изобретателем лампы накаливания.

Джозеф Уилсон Свон начал делать лампы накаливания на углеродной основе в 1850 году и сделал один в 1860 году, который был работоспособен, за исключением чрезмерно короткая жизнь из-за плохого вакуума.Он сделал более удачные лампы накаливания. после того, как в середине 1870-х годов стали доступны более совершенные вакуумные насосы.

С тех пор лампа накаливания была усовершенствована за счет использования тантала. а позже — вольфрамовые нити, которые испаряются медленнее, чем углерод.
В наши дни лампы накаливания по-прежнему производятся с вольфрамовой нитью.

Основные принципы

Нить лампы накаливания — это просто резистор. Если При подаче электроэнергии она преобразуется в нити накала в тепло.В температура нити накаливания повышается до тех пор, пока она не избавится от тепла с той же скоростью это тепло генерируется в нити накала. В идеале нить накаливания получает избавиться от тепла, только излучая его, хотя небольшое количество тепла энергия также удаляется из нити за счет теплопроводности.

Температура нити очень высокая, обычно более 2000 градусов. Цельсия, или, как правило, более 3600 градусов по Фаренгейту. В «стандарте» Лампа на 75 или 100 ватт, 120 вольт, температура нити примерно 2550 градусов Цельсия, или примерно 4600 градусов по Фаренгейту.При высоких температурах таким образом, тепловое излучение нити накала включает значительную количество видимого света.

Для получения дополнительной информации о лампах накаливания посетите эти страницы на Bulbs.com:

Лампа накаливания Работа лампы

В верхняя страница лампы накаливания в «Lightbulb University» на Bulbs.com.

Световая отдача

В «стандартной» лампе 120 В, 100 Вт с номинальной светоотдачей 1750 люмен, эффективность — 17,5 люмен на ватт. Это сравнивает плохо до «идеала» 242.5 люмен на ватт для одного идеализированного типа белого света, или 683 люмен на ватт в идеале для желтовато-зеленого длина волны света, к которой человеческий глаз наиболее чувствителен.
Другие типы ламп накаливания имеют разную эффективность, но все они обычно имеют эффективность около 35 люмен на ватт или ниже. Большинство бытовых ламп накаливания имеют эффективность от 8 до 21 люмен на каждый. ватт. Более высокая эффективность около 35 люмен на ватт достигается только с фотографические и проекционные лампы с очень высокой температурой нити накала и короткий срок службы от нескольких часов до примерно 40 часов.
Причина такой низкой эффективности заключается в том, что вольфрамовые нити излучать в основном инфракрасное излучение при любой температуре, которую они могут выдержать. Идеальный тепловой радиатор излучает больше всего видимого света. эффективно при температурах около 6300 по Цельсию (6600 кельвинов или 11500 градусов по Цельсию). градусов по Фаренгейту). Даже при такой высокой температуре многие излучение либо инфракрасное, либо ультрафиолетовое, и теоретическое светоотдача 95 люмен на ватт.
Конечно, ничто, известное людям, не является прочным и пригодным для использования в качестве лампочки. нить накала при температурах, близких к этой.Поверхность солнца не совсем так жарко.
Существуют и другие способы эффективного излучения теплового излучения с использованием более высокие температуры и / или вещества, которые лучше излучают в видимой области длин волн, чем невидимые. Это описано в Части II Великого Интернет-магазин лампочек, газоразрядные лампы. Эффективность лампы накаливания можно повысить, увеличив температура нити, из-за чего она быстрее выгорает.

Вакуумные и газовые лампы

Сначала делали лампы накаливания с вакуумом внутри.Воздуха окисляет нить при высоких температурах. Позже было обнаружено, что заполнение колбы инертным газом, например аргон или смесь аргона с азотом замедляют испарение нити. Атомы вольфрама, испаряющиеся из нити, могут возвращаться обратно в филамент атомами газа. Нить может работать при более высоких температурах. с наполняющим газом, чем с вакуумом. Это приводит к более эффективному излучению видимого света. Так почему же некоторые лампы все еще производятся с использованием вакуума? Причина заключается в том, что наполняющий газ отводит тепло от нити накала.Это проводимое тепло это энергия, которая не может излучаться нитью накала и теряется или тратится впустую. Этот механизм снижает эффективность лампы накаливания по выработке излучения. Если это не компенсируется преимуществом эксплуатации нити накала с более высокой температура, то колба более эффективна с вакуумом.

Одним из свойств теплопроводности нити накала в газ является странный факт, что количество проводимого тепла примерно пропорционально длина нити, но не сильно зависит от диаметра нити.В причина, по которой это происходит, выходит за рамки этого документа.
Однако это означает, что лампы с тонкими нитями и меньшими токами более эффективен с вакуумом и более мощными лампами с более толстыми нитями более эффективны с наполняющим газом. Точка безубыточности кажется очень примерно 6-10 Вт на сантиметр нити накала. (Это может варьироваться в зависимости от температура нити и другие факторы. Точка безубыточности может быть выше в лампах большего размера, где конвекция может увеличить отвод тепла от нити по газу.)
Иногда используются заправочные газы премиум-класса, такие как криптон или ксенон. Эти у газов есть более крупные атомы, которые лучше отскакивают от испаренных атомов вольфрама обратно к нити. Эти газы также проводят меньше тепла, чем аргон. Из этих два газа, лучше ксенон, но дороже. Любой из этих газов будет значительно продлить срок службы лампы или привести к некоторым улучшениям по эффективности, или и то, и другое. Часто стоимость этих газов делает его неэкономичным. использовать их.

Как перегорают лампочки

Из-за высокой температуры, при которой эксплуатируется вольфрамовая нить, часть вольфрама испаряется во время использования.Кроме того, поскольку нет света колба идеальна, нить не испаряется равномерно. Некоторые пятна будут испаряются сильнее и становятся тоньше, чем остальная нить.
Эти тонкие пятна вызывают проблемы. Их электрическое сопротивление больше чем у средних частей нити. Поскольку ток равен во всех частях нити накала выделяется больше тепла там, где нить тоньше. Тонкие детали также имеют меньшую площадь поверхности для излучения тепла. прочь с. Этот «двойной удар» заставляет тонкие пятна иметь более высокий температура.Теперь, когда тонкие пятна стали горячее, они испаряются сильнее. быстро.
Становится очевидным, что как только часть нити становится значительно тоньше, чем остальная часть, эта ситуация усугубляется на увеличивающейся скорости, пока тонкая часть нити либо не расплавится, либо становится слабым и ломается.

Почему часто перегорают лампочки при включении

Многие люди задаются вопросом, что происходит, когда вы включаете свет. Это часто обидно, что слабая стареющая лампочка не перегорит до следующего раз ты его включишь.
Ответ здесь с этими тонкими пятнами на нити накала. Поскольку у них есть меньше массы, чем у менее испаренных частей нити, они нагреваются еще быстрее. Частично проблема заключается в том, что вольфрам, как и большинство металлов, имеет меньшее сопротивление в холодном состоянии и большее сопротивление в холодном состоянии. горячий. Это объясняет скачок тока, который тянут лампочки, когда они впервые включил.
Когда тонкие пятна достигнут температуры, пробегая, более толстые и тяжелые части нити еще не достигли их конечная температура.Это означает, что сопротивление нити по-прежнему немного слабый и чрезмерный ток все еще течет. Это вызывает более тонкий части нити накаливания, чтобы она стала еще горячее, в то время как остальная часть нити накала все еще разогревается.
Это означает, что тонкие точки, которые в любом случае становятся слишком горячими, становятся еще горячее. когда более толстые части нити еще не полностью прогрелись. Вот почему слабые стареющие лампочки не выдерживают включения.

Почему выгорание иногда бывает таким впечатляющим

При обрыве нити иногда образуется дуга.Поскольку нынешний протекающий через дугу также протекает через нить накала в это время, на двух частях нити накала есть градиент напряжения. Этот градиент напряжения часто заставляет эту дугу расширяться, пока она не пройдет через целая нить.
Теперь рассмотрим немного неприятную характеристику большинства электрических дуг. Если вы увеличиваете ток, проходящий через дугу, она нагревается, что делает он более проводящий. Очевидно, это может сделать ситуацию немного нестабильной, поскольку более проводящая дуга потребляет еще больший ток.Дуга легко становится достаточно проводящим, чтобы потреблять несколько сотен ампер тока. В этот момент дуга часто плавит те части нити, которые заканчиваются. дуги горят, и дуга светится очень яркой голубой вспышкой. Большинство бытовых лампочек имеют встроенный предохранитель, состоящий из тонкой область в одном из внутренних проводов. Чрезвычайный ток, потребляемый перегорающая дуга часто перегорает этот встроенный предохранитель. Если бы не этот предохранитель, люди часто перегорают предохранители или срабатывают автоматические выключатели из-за света лампочки перегорают.
Хотя внутренний предохранитель лампочки обычно защищает дом предохранители и автоматические выключатели, он может не защитить более деликатные электроника, часто встречающаяся в диммерах и электронных переключающих устройствах от скачков тока, вызванных «дугами перегорания».

Насколько сильно тянутся импульсные лампы при включении

Хорошо известно, что нить накаливания холодной лампочки меньше сопротивление, чем горячее. Следовательно, лампочка потребляет чрезмерный ток. пока нить не нагреется.
Так как нить накала может потреблять в десять раз больше тока, чем обычно когда холодно, некоторых людей беспокоит излишняя энергия расход от включения лампочек.
Степень этого явления стала предметом городского фольклора. Тем не менее нить очень быстро нагревается. Количество энергии, затрачиваемой на разогревание простуды. нити накала меньше, чем она потребляла бы за одну секунду нормальной работы.

Увеличение срока службы ламп

Долговечные лампы

Многие лампочки предназначены для работы с немного более низкой нитью накала. температура, чем обычно.Это продлевает срок службы ламп с небольшим снижение КПД.

Пониженная мощность

Уменьшение напряжения, подаваемого на лампочку, приведет к уменьшению нити накала. температура, что приводит к резкому увеличению продолжительности жизни.
Для этого было продано одно устройство — обычный кремниевый диод, встроенный в колпачок. это сделано, чтобы приклеиться к основанию лампочки. Диод пропускает ток только в одном направлении, в результате чего лампа получает мощность только 50 процентов времени, если он работает от переменного тока.Это эффективно снижает приложенное напряжение примерно на 30 процентов. (Уменьшение напряжения до исходного значение, умноженное на квадратный корень из 0,5, дает такое же энергопотребление при подаче полного напряжения половину времени.) Ожидаемый срок службы увеличивается очень драматично. Однако потребление энергии снижается примерно на 40 процентов (не 50, так как более холодная нить имеет меньшее сопротивление) и свет производительность снижается примерно на 70 процентов (более холодные волокна меньше эффективен при излучении видимого света).

Устройства плавного пуска

Поскольку лампочки обычно перегорают во время скачка тока, который возникает, когда они включены, можно было бы ожидать, что устранение всплеска спасет лампочки.
На самом деле такие устройства есть. Как и диодные, они доступны в форме, которая встроена в колпачки, которые можно наклеить на кончик цоколя лампочки. Эти устройства имеют «отрицательную температуру». «термисторы с коэффициентом» «, которые представляют собой резисторы с сопротивлением, равным уменьшаются при нагревании.
При первом запуске лампы термистор холодный и имеет умеренное высокое сопротивление, ограничивающее ток, протекающий через лампочку. Электрический ток протекая через сопротивление термистора, вырабатывается тепло, и сопротивление термистора уменьшается. Это позволяет току увеличиваться до довольно постепенно, и нить нагревается равномерно.
Однако это продлевает срок службы ламп меньше, чем можно было бы подумать. Если на нити есть тонкие пятна, которые не выдерживают скачка тока, возникает при включении лампочки, значит, нить накала уже очень плохая форма.В это время тонкие пятна значительно горячее, чем более толстые части нити и довольно быстро испаряются. В виде описанный ранее, этот процесс ускоряется. Если тонкие пятна защищенная от скачков напряжения, срок службы лампы будет увеличен только на несколько процентов.
Дополнительное продление срока службы происходит только потому, что термистор сохраняет достаточно сопротивление, чтобы привести к достаточному количеству тепла, чтобы поддерживать его в достаточной степени проводящим. Этот сопротивление немного снижает мощность лампы, несколько продлевая срок ее службы и сделав его немного тусклее.

Работа постоянного и переменного тока

Поскольку атомы вольфрама испаряются из нити, очень небольшой процент из них ионизируются небольшим количеством коротковолнового ультрафиолетового света. излучение нитью накала, электрическое поле вокруг нити или свободными электронами, которые покидают нить за счет термоэлектронной эмиссии. Эти ионы вольфрама заряжены положительно и, как правило, оставляют положительный конец нити накала и притягиваются к отрицательному концу нити. В результате лампочки, работающие на постоянном токе, имеют этот специфический механизм. это может вызвать неравномерное испарение нити.
Этот механизм обычно не имеет значения, хотя о нем сообщалось что у лампочек иногда есть небольшое измеримое сокращение срока службы от режима постоянного тока в противоположность работе переменного тока.
В некоторых случаях работа от сети переменного тока может сократить срок службы лампы, но это редко. В редких случаях переменный ток может вызвать достаточно сильную вибрацию нити, чтобы значительно сократить срок его службы. В некоторых других редких случаях, связанных с очень тонкие нити, температура нити значительно варьируется на всем протяжении каждый цикл переменного тока, а пиковая температура нити значительно выше чем средняя температура нити накала.
Обычно ожидаемый срок службы лампочки составляет примерно одинаковы для постоянного и переменного тока.

Почему за увеличение срока службы лампочек часто не окупается

Возможно, вы слышали, что срок службы лампочки составляет примерно обратно пропорционально 12-й или 13-й степени приложенного напряжения. И эта потребляемая мощность примерно пропорциональна напряжению на От 1,4 до 1,55 мощности, и этот световой поток примерно пропорционален мощности От 3,1 до 3,4 мощности подаваемого напряжения. Это сделало бы светящийся КПД примерно пропорционален приложенному напряжению до 1.55 в 2-й степени приложенного напряжения.
Теперь, если небольшое снижение приложенного напряжения приводит к небольшому умеренная потеря эффективности и значительное увеличение срока службы, как это могло стоить вам дороже?
Ответ в том, что электричество, потребляемое обычным бытовая лампочка за время эксплуатации обычно стоит во много раз дороже, чем лампочка делает. Лампочки настолько дешевы по сравнению с потребляемой ими электроэнергией в течение их жизни, чтобы сделать их более эффективными, нити становятся достаточно горячими, чтобы сгореть всего за несколько сотен до около тысячи часов или около того.

Вот пример с реальными цифрами (в долларах США в 1996 году):
Предположим, у вас есть 10 «стандартных» лампочек на 100 ватт и 120 вольт с расчетным сроком службы. 750 часов. Такие лампы обычно стоят около 75 центов в США. электричество, используемое всеми десятью лампочками, составляет 1 киловатт, что обычно стоит около 9 центов в час (примерно в среднем по США).
За 750 часов это будет стоить (в среднем) 67,50 долларов за электричество. плюс 7,50 долларов за 10 лампочек или 75 долларов.

Теперь предположим, что вы используете эти лампочки с напряжением 110 вольт вместо 120.
Эти лампы потребляют около 87,8 Вт вместо 100. Однако они будет производить только 76 процентов своей нормальной светоотдачи (и это слегка оптимистичная цифра). Чтобы восстановить исходную светоотдачу, вам потребуется 13 таких лампочек. (И это будет немного короче.) Использование 13 лампочек которые потребляют 87,8 Вт каждая, потребляемая мощность составляет 1141 Вт. Более 750 часов по цене 9 центов за кВтч, это будет стоить 77 долларов. Это больше чем стоимость работы 10 лампочек на полном напряжении в 75 долларов, даже если лампочки никогда не перегорят при 110 вольт.
При 110 В вместо 120 ожидаемый срок службы лампочек может быть меньше. утроился. Одна треть от 13 умноженных на 75 центов составляет около 3,25 доллара, что добавляет к 77 долларам. затраты на электроэнергию, в результате чего средняя общая стоимость составит 80,25 долларов за 750 часы.
Этот пример должен объяснить, почему вы часто получаете больше света с наименьшими затратами. деньги, используя стандартные лампочки, а не более долговечные.

Как минимизировать затраты на освещение

Лампы с более высокой мощностью обычно более эффективны, чем лампы с меньшей мощностью.Одна из причин этого заключается в том, что более толстые нити могут работать при более высокая температура, которая лучше для излучения видимого света.
Другая причина заключается в том, что, поскольку лампы с более высокой мощностью заставят вас использовать меньше лампочек, вы покупаете меньше лампочек, и стоимость ламп становится меньше важный. Для оптимизации затрат в случае более высокой мощности лампочки, нити накаливания рассчитаны на еще более высокую температуру, чтобы улучшить энергию эффективность для снижения ваших затрат на электроэнергию.
Лампы меньшего размера потребляют меньше электроэнергии на штуку, что увеличивает стоимость лампочки. важный.Вот почему лампы с меньшей мощностью часто рассчитаны на 1500 часов. до нескольких тысяч часов вместо 750 — 1000 часов. Дизайн лампочек более длительный срок службы снижает их светоотдачу и энергоэффективность.

Чтобы свести к минимуму затраты на электричество и лампочки, вы должны использовать как можно меньше по возможности используйте лампы большей мощности. Чтобы получить такое же количество свет с лампами меньшей мощности, вам нужно больше электричества и больше луковицы.

Еще лучший способ сократить расходы на освещение — использовать люминесцентные лампы, компактные люминесцентные или HID (ртутные, металлогалогенные или натриевые) лампы, так как они в 3-5 раз эффективнее ламп накаливания.

Галогенные лампы

Галогенный цикл. Что такое галогенные лампы?

Галогенная лампа — это обычная лампа накаливания с некоторыми модификациями. Наполняющий газ содержит следы галогена, часто, но не обязательно, йода. Назначение этого галогена — возвращать испаренный вольфрам в нить накала.
Поскольку вольфрам испаряется из нити накала, он обычно конденсируется на внутренней поверхность колбы. Галоген химически активен и соединяется с это осаждение вольфрама на стекле с образованием галогенидов вольфрама, которые довольно легко испаряются.Когда галогенид вольфрама достигает нити накала, сильный нагрев нити вызывает разрушение галогенида, высвобождая вольфрам обратно в нить накала.
Этот процесс, известный как цикл галогена, продлевает срок службы нити накала. в некотором роде. Проблемы с неравномерным испарением нити и неравномерным отложением вольфрам на нити за счет галогенного цикла, что ограничивает способность галогенного цикла продлевать срок службы лампы. Тем не менее галогенный цикл сохраняет внутреннюю поверхность лампы чистой.Это позволяет галогенам лампы остаются близкими к полной яркости с возрастом.
Для работы галогенного цикла поверхность лампы должна быть очень горячей, обычно выше 250 градусов по Цельсию (482 градуса по Фаренгейту). Галоген может не испаряются должным образом или не реагируют должным образом с конденсированным вольфрамом если лампочка слишком холодная. Это значит, что лампочка должна быть маленькой и сделанной кварца или известного высокопрочного жаростойкого стекла как «твердое стекло».
Поскольку колба маленькая и обычно довольно прочная, ее можно заполнять с газом до более высокого давления, чем обычно.Это замедляет испарение нити. К тому же небольшой размер колбы иногда делает ее экономично использовать заправочные газы премиум-класса, такие как криптон или ксенон, вместо более дешевый аргон. Более высокое давление и лучшие заполняющие газы могут увеличить срок службы лампы и / или допускать более высокую температуру нити накала, что приводит к в более высокой эффективности. Любое использование заправочных газов премиум-класса также приводит к меньшему нагреву проводится от нити накала заполняющим газом, что означает, что больше энергии уходит нить накала из-за излучения, что означает небольшое повышение эффективности.

Срок службы и эффективность галогенных ламп

Галогенная лампа часто на 10-20 процентов эффективнее обычной лампа накаливания с таким же напряжением, мощностью и продолжительностью жизни. Галоген лампы также могут иметь в два-три раза больший срок службы, чем обычные лампы, иногда также с повышением эффективности до 10 процентов. Как много срок службы и эффективность улучшаются во многом зависит от того, используется наполняющий газ (обычно криптон, иногда ксенон) или аргон.

Режимы отказа галогенных ламп

Галогенные лампы обычно выходят из строя так же, как и обычные лампы накаливания. это происходит, как правило, из-за плавления или разрыва тонкого пятна стареющей нити.
На нитях галогенных ламп могут образовываться тонкие пятна, так как нити могут испаряться неравномерно, и цикл галогена не повторяется испаренный вольфрам безупречно, равномерно и не всегда в частях нить накала, испарившаяся больше всего.
Однако есть и дополнительные виды отказов.
Один из видов отказа — образование надрезов или сужение нити накала. С конца нить накала немного крутая там, где нить прикреплена к выводу проводов, галоген атакует нить накала в этих точках. Тонкие пятна становятся более горячими, что останавливает эрозию в этих точках. Однако часть нити накаливания даже ближе к конечным точкам остаются холодными и продолжают страдать эрозия. Это не так уж и плохо при непрерывной работе, так как тонкий пятна не перегреваются. Если этот процесс будет продолжаться достаточно долго, тонкий пятна могут стать достаточно слабыми, чтобы порваться под тяжестью нити.
Одна из основных проблем с «загнутыми» концами нити накала заключается в том, что они нагреваются быстрее, чем остальная часть нити, когда колба включенный. «Шеи» могут перегреться и оплавиться или сломаться во время протекания тока. всплеск, возникающий при включении лампочки. Использование устройства «плавного пуска» предотвращает перегрев «шейки», улучшая выживаемость лампочки «сужение». Устройства плавного пуска не сильно продлят срок службы галогенов. лампы, которые выходят из строя из-за более обычных «тонких пятен» нити накала, которые чрезмерно бегут горячий.
Некоторые галогенные лампы обычно могут перегорать из-за перегиба концов нити накала, а некоторые другие обычно могут выгорать из-за тонких горячих точек, образующихся на нити из-за к неравномерному испарению / восстановлению филамента. Поэтому некоторые модели могут иметь значительно увеличен срок службы от «мягкого пуска», а некоторые другие модели могут нет.
Обычно не рекомендуется прикасаться к галогенным лампам, особенно компактные, более горячие кварцевые. Органические вещества и соли не подходят для горячего кварца. Органические вещества, такие как жир, могут обугливаться, оставляя темный пятно, которое поглощает излучение нити накала и становится слишком горячим.Соли и щелочные материалы (например, зола) иногда могут «выщелачиваться» в горячие кварц, который обычно ослабляет кварц, так как щелочь и щелочь Ионы земельных металлов малоподвижны в горячих стеклах и горячем кварце. Загрязняющие вещества также могут вызвать кристаллизацию горячего кварца, ослабляя его. Любой из эти механизмы могут вызвать трещину или даже резкое разрушение лампы. Если прикоснулись к кварцевой галогенной лампе, ее следует очистить спиртом, чтобы удалите все следы смазки. Следы соли также будут удалены, если в спирте содержится немного воды.
Так как более горячие кварцевые галогенные лампы могут сильно при разрушении, их следует эксплуатировать только в подходящих полностью закрытых приспособлениях.

Использование галогенных ламп с диммерами

Затемнение галогенной лампы, как и любой другой лампы накаливания, значительно замедляет образование тонких пятен на нити из-за неровностей испарение филамента. Однако «сужение» или «надрез» на концах нить накала остается проблемой. Если вы приглушаете галогенные лампы, вам может понадобиться устройства «плавного пуска» для значительного увеличения срока службы лампы.
Еще одна проблема с затемнением галогенных ламп заключается в том, что галогенные лампы Цикл лучше всего работает с лампой и нитью накала на определенном оптимальном уровне или близком к нему. температуры. Если лампа потускнела, галоген может не «очистить» внутренняя поверхность колбы. Или галогенид вольфрама, который может не верните вольфрам в нить накала. Галогенные лампы иногда известно, что при сильном затемнении делает странные и пугающие вещи.
Галогенные лампы должны нормально работать при напряжении до 90% от номинального. для чего они были созданы.Если лампа находится в корпусе, сохраняющем тепла и устройства «плавного пуска», вероятно, будет хорошо работать даже при более низкие напряжения, такие как 80 процентов или, возможно, 70 процентов от номинального Напряжение. Однако не ожидайте значительного продления жизни, если только используется мягкий пуск. Даже при плавном пуске не ожидайте большего чем удвоить или, возможно, утроить срок службы любой уже рассчитанной галогенной лампы на 2000 часов и более. Даже при мягком пуске жизнь этих лампы, вероятно, не будут продолжать улучшаться, когда напряжение снизится до менее 90 процентов номинального напряжения лампы.

Диммеры можно использовать в качестве устройств плавного пуска, чтобы продлить срок службы любого особые галогенные лампы, которые обычно выходят из строя из-за «сужения» концов нить. Лампу можно прогреть за пару секунд. секунд, чтобы избежать перегрева «суженных» частей нити из-за скачок тока, возникающий при приложении полного напряжения к холодной нити накала. После того, как лампа выживает после запуска, она работает на полную мощность или Независимо от уровня мощности, оптимизирующего цикл галогена (обычно почти на полную мощность)
Диммер может одновременно «плавно запускать» лампу и управлять ею при небольшой мощности. пониженная мощность, комбинация, которая часто увеличивает срок службы галогенных ламп.Многие диммеры вызывают некоторое снижение мощности лампы, даже если они установлены. на максимум.
(Предложение того, кто запускает дорогие медицинские лампы включает диммер и сообщает об успехе в продлении срока службы дорогих специальные лампы от этого.)

Ультрафиолет от галогенных ламп

Есть некоторые общие опасения по поводу ультрафиолетового излучения галогена. лампочки, так как они работают при высоких температурах нити накала, а лампы из кварца вместо стекла.Однако температура нити накала галогенные лампы, рассчитанные на срок службы 2000 часов или более, лишь немного больше чем у стандартных ламп накаливания, а выход УФ только чуть выше. Галогенные светильники обычно имеют стеклянный или пластиковый экран. чтобы ограничить любые возможные взрывы лампы, и эти экраны поглощают небольшие следы коротковолнового и средневолнового УФ-излучения, проникающего через кварцевую лампу.

Фотографические и проекционные лампы с более высокими температурами отличаются. В намного более высокая температура нити накаливания ламп с более коротким сроком службы может привести к значительное опасное УФ-излучение.Для максимальной безопасности используйте эти лампы в светильниках. или оборудование, предназначенное для приема этих лампочек, и в соответствии с инструкции по приспособлению или оборудованию.

Для тех, кто хочет принять особые меры против ультрафиолета, прозрачная пленка для защиты от ультрафиолета. фильтрующий гель, такой как GAM no. 1510 или Rosco «УФ-фильтр» (03114) может быть практическое решение. Этот фильтрующий гель выдерживает умеренно близкое к галогену использование. лампы и выдерживает нагрев до, может быть, от 100 до 150 по Цельсию или около того. Этот фильтр-гель может быть размещен сразу за стеклянным экраном большинства светильников, хотя трубчатый экран во многих популярных торшерных лампах мощностью 300 Вт слишком горячий для фильтрующего геля.
GAM 1510 и Rosco «УФ-фильтр» можно приобрести в кинотеатрах. магазины.

По сценарию Дона Клипштейна (Младший).

Вернуться на главную страницу Дона по освещению.

Вернуться на главную страницу Дона

Эффективность ламп накаливания по сравнению с другими лампочками. Люминесцентные лампы

Эффективность ламп накаливания по сравнению с Люминесцентные лампочки

Люси Дикеу


11 декабря 2014 г.

Представлено как курсовая работа для Ph340, Стэнфордский университет, осень 2014 г.

Как работают лампы накаливания

Лампа накаливания означает светиться теплом.Лампа накаливания лампочки состоят из стеклянного корпуса, в который вставлен вольфрам. провод. [1] Вольфрам используется, потому что он имеет самую высокую известную температуру плавления. температура чистых металлов 3680 К при очень низкой скорости испарения. [2] Затем колба наполняется газом, например аргоном, который имеет высокий молекулярный вес, чтобы уменьшить испарение вольфрама. [1] Препятствие этому испарению позволяет достичь более высоких температур. достиг. Препятствие этому испарению позволяет достичь более высоких температур. достиг.Учитывая давление испарения вольфрама, лампы накаливания хранят при температуре ниже 3000 ° К. [2] Со временем вольфрам в нити испаряются и приземляются на внутреннюю часть колбы, в результате чего в диммерной лампочке. При этой температуре только часть света излучаемый виден. Когда электрический ток проходит через вольфрам В нити накала электроны движутся и сталкиваются с атомами, составляющими катушку. Эти постоянные столкновения нагревают атомы, создавая тепло, используемое для испускать свет.[1] 90% энергии выделяется в виде тепла, в то время как только 10% испускается как видимый свет. [3]

Как работают люминесцентные лампы

Люминесцентные лампы — это трубки, заполненные аргоном и пары ртути. Внутренняя часть трубки покрыта люминофором. [4] Электричество проходит через электрод, который обычно состоит из вольфрам. Электрический заряд передается парам ртути, возбуждая это и заставляет его испускать УФ (ультрафиолетовый) свет.Фосфор покрытие улавливает ультрафиолетовые лучи, флуоресцируя, тем самым создавая видимый свет. [2] Под цветением понимается более короткое длина волны и излучение света с большей длиной волны. Из-за этого свет, который мы видим, на самом деле не излучается атомами ртути, а скорее из светящегося фосфора. Цветение производит свет другими способами чем только тепло. Это позволяет луковицам соцветия гораздо больше энергия расходуется на свет, а не на тепло.85% потребляемой энергии люминесцентными лампами превращается в свет всего с 15% энергии теряется из-за жары. [1]

Рентабельность

Люминесцентные лампы также имеют экономическую выгоду. Хотя Лампы цветения дороже, чем лампы накаливания, владеть ими намного дешевле. [3] Мы кратко рассмотрим расчеты. Люминесцентная лампа мощностью 18 Вт эквивалентна по свету 75 Вт. лампа накаливания. Срок службы более 10000 часов (в среднем для флуоресцентные лампы) флуоресцентный свет будет потреблять 180 кВт при 7.3цента за кВт получается в общей сложности 13 долларов за использование + 20 долларов за покупку лампы = 33 доллара. [3] Сравните это с лампами накаливания со средним сроком службы 750 часы. Нам нужно будет купить 13 ламп накаливания, чтобы на срок до 1 люминесцентной лампочки. Стоимость этих 13 лампочек составляет около 7 долларов. Лампа накаливания потребляет более 10 000 часов 750 кВт энергии по цене 7,3 цента за кВт, что в сумме составляет 55 долларов США. итого 62 доллара. Вы экономите 29 долларов на флуоресцентной лампе по сравнению с ее срок службы 3.

© Люси Дикеу. Автор дает разрешение на копировать, распространять и демонстрировать эту работу в неизменном виде, с ссылка на автора, только в некоммерческих целях. Все остальные права, в том числе коммерческие, принадлежат автору.

Список литературы

[1] Р. Кейн и Х. Селл, Revolution in Lamps: A Хроника 50 лет прогресса. 2-е изд. (Fairmont Press, 2001).

[2] Д.MacIsaac, G. Kanner и G. Anderson, «Основы физики лампы накаливания Лампа (Лампочка), Учитель физики 37 , 520 (1999).

[3] «Вирджиния Справочник по энергосбережению, Департамент горнодобывающей промышленности штата Вирджиния, и Энергетика, 2008.

[4] В. М. Йен, С. Шионоя и Х. Ямамото, Практическое применение люминофора (CRC Press, 2006).

Каковы основные области применения вольфрамовой проволоки в современной промышленности?

Каковы основные области применения вольфрамовой проволоки?



Просмотры сообщений: 2 713

Хотите знать основные области применения вольфрамовой проволоки? Вы пришли в нужное место.В этой статье мы представим 5 основных применений вольфрамовой проволоки в современной промышленности. Прежде чем идти дальше, давайте сначала разберемся, что такое вольфрам.

Основные области применения вольфрамовой проволоки

Что такое вольфрам?

Вольфрам — наиболее широко используемый тугоплавкий металл. Его точка плавления составляет 3410 ℃ , поэтому он по-прежнему обладает хорошей проводимостью и теплопроводностью в условиях низкого теплового расширения, низкого давления пара и высокой температуры.

Поскольку проволока представляет собой проволоку, ее характеристики при высоких температурах имеют решающее значение для производства осветительной и другой продукции.

В дополнение к небольшому количеству вольфрамовой проволоки , используемой в качестве нагревательного материала высокотемпературной печи, нагревательного элемента электронной трубки и арматурного стержня из композитного материала, большая часть вольфрамовой проволоки используется для изготовления нити накаливания различных ламп накаливания и галогенная вольфрамовая лампа и электрод газоразрядной лампы.

Вольфрамовая проволока с толстыми характеристиками обычно обрабатывается и разрезается на несколько стержней после правки, что широко используется в светотехнической и электронной промышленности в качестве стеклометаллического герметизирующего элемента.

В настоящее время вольфрамовая проволока используется в современной промышленности в основном следующим образом:

Основные области применения вольфрамовой проволоки — 1 . Лампа накаливания

В основном используется в качестве нити накаливания в лампе накаливания. Лампа накаливания нагревает вольфрамовую проволоку до накаливания за счет теплового излучения, излучающего видимый свет, а нить накаливания в лампе накаливания сделана из ультратонкой вольфрамовой проволоки.

Нормальная рабочая температура лампы достигает более 2000 ℃, что недостаточно для достижения точки плавления вольфрамовой проволоки 3370 ℃, но эта высокая температура может привести к испарению части атомов на поверхности вольфрамовой проволоки.

Лампа накаливания

Химические свойства вольфрамовой нити очень стабильны и обладают высокой стойкостью к окислению и не должны изменяться другими веществами в воздухе, что продлевает срок службы вольфрамовой лампы.

Основные области применения вольфрамовой проволоки — 2. Копировальный аппарат

Используется в качестве электродной проволоки в копировальных аппаратах. Основной используемый тип — позолоченная вольфрамовая проволока, которая относится к вольфрамовой проволоке, покрытой слоем золота.Это особая вольфрамовая проволока, основная цель которой — предотвратить коррозию.

С точки зрения поверхности, позолоченная вольфрамовая проволока становится красивее, а поверхность ярче, чем вольфрамитовая, шеелитовая и напыленная вольфрамовая проволока. В более глубоком смысле коррозионная стойкость позолоченной вольфрамовой проволоки намного выше, чем у обычной вольфрамовой проволоки.

В дополнение к электроду, используемому в копировальных аппаратах, позолоченная вольфрамовая проволока также может использоваться в качестве идеального коррозионно-стойкого материала для электронной эмиссии, который может широко использоваться в таких областях научных исследований, как физика высоких энергий и метеорология.

Основные области применения вольфрамовой проволоки — 3. Фен

Используется в качестве нагревательной проволоки фена для выработки тепла и отвода горячего воздуха. Фен состоит из группы вольфрамовой проволоки в качестве нагревательной проволоки и небольшого вентилятора. При электризации нагревательный провод будет выделять тепло, а ветер, продуваемый вентилятором, пройдет через нагревательный провод и станет горячим ветром. Если вращается только небольшой вентилятор, а нагревательный провод не горячий, то он будет только задуть ветер, а не горячий.

Фен

Воздуходувка приводит в движение ротор непосредственно электродвигателем, приводя во вращение лопасти ветра. Когда ветряные лопасти вращаются, воздух втягивается из воздухозаборника, а образующийся в результате центробежный поток воздуха выдувается из переднего сопла воздуходувки.

При прохождении воздуха, если вольфрамовая проволока на нагревательном кронштейне, установленном в устье ветра, была наэлектризована и нагрета, она будет выдувать горячий воздух; если выключатель не подает питание на нагревательный провод, он будет выдувать холодный воздух.Фен используется для сушки и придания формы.

Нагревательный элемент воздуходувки выполнен из вольфрамовой проволоки, который устанавливается в воздуховыпускном отверстии нагнетателя. Воздух, выпускаемый двигателем, нагревается нагревательной проволокой в ​​воздуховыпускном отверстии, а затем выходит в виде горячего воздуха.

Вольфрамовая проволока используется в качестве нагревательной проволоки в основном потому, что только вольфрам имеет температуру плавления более 3400 градусов по Цельсию, что является наивысшей точкой плавления металла, а также высокотемпературную стойкость, коррозионную стойкость, низкое тепловое расширение. коэффициент, хорошие характеристики намотки, отсутствие провисания и другие отличные характеристики.

С теоретической точки зрения, возможно, что фен не может выдувать горячий воздух, потому что вольфрамовая проволока в феном будет тоньше, сопротивление станет меньше, а способность нагрева через некоторое время станет слабее.

Основные области применения вольфрамовой проволоки — 4. Йодно-вольфрамовая лампа

В дополнение к небольшому количеству вольфрамовой проволоки, используемой в качестве нагревательных материалов высокотемпературной печи, нагревательных элементов электронной трубки и арматурных стержней из композитных материалов, большая часть вольфрамовой проволоки используется для изготовления различных нитей накаливания, йодно-вольфрамовых лампа и электрод газоразрядной лампы.

Вольфрамовая нить, изготовленная путем ковки и вытяжки вольфрамового стержня , в основном используется в лампах накаливания, галогенных вольфрамовых лампах и других источниках электрического света. Йодно-вольфрамовая лампа обладает характеристиками высокой яркости и долгого срока службы. Обычная йодно-вольфрамовая лампа часто используется в качестве источника освещения для кинематографа, сцены, фабрик, зданий и площадей.

Иодно-вольфрамовая лампа

Вольфрамовая лампа

Lodine не только снижает испарение вольфрама, продлевает срок службы, но также улучшает рабочую температуру и светоотдачу.По размерам йодно-вольфрамовая лампа очень маленькая и хрупкая.

Та же 500-ваттная лампа составляет всего 1 процент от объема лампы накаливания. Помимо йода, стеклянная оболочка заполнена инертным газом, который небольшой и прочный. Давление газа от 1,5 до 10 атмосфер.

Основные области применения вольфрамовой проволоки — 5. Зажигалка

Используется как нагревательный провод для зарядки зажигалок. Здесь вместо кремня и топлива катушки сопротивления и крошечные батарейки работают почти так же, как зажигалки в автомобилях.Более того, для ИТ-специалистов лучше всего сесть перед компьютером, если его аккумулятор можно заряжать через порт USB.

Превосходная термостойкость значительно улучшает характеристики зарядки прикуривателя. Вольфрамовый провод нагревается при включении переключателя, а когда он красный, его можно использовать для зажигания сигарет. Он может играть роль в горении, как правило, без явного пламени. Обычная зажигалка представляет собой паровой корпус прямого сгорания, который имеет очевидное пламя, которое нужно задуть.Вольфрам обычно используется для изготовления нитей накала, потому что он имеет высокую температуру плавления и нелегко плавится.

Вольфрамовая проволока нагревается электричеством, заставляя воздух расширяться, а затем, когда он достигает определенного давления, он вырывается. Бутан, используемый в зажигалках для сигарет, уменьшается в объеме, чтобы сделать его жидким, и хранится в зажигалках, что имеет то преимущество, что уменьшает объем и облегчает хранение и транспортировку.

Заключение

Спасибо за то, что прочитали нашу статью, и мы надеемся, что она поможет вам лучше понять основные области применения вольфрамовой проволоки .Если вы хотите узнать больше об использовании вольфрама и других тугоплавких металлов , вы можете посетить Advanced Refractory Metals (ARM) для получения дополнительной информации.

со штаб-квартирой в Лейк-Форест, Калифорния, США, ARM является ведущим производителем и поставщиком тугоплавких металлов во всем мире и предоставляет клиентам высококачественные тугоплавкие металлические изделия, такие как вольфрам , молибден, тантал, рений, титан, и цирконий по очень конкурентоспособной цене.

Вольфрамовая нить в лампе накаливания имеет следующие характеристики: свойства, когда лампа была …

  • Недостаток обзора: Часть A В лампе накаливания используется спиральная вольфрамовая нить, которая …

    Недостаток обзора: Часть A В лампе накаливания используется спиральная вольфрамовая нить длиной 580 мм и диаметром 46,0 мкм. При 20,0 ° C вольфрам имеет удельное сопротивление 5,25 x 1012 м. Его температурный коэффициент удельного сопротивления составляет 0,0045 (Cº), и он остается точным даже при высоких температурах.Температура нити накала линейно увеличивается с током, от 20 ° C при отсутствии тока до 2520 ° C при токе 1,00 А Какое сопротивление …

  • Вольтметр, подключенный к клеммам Лампа с вольфрамовой нитью имеет напряжение 117 В при напряжении …

    Вольтметр, подключенный к клеммам Лампа накаливания с вольфрамовой нитью измеряет напряжение 117 В при включенном амперметре. с лампочкой регистрирует ток 0,641 А. а) Найдите сопротивление лампочки.(Введите свой ответ в Ом.) б) Найдите удельное сопротивление вольфрама (в Ом · м) в точке рабочая температура, если длина размотанной нити составляет 0,593 м и радиусом 2,33 ✕ 10−5 м.

  • 10%) 0,0 ° C Задача 6: Учтите, что вольфрамовая нить диаметром 0,105 мм в лампочке …

    10%) 0,0 ° C Задача 6. Учтите, что вольфрамовая нить накала диаметром 0,105 мм в лампочке должна иметь сопротивление 0,25 2 при Какова длина нити накала в м, при условии, что удельное сопротивление вольфрама составляет 560 x 108 Ом · м. ? Возможные вычеты по оценкам

  • Лампа накаливания имеет нагретую вольфрамовую нить. до температуры 3.36 х …

    Лампа накаливания имеет нагретую вольфрамовую нить. до температуры 3,36 x 103 К при прохождении электрического тока через это. Если площадь поверхности нити составляет приблизительно 0,519 x 10−4 м2 и коэффициент излучения 0,320, что составляет мощность, излучаемая лампочкой?

  • Вольфрамовая проволока длиной 580 мм с круглым диаметром 0,046 мм. поперечное сечение, завернуто в …

    Вольфрамовая проволока длиной 580 мм с 0.Круглый диаметром 046 мм поперечное сечение, намотана в виде катушки и используется как нить накаливания. Когда лампочка горит подключенный к аккумулятору, ток 0,526 А измеряется через нить. (Примечание: вольфрам имеет удельное сопротивление 4,9 × 10-8? • м.) Сколько электронов проходит через эту нить за 5 секунд? Сколько электронов проходит через эту нить за 5 …

  • Маленькая лампочка рассчитана на 7,50 Вт при работе от 125 В. Вольфрамовая нить накала.-3 / C степень. Когда нить накаливания горячая и тлеющая, ее температура в семь раз больше комнатной (20 градусов по Цельсию). Какое сопротивление нити накала (в Ом) при комнатной температуре?

  • Излучение черного тела: Лампа накаливания мощностью 100 Вт имеет вольфрамовую нить при температуре 2000 ° C. Если ты модель …

    Излучение черного тела: Лампа накаливания мощностью 100 Вт имеет вольфрамовую нить при температуре 2000 ° C. Если вы моделируете лампочку как черное тело, где средняя энергия фотона дается максимальной длиной волны спектра абсолютно черного тела, сколько фотонов N лампа излучает в секунду?

  • У определенной лампочки есть вольфрамовая нить с сопротивлением 19.0 Ом при 20,0 ° C …

    Определенная лампочка имеет вольфрамовую нить с сопротивлением 19,0 Ом при температуре 20,0 ° C и 140 Ом в горячем состоянии. Предположим, что удельное сопротивление вольфрама линейно изменяется с температурой даже в широком диапазоне температур, о котором идет речь. Найдите температуру горячей нити.

  • У определенной лампочки есть вольфрамовая нить с сопротивлением 19,4 Ом. при 20,0 ° C и 150 …

    У определенной лампочки есть вольфрамовая нить с сопротивлением 19.4? при 20,0 ° C и 150? когда жарко. Предположим, что удельное сопротивление вольфрама линейно изменяется с температурой даже в широком диапазоне температур. Найдите температуру горячей нити накала …………….. ° C

  • Аккумулятор на 12 вольт подключается к двум лампочкам, как показано на рисунке. Рисунок 1. Лампочка …

    Аккумулятор на 12 вольт подключается к двум лампочкам, как показано на рисунке. Рисунок 1. Лампочка 1 имеет сопротивление 3 Ом, а лампочка 2 имеет сопротивление 6 Ом.Батарея практически не имеет внутреннего сопротивление, и все провода практически без сопротивления, слишком. Когда лампочка откручивается, через нее не течет ток. ветвь цепи. Например, если лампочка 2 откручена, ток течет только по нижнему контуру цепи, который состоит из…

  • .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *