Нередко бывает так, что используемое в быту устройство, имеющее большое значение для всего человечества, ничем не напоминает нам о его создателе. А ведь в наших домах электрическая лампочка зажглась благодаря усилиям конкретных людей. Их заслуга для человечества неоценима - наши дома наполнились светом и теплом. История ламп накаливания, представленная ниже, познакомит вас с этим великим изобретением и с именами тех, с кем оно связано.
Что касается последних, можно отметить два имени - Александра Лодыгина и Томаса Эдисона. Хотя заслуга русского ученого была очень велика, пальма первенства принадлежит именно американскому изобретателю. Поэтому мы вкратце расскажем о Лодыгине и подробно остановимся на достижениях Эдисона. Именно с их именами связывается история ламп накаливания. Говорят, что на изобретение электрической лампочки у Эдисона ушло огромное количество времени. Ему пришлось провести около 2 тысяч опытов, прежде чем на свет появилась знакомая нам всем конструкция.
История ламп накаливания очень похожа на истории других сделанных в России изобретений. Александр Лодыгин, русский ученый, смог заставить угольный стержень светиться в стеклянном сосуде, откуда был откачан воздух. История создания лампы накаливания начинается в 1872 году, когда ему удалось это сделать. Александр получил патент на электрическую угольную лампу накаливания в 1874 году. Немного позже он предложил заменить вольфрамовым угольный стержень. Вольфрамовая деталь и сейчас используется в лампах накаливания.
Однако именно Томас Эдисон, американский изобретатель, смог создать долговечную, надежную и недорогую модель в 1878 году. Кроме того, ему удалось наладить ее производство. В его первых лампах в роли нити накаливания была обугленная стружка, сделанная из японского бамбука. Вольфрамовые нити, привычные нам, появились значительно позже. Они стали использоваться по инициативе Лодыгина, упоминавшегося выше русского инженера. Не будь его, кто знает, как сложилась бы история ламп накаливания дальнейших лет.
Американский менталитет существенно отличается от русского. У гражданина США Томаса Эдисона в дело шло все. Интересно, что, размышляя о том, как сделать более прочной телеграфную ленту, этот ученый изобрел вощение бумаги. Затем эта бумага использовалась в виде обертки для конфет. Семь столетий западной истории предшествовали изобретению Эдисона, и не столько развитием технической мысли, сколько постепенно формировавшимся у людей активным отношением к жизни. Многие талантливые ученые упорно шли к этому изобретению. История происхождения лампы накаливания связана, в частности, с именем Фарадея. Он создал фундаментальные труды по физике, без опоры на которые вряд ли было бы осуществимо изобретение Эдисона.
Томас Эдисон появился на свет в 1847 году в Порт-Херон, небольшом американском городке. В самореализации Томаса сыграло роль то, что молодой изобретатель обладал способностью мгновенно находить инвесторов для своих идей, даже самых дерзких. И они были готовы рискнуть немалыми суммами. Например, еще будучи подростком, Эдисон решил печатать газету в поезде во время движения и затем продавать ее пассажирам. А новости для газеты следовало собирать прямо на остановках. Сразу же нашлись люди, которые ссудили деньги на покупку небольшого печатного станка, а также те, которые пустили Эдисона в багажный вагон с этим станком.
Изобретения до Томаса Эдисона делались либо учеными и были побочным продуктом осуществленных ими открытий, либо практиками, которые совершенствовали то, с чем им приходилось работать. Именно Эдисон сделал изобретательство отдельной профессией. У него было множество идей, и практически каждая из них делалась ростком для последующих, которые требовали дальнейшей разработки. Томас в течение всей своей долгой жизни не заботился о своем личном комфорте. Известно, что, когда он посетил Европу, будучи уже в зените славы, то был разочарован ленью и щеголеватостью европейских изобретателей.
Сложно было найти область, в которой Томас не совершил бы прорыв. Подсчитано, что этот ученый ежегодно делал около 40 крупных открытий. В общей сложности Эдисон получил 1092 патента.
Дух американского капитализма толкал вверх Томаса Эдисона. Ему удалось разбогатеть еще в возрасте 22 лет, когда он придумал котировочный "тиккер" для бостонской биржи. Однако самым важным изобретением Эдисона было именно создание лампы накаливания. Томасу удалось с ее помощью электрифицировать всю Америку, а затем и весь мир.
История создания лампы начинается со строительства небольшой электростанции. Ученый соорудил ее у себя в Менло-Парке. Она должна была обслуживать нужды его лаборатории. Однако получаемой энергии оказалось больше, чем было необходимо. Тогда Эдисон начал продавать излишек соседям-фермерам. Вряд ли эти люди понимали, что стали первыми платными потребителями электроэнергии в мире. Эдисон никогда не стремился стать предпринимателем, однако когда он нуждался для своей работы в чем-либо, он открывал небольшое производство в Менло-Парке, впоследствии разраставшееся до больших размеров и шедшее своим путем развития.
Электрическая лампа накаливания представляет собой источник света, где преобразование в световую энергию электрической происходит из-за накаливания тугоплавкого проводника электрическим током. Световая энергия впервые была получена таким способом при пропускании тока сквозь угольный стержень. Этот стержень был помещен в сосуд, из которого предварительно был откачан воздух. Томас Эдисон в 1879 году создал более-менее долговечную конструкцию с использованием угольной нити. Однако имеется довольно длительная история возникновения лампы накаливания в современном виде. В качестве тела накала в 1898-1908 гг. пытались применять разные металлы (тантал, вольфрам, осмий). Вольфрамовую нить, зигзагообразно расположенную, начали использовать с 1909 года. Лампы накаливания начали наполнять в 1912-13 гг. инертными газами (криптоном и аргоном), а также азотом. В это же время вольфрамовую нить стали делать в виде спирали.
История развития лампы накаливания далее отмечена ее усовершенствованием путем улучшения световой отдачи. Это осуществлялось с помощью повышения температуры тела накала. Срок службы лампы при этом сохранялся. Заполнение ее инертными высокомолекулярными газами с добавлением галогена привело к уменьшению загрязнения колбы частицами вольфрама, распыляющегося внутри нее. Кроме того, это уменьшило скорость его испарения. Применение тела накала в виде биспирали и триспирали привело к сокращению теплопотерь через газ.
Такова история изобретения лампы накаливания. Наверняка вам интересно будет узнать и о том, что представляют собой различные ее разновидности.
Множество разновидностей электрических ламп состоит из определенных однотипных частей. Они различаются формой и размерами. На металлическом или стеклянном штенгеле внутри колбы закреплено тело накала (то есть сделанная из вольфрама спираль) с помощью держателей, выполненных из молибденовой проволоки. К концам вводов прикреплены концы спирали. Для того чтобы создать вакуумноплотное соединение с лопаткой, выполненной из стекла, средняя часть вводов выполняется из молибдена или платинита. Колба лампы во время вакуумной обработки наполняется инертным газом. Затем штенгель заваривается и образуется носик. Лампа для крепления в патроне и защиты носика снабжается цоколем. Он прикрепляется цоколевочной мастикой к колбе.
Сегодня существует множество видов ламп накаливания, которые можно разделить по областям применения (для автомобильных фар, общего назначения и др.), по светотехническим свойствам их колбы или по конструктивной форме (декоративные, зеркальные, с рассеивающим покрытием и др.), а также по форме, которую имеет тело накала (с биспиралью, с плоской спиралью и др.). Что касается габаритов, выделяют крупногабаритные, нормальные, малогабаритные, миниатюрные и сверхминиатюрные. Например, к последним относятся лампы, имеющие длину менее 10 мм, диаметр которых не превышает 6 мм. Что касается крупногабаритных, к ним принадлежат такие, длина которых составляет более 175 мм, а диаметр - не менее 80 мм.
Современные лампы накаливания могут работать при напряжении от долей единицы до нескольких сотен вольт. Их мощность может составлять десятки киловатт. Если увеличить напряжение на 1 %, световой поток повысится на 4 %. Однако при этом срок службы сократится на 15 %. Если включить лампу на короткий срок на напряжение, которое превышает на 15 % номинальное, она будет выведена из строя. Именно поэтому так часто перепады напряжения вызывают перегорание лампочек. От пяти часов до тысячи и более колеблется срок их службы. Например, на короткое время рассчитаны самолетные фарные лампы, а транспортные могут работать очень долго. В последнем случае их следует устанавливать в местах, которые обеспечивают легкость замены. Сегодня световая отдача ламп зависит от напряжения, конструкции, продолжительности горения и мощности. Она составляет около 10-35 лм/Вт.
Лампы накаливания по своей световой отдаче, безусловно, проигрывают источникам света, работающим от газа (люминесцентная лампа). Тем не менее они проще в эксплуатации. Для ламп накаливания не требуется сложной арматуры или пусковых устройств. По мощности и напряжению для них практически не существует ограничений. В мире сегодня каждый год производится около 10 млрд ламп. А число их разновидностей превышает 2 тысячи.
История происхождения лампы уже написана, тогда как история развития этого изобретения еще не завершена. Появляются новые разновидности, которые становятся все более популярными. Речь идет в первую очередь о светодиодных лампах (одна из них представлена на фото выше). Они известны также как энергосберегающие. Эти лампы обладают светоотдачей, превышающей более чем в 10 раз светоотдачу ламп накаливания. Однако у них имеется недостаток - источник питания должен быть низковольтным.
fb.ru
Лампа накаливания считается самым распространённым бытовым прибором для искусственного освещения. В 20-м веке у шарообразной колбы со светящейся спиралью внутри не было конкурентов. В любом жилище можно было насчитать десяток электролампочек разной мощности. Привычная лампочка остаётся востребованной и достойной внимания в новом тысячелетии. В конструкциях современных, экономичных и более совершенных ламп использованы основные узлы приборов, впервые появившихся в конце 19-го века.
Кому принадлежит честь первооткрывателя устройства для электрического освещения
История изобретения лампы началась во время господства свечей, керосиновых, бензиновых и газовых фонарей. Идея использовать электричество для освещения улиц пришла к англичанину Уоррену Деларю в 1820 году. Он первым сконструировал прибор со спиралью из платины внутри стеклянной трубки, из которой частично откачан воздух. По этому же пути почти параллельно шли другие экспериментаторы: немец Гёбель, русские исследователи Лодыгин и Яблочков, британец Вильсон Суон, бельгиец Жобар. На их изобретения были выданы многочисленные патенты. Энтузиасты твёрдо верили в будущий успех прибора и совершенствовали его конструкцию.
Эдисон – великий и немного ужасный
Время прочно связало изобретение эффективной лампы накаливания с именем американца Томаса Алвы Эдисона. Напор, деловая хватка, бесцеремонность и даже беспринципность, в сочетании с безусловной одарённостью и фантастической работоспособностью исследователя, сделали своё дело: заслуги предшественников побледнели на фоне бурной деятельности Эдисона.
В 1880-м году учёный довёл время горения угольной нити до 40 часов. Это был настоящий прорыв, поскольку предыдущие образцы перегорали гораздо быстрее. Газовое освещение улиц сменилось электрическим, и новые фонари стали носить имя Эдисона. Он же придумал выключатель, удобный цоколь и патрон для крепления и смены ламп. Томас Алва получил патент на своё осветительное устройство и славу главного изобретателя лампочки. Эта часть его великой славы была им не вполне заслужена, ведь над прибором до него трудились многие подвижники науки и техники.
Томас Алва Эдисон бесспорно является человеком, сделавшим электрическое освещение доступным всему человечеству. Он без устали работал над удешевлением лампы и довёл её цену до такого уровня, что использовать свечи стало невыгодно. Лампа накаливания останется в истории одним из главных технических достижений 20-го века, наравне с компьютером и мобильным телефоном.
Интересные факты о лампах:
Самая большая лампа! В следующих статьях вы сможете узнать о том кто изобрел утюг и шприц.
19.04.2018
www.qhhq.ru
Лампа накаливания, так же как радио, телефон и кинематограф была изобретена в 19 веке. и точно так же, как радио у лампы накаливания несколько изобретателей:
Во второй половине 1870-х годов Томас Эдисон взялся за усовершенствование лампы накаливания и провёл серию опытов, используя в качестве нити различные металлы. по результатам опытов в 1879 году он запатентовал лампу с платиновой нитью, а в 1880 году он вернулся к работе с угольным волокном и создал лампу с временем жизни 40 часов. Одновременно с этим Эдисон изобрёл бытовой поворотный выключатель. Несмотря на недолговечность, лампы Эдисона постепенно начали вытеснять газовое освещение.
Лодыгин также не оставлял работы над усовершенствованием лампочек и в 1890-х годах он предложил применять в лампах нити из вольфрама и молибдена и закручивать нить накаливания в форме спирали.
Предпринял первые попытки откачивать из ламп воздух, что сохраняло нить от окисления и увеличивало их срок службы. Первая американская коммерческая лампа с вольфрамовой спиралью впоследствии производилась по патенту Лодыгина.
Независимо от назначения ламп накаливания, конструктивно они мало отличаются друг от друга: тело накала, колба и токовводы.
В зависимости от особенностей конкретного типа лампы могут применяться держатели тела накала различной конструкции.
Бывают лампы бесцокольные или с цоколями различных типов, также лампочки могут иметь дополнительную внешнюю колбу и иные дополнительные конструктивные элементы.
Лампы изготавливают для различных рабочих напряжений. Сила тока определяется по закону Ома: I=U/R и мощность по формуле P=U·I, или P=U²/R.
В лампе используется эффект нагревания проводника (тела накаливания - спирали) при протекании через него электрического тока (тепловое действие тока). Температура тела накала резко возрастает после включения тока. Тело накала излучает электромагнитное тепловое излучение в соответствии с законом Планка.
Функция Планка имеет максимум, положение которого на шкале длин волн зависит от температуры. Этот максимум сдвигается с повышением температуры в сторону меньших длин волн (закон смещения Вина). Для получения видимого излучения необходимо, чтобы температура была порядка нескольких тысяч градусов. При температуре 5770 K (кельвинов), что равно температуре поверхности Солнца, свет соответствует спектру Солнца. Чем меньше температура, тем меньше доля видимого света, и тем более «красным» кажется излучение.
Часть потребляемой электрической энергии лампа накаливания преобразует в излучение, а часть уходит в результате процессов теплопроводимости и конвекции. Только малая доля излучения лежит в области видимого света, тогда как основная доля приходится на инфракрасное излучение.
Для повышения коэффициента полезного действия (КПД) лампы и получения максимально "белого" света необходимо повышать температуру нити накала, которая в свою очередь ограничена свойствами материала нити — температурой плавления. В современных лампах накаливания применяют материалы с максимальными температурами плавления — вольфрам (3410°C) и, очень редко, осмий (3045°C).
Для оценки качества света используется цветовая температура. При типичных для ламп накаливания температурах 2200—3000 K излучается желтоватый свет, отличный от дневного. В вечернее время "тёплый" (
Если бы вольфрамовые тела накала использовались на открытом воздухе, то при таких температурах вольфрам мгновенно превратился бы в оксид. Именно поэтому тело накала помещено в колбу, из которой в процессе изготовления лампы откачивается воздух.
Повышенное давление в колбе газонаполненных ламп резко уменьшает скорость испарения вольфрама, благодаря чему не только увеличивается срок службы лампы, но и есть возможность повысить температуру тела накаливания, что позволяет повысить КПД и приблизить спектр излучения к белому. Колба газонаполненной лампы не так быстро темнеет за счёт осаждения материала тела накала, как у вакуумной лампы.
Сегодня лампы накаливания уступают место лампам энергосберегающим, люминесцентным и другим. Они отличаются устройством и техническими характеристиками, так что к этой теме мы обязательно вернёмся.
www.poetomu.ru
А. Н. Лодыгин
В 1840 году англичанин Де ла Рю создаёт первую лампу накаливания с платиновой спиралью. Но из-за высокой стоимости используемой платины, такая лампа оказалась не целесообразной. Однако в будущем послужила прототипом для современных ламп накаливания.
Практически вся подаваемая в лампу энергия преобразуется в излучение. Утраты за счёт теплопроводности и конвекции малы. Для людского глаза, но, доступен только малый диапазон длин волн этого излучения. Основная часть излучения лежит в невидимом инфракрасном спектре и воспринимается в виде тепла. Коэффициент полезного деяния ламп накаливания добивается при температуре около 3400 K своего наибольшего значения 15 %. При фактически достижимых температурах в 2700 K (рядовая лампа на 60 Вт) КПД составляет 5 %.
С возрастанием температуры КПД лампы накаливания растет, но при всем этом значительно понижается её долговечность. При температуре нити 2700 K время жизни лампы составляет приблизительно 1000 часов, при 3400 K всего только несколько часов, при увеличении напряжения на 20 %, яркость растет вдвое. Сразу с этим время жизни уменьшается на 95 %.
Уменьшение напряжения питания хотя и понижает КПД, но зато наращивает долговечность. Так снижение напряжения вдвое (напр. при поочередном включении) уменьшает КПД примерно в 4-5 раз, но зато наращивает время жизни практически в тысячу раз. Этим эффектом нередко пользуются, когда нужно обеспечить надёжное дежурное освещение без особенных требований к яркости, к примеру, на лестничных площадках. Нередко для этого при питании переменным током лампу подключают поочередно с диодом, по этому ток в лампу идет исключительно в течение половины периода.
Потому что цена потребленной за время службы лампой накаливания электроэнергии в 10-ки раз превосходит цена самой лампы, существует наилучшее напряжение, при котором цена светового потока мала. Наилучшее напряжение несколько выше номинального, потому методы увеличения долговечности методом снижения напряжения питания с экономической точки зрения полностью убыточны.
Ограниченность времени жизни лампы накаливания обоснована в наименьшей степени испарением материала нити во время работы, и в основном возникающими в нити неоднородностями. Неравномерное испарение материала нити приводит к появлению истончённых участков с завышенным электронным сопротивлением, что в свою очередь ведёт к ещё большему нагреву и испарению материала в таких местах. Когда одно из этих сужений истончается так, что материал нити в этом месте плавится либо стопроцентно испаряется, ток прерывается, и лампа выходит из строя.
Больший износ нити накала происходит при резкой подаче напряжения на лампу, потому существенно прирастить срок её службы можно используя различного рода устройства плавного пуска.
Вольфрамовая нить накаливания имеет в прохладном состоянии удельное сопротивление, которое всего в 2 раза выше, чем сопротивление алюминия. При перегорании лампы нередко бывает, что сгорают медные проводки, соединяющие контакты цоколя с держателями спирали. Так, рядовая лампа на 60 Вт в момент включения потребляет выше 700 Вт, а 100-ваттная — более кв. По мере прогрева спирали её сопротивление растет, а мощность падает до номинальной.
Для сглаживания пиковой мощности могут использоваться терморезисторы с очень падающим сопротивлением по мере прогрева, реактивный балласт в виде ёмкости либо индуктивности, диммеры (автоматические либо ручные). Напряжение на лампе вырастает по мере прогрева спирали и может употребляться для шунтирования балласта автоматикой. Без отключения балласта лампа может утратить от 5 до 20 % мощности, что тоже может быть прибыльно для роста ресурса.
Низковольтные лампы накаливания при той же мощности имеют больший ресурс и светоотдачу благодаря большему сечению тела накаливания. Потому в многоламповых светильниках (люстрах) целенаправлено применение поочередного включения ламп на наименьшее напряжение заместо параллельного включения ламп на напряжение сети. К примеру, заместо параллельно включенных 6 ламп 220В 60Вт применить 6 поочередно включенных ламп 36 В 60Вт, другими словами поменять 6 тонких спиралей одной толстой.
Лампы накаливания делятся на (размещены по порядку возрастания эффективности):
elektrica.info
Атмосферное давление
Наличие атмосферного давления привело людей в замешательство в 1638 году, когда не удалась затея герцога Тосканского украсить сады Флоренции фонтанами -- вода не поднималась выше 10,3 метров...
Двигатель Стирлинга
Двигатель Стирлинга был впервые запатентован шотландским священником Робертом Стирлингом 27 сентября 1816 года (английский патент № 4081). Однако первые элементарные "двигатели горячего воздуха" были известны ещё в конце XVII века...
Исследования по электро- и магнитостатике. Развитие электродинамики.
Важнейшим шагом вперед в развитии учения об электрических и магнитных явлениях было изобретение первого источника постоянного тока - гальванического элемента...
Квантовый выход светочувствительных структур полупроводник-металл-диэлектрик
Способ определения к.п.д. светочувствительных систем полупроводник-металл, включающий последовательное нанесение напылением на диэлектрическую подложку через трафарет слоя металла (в виде змейки) толщиной 200 нм...
Квантовый выход светочувствительных структур полупроводник-металл-диэлектрик
Предлагаемый способ определения к.п.д. светочувствительных систем полупроводник-металл может найти практическое применение в фотолитографии, оптотехнике систем полупроводник-металл, при определении к.п.д. фотокатодов...
Лазерный однокомпонентный измеритель вибрации
1. Лазерный однокомпонентный измеритель вибрации, содержащий оптически связанные первый оптический квантовый генератор, оптический преобразователь, диафрагму и фокусирующий объектив, первый и второй светоделители, делящие лучи на два пучка...
Общая теория относительности Эйнштейна и альтернативные теории относительности
Общая теория относительности (ОТО) - современная теория тяготения, связывающая его с кривизной четырехмерного пространства-времени...
Особенности полиморфизма
Полиморфизм (в физике) был открыт в 1798 М. Клапротом, когда было обнаружено, что СаСО3 может существовать в виде 2 минералов - кальцита и арагонита. Таблица 1...
Пассивный дом
Первое экспериментальное энергоэффективное здание было построено в 1972 году в г. Манчестер, штат Нью-Гэмпшир, США. Оно обладало кубической формой, что обеспечивало минимальную поверхность наружных стен при данном объёме...
Перспективы использования тепловых насосов в Липецкой области
Впервые понятие о тепловом насосе было разработано в 1852 году британским физиком и инженером Уильямом Томсоном, в дальнейшем доработана австрийским инженером Петером Риттер фон Риттингером...
Солнечная энергетика, ее применение
История фотоэлементов берет начало в 1839 году, когда французский физик Эдмон Беккерель открыл фотогальванический эффект. За этим последовали дальнейшие открытия: · В 1883 г. электрик из Нью-Йорка Чарльз Фриттс изготовил фотоэлементы из селена...
Спектроскопия комбинационного рассеяния света (рамановская спектроскопия)
Комбинационное рассеяние света (эффект Рамана) -- неупругое рассеяние оптического излучения на молекулах вещества (твёрдого, жидкого или газообразного), сопровождающееся заметным изменением частоты излучения...
Средства измерения давления
Вопросы водоснабжения для человечества всегда были очень важными, а особую актуальность приобрели с развитием городов и появлением в них различного вида производств. При этом все более актуальной становилась проблема измерения давления воды...
Устройство трансформаторов
Восьмидесятые годы прошлого столетия вошли в историю техники под названием периода "трансформаторных битв". Такое необычное название они получили потому...
Физика низких температур
Интерес к получению низких температур возник не только из практических соображений. Физиков давно интересовал вопрос, можно ли превратить в жидкость газы - такие, как воздух, кислород, водород. Начало этой истории относится к 1877 году...
fis.bobrodobro.ru
МОУ СОШ № 9
Реферат
по теме
Лампа накаливания и история ее
изобретения
Шевелева Милана
Александровна
2012 год г. Тихвин
Содержание
История изобретения
Принцип действия
Конструкция
КПД и долговечность
Литература
История изобретения
§ В 1809 году англичанин Деларю строит первую лампу накаливания 1809 году (с платиновой спиралью).
§ В 1838 году бельгиец Жобар изобретает угольную лампу накаливания.
§ В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал первую «современную» лампу: обугленную бамбуковую нить в вакуумированном сосуде. В последующие 5 лет он разработал то, что многие называют первой практичной лампой.
§ В 1860 году английский химик и физик Джозеф Уилсон Суон продемонстрировал первые результаты и получил патент, однако трудности в получении вакуума привели к тому, что лампа Суона работала недолго и неэффективно.
§ 11 июля 1874 года российский инженер Александр Николаевич Лодыгин получил патент за номером 1619 на нитевую лампу. В качестве нити накала он использовал угольный стержень, помещённый в вакуумированный сосуд.
§ В 1875 году В. Ф. Дидрихсон усовершенствовал лампу Лодыгина, осуществив откачку воздуха из неё и применив в лампе несколько волосков (в случае перегорания одного из них, следующий включался автоматически).
§ В 1876 году Павел Николаевич Яблочков разработал один из вариантов электрической угольной дуговой лампы, названный «свечой Яблочкова». Преимуществом конструкции было отсутствие необходимости в механизме, поддерживающем расстояние между электродами для горения дуги. Электродов хватало примерно на 2 часа.
§ Английский изобретатель Джозеф Уилсон Суон получил в 1878 году британский патент на лампу с угольным волокном. В его лампах волокно находилось в разреженной кислородной атмосфере, что позволяло получать очень яркий свет.
§ Во второй половине1870-х годов американский изобретатель Томас Эдисон проводит исследовательскую работу, в которой он пробует в качестве нити различные металлы. В 1879 году он патентует лампу с платиновой нитью. В1880 году он возвращается к угольному волокну и создаёт лампу со временем жизни 40 часов. Одновременно Эдисон изобрёл бытовой поворотный выключатель. Несмотря на столь непродолжительное время жизни его лампы, вытесняют использовавшееся до тех пор газовое освещение.
§ В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает несколько типов ламп с нитями накала из тугоплавких металлов. Лодыгин предложил применять в лампах нити из вольфрама (именно такие применяются во всех современных лампах) и молибдена и закручивать нить накаливания в форме спирали. Он предпринял первые попытки откачивать из ламп воздух, что сохраняло нить от окисления и увеличивало их срок службы во много раз. Первая американская коммерческая лампа с вольфрамовой спиралью впоследствии производилась по патенту Лодыгина. Также им были изготовлены и газонаполненные лампы (с угольной нитью и заполнением азотом).
§ С конца 1890-х годов появились лампы с нитью накаливания из окиси магния, тория, циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить из металлического осмия (лампа Ауэра) и тантала (лампа Больтона и Фейерлейна).
Принцип действия
Лампа накаливания -- электрический источник света, в котором тело накала (тугоплавкий проводник), помещённое в прозрачный вакуумированный или заполненный инертным газом сосуд, нагревается до высокой температуры за счёт протекания через него электрического тока, в результате чего излучает в широком спектральном диапазоне, в том числе видимый свет. В качестве тела накала в настоящее время используется в основном спираль из сплавов на основе вольфрама.
В лампе накаливания используется эффект нагревания проводника (нити накаливания) при протекании через него электрического тока. Температура вольфрамовой нити накала резко возрастает после включения тока. Нить лампы накаливания излучает электромагнитное излучение в соответствии с законом Планка. Функция Планка имеет максимум, положение которого на шкале длин волн зависит от температуры. Этот максимум сдвигается с повышением температуры в сторону меньших длин волн (закон смещения Вина). Для получения видимого излучения необходимо, чтобы температура была порядка нескольких тысяч градусов. Чем меньше температура, тем меньше доля видимого света и тем более «красным» кажется излучение. Часть потребляемой электрической энергии лампа накаливания преобразует в излучение, часть уходит в результате процессов теплопроводности и конвекции. Только малая доля излучения лежит в области видимого света, основная доля приходится на инфракрасное излучение. Для повышения КПД лампы накаливания и получения максимально «белого» света необходимо повышать температуру нити накала, которая в свою очередь ограничена свойствами материала нити — температурой плавления. В современных лампах накаливания применяют материалы с максимальными температурами плавления — вольфрам (3410°C) и, очень редко, осмий (3045°C). При практически достижимых температурах 2300−2900°C излучается далеко не белый и не дневной свет. По этой причине лампы накаливания испускают свет, который кажется более «желто-красным», чем дневной свет. Для характеристики качества света используется т. н. цветовая температура. В обычном воздухе при таких температурах вольфрам мгновенно превратился бы в оксид. По этой причине вольфрамовая нить защищена стеклянной колбой, заполненной нейтральным газом (обычно аргоном). Первые лампы накаливания делались с вакуумированными колбами. Однако в вакууме при высоких температурах вольфрам быстро испаряется, делая нить тоньше и затемняя стеклянную колбу при осаждении на ней. Позднее колбы стали заполнять химически нейтральными газами. Вакуумные колбы сейчас используют только для ламп малой мощности.
Конструкция
Конструкции ламп накаливания весьма разнообразны и зависят от назначения. Однако общими являются тело накала, колба и токовводы. В зависимости от особенностей конкретного типа лампы могут применяться держатели тела накала различной конструкции; лампы могут изготавливаться бесцокольными или с цоколями различных типов, иметь дополнительную внешнюю колбу и иные дополнительные конструктивные элементы.
В конструкции ламп общего назначения предусматривается предохранитель -- звено из ферроникелевого сплава, вваренное в разрыв одного из токовводов и расположенное вне колбы лампы -- как правило, в ножке. Назначение предохранителя -- предотвратить разрушение колбы при обрыве нити накала в процессе работы. Дело в том, что при этом в зоне разрыва возникает электрическая дуга, которая расплавляет остатки нити, капли расплавленного металла могут разрушить стекло колбы и послужить причиной пожара. Предохранитель рассчитан таким образом, чтобы при зажигании дуги он разрушался под воздействием тока дуги, существенно превышающего номинальный ток лампы. Ферроникелевое звено находится в полости, где давление равно атмосферному, а потому дуга легко гаснет. Из-за малой эффективности в настоящее время отказались от их применения.
1. Колба
2. Полость колбы (вакуумированная или наполненная газом)
3. Тело накала
4,5. Электроды (токовые вводы)
6. Крючки — держатели тела накала
7. Ножка лампы
8. Внешнее звено токоввода, предохранитель
9. Корпус цоколя
10. Изолятор цоколя (стекло)
11. Контакт донышка цоколя
КПД и долговечность
Почти вся подаваемая в лампу энергия превращается в излучение. Потери за счёт теплопроводности и конвекции малы. Для человеческого глаза, однако, доступен только малый диапазон длин волн этого излучения. Основная часть излучения лежит в невидимом инфракрасном диапазоне, и воспринимается в виде тепла. Коэффициент полезного действия ламп накаливания достигает при температуре около 3400K своего максимального значения 15%. При практически достижимых температурах в 2700K КПД составляет 5%. С возрастанием температуры КПД лампы накаливания возрастает, но при этом существенно снижается её долговечность. При температуре нити 2700 K время жизни лампы составляет примерно 1000 часов, при 3400K всего лишь несколько часов. При увеличении напряжения на 20%, яркость возрастает в два раза. Одновременно с этим уменьшается время жизни на 95%. Уменьшение напряжения в два раза (напр. при последовательном включении) хотя и уменьшает КПД, но зато увеличивает время жизни почти в тысячу раз. Этим эффектом часто пользуются, когда надо обеспечить надежное дежурное освещение без особых требований к яркости, например, на лестничных площадках. Ограниченность времени жизни лампы накаливания обусловлена в меньшей степени испарением материала нити во время работы, и в большей степени возникающими в нити неоднородностями. Неравномерное испарение материала нити приводит к возникновению истончённых участков с повышенным электрическим сопротивлением, что в свою очередь ведёт к ещё большему нагреву и испарению материала в таких местах. Когда одно из этих сужений истончается настолько, что материал нити в этом месте плавится или полностью испаряется, ток прерывается и лампа выходит из строя.
Галогенная лампа
Двойная спираль лампы мощностью 200 Вт (сильно увеличено)
лампа накаливания
Двойная спираль (биспираль) лампы Osram 200 Вт с токовводами и держателями (увеличено)
Литература
1. http: //ru. wikipedia. org/wiki/%D0%9B%D0%B0%D0%BC%D0%BF%D0%B0_%D0%BD%D0%B0%D0%BA%D0%B0%D0%BB%D0%B8%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D1%8F
2. www. google. ru/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=15&sqi=2&ved=0CJUBEBYwDg&url=http%3A%2F%2Flights-on. ru%2Flampi%2Flampi-nakalivanija%2F28175&ei=v6CNT_rqKMyG-wbA1vn9Dw&usg=AFQjCNEzqWLjmpEbj209-oMXsFOeSzJwvQ&sig2=Irbph3wgyJjnVy5eiBSrCQ
3. www. google. ru/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=2&ved=0CEsQFjAB&url=http%3A%2F%2Felectrolibrary. narod. ru%2Fsvetrazvitie. htm&ei=daGNT4bBIM2a-gaqkPX-Dw&usg=AFQjCNEcg5f-Wd5KUCqbBYyjRW246151pA&sig2=ENB3pspm4tXAa0−6x0Sx3w
4. www. google. ru/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=4&ved=0CFgQFjAD&url=http%3A%2F%2Fwww. energy-etc. ru%2Fcontent%2Fmaterials%2Findex19−183. html&ei=daGNT4bBIM2a-gaqkPX-Dw&usg=AFQjCNHCeI84cuCIZaG-U0oisEZ6JXI7kA&sig2=NA156uCVQOb90ANGsOWt2A
Показать Свернутьreferat.bookap.info
МОУ СОШ № 9
Реферат
по теме
Лампа накаливания и история ее
изобретения
Шевелева Милана
Александровна
2012 год г. Тихвин
Содержание
История изобретения
Принцип действия
Конструкция
КПД и долговечность
Литература
История изобретения
§ В 1809 году англичанин Деларю строит первую лампу накаливания 1809 году (с платиновой спиралью).
§ В 1838 году бельгиец Жобар изобретает угольную лампу накаливания.
§ В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал первую «современную» лампу: обугленную бамбуковую нить в вакуумированном сосуде. В последующие 5 лет он разработал то, что многие называют первой практичной лампой.
§ В 1860 году английский химик и физик Джозеф Уилсон Суон продемонстрировал первые результаты и получил патент, однако трудности в получении вакуума привели к тому, что лампа Суона работала недолго и неэффективно.
§ 11 июля 1874 года российский инженер Александр Николаевич Лодыгин получил патент за номером 1619 на нитевую лампу. В качестве нити накала он использовал угольный стержень, помещённый в вакуумированный сосуд.
§ В 1875 году В. Ф. Дидрихсон усовершенствовал лампу Лодыгина, осуществив откачку воздуха из неё и применив в лампе несколько волосков (в случае перегорания одного из них, следующий включался автоматически).
§ В 1876 году Павел Николаевич Яблочков разработал один из вариантов электрической угольной дуговой лампы, названный «свечой Яблочкова». Преимуществом конструкции было отсутствие необходимости в механизме, поддерживающем расстояние между электродами для горения дуги. Электродов хватало примерно на 2 часа.
§ Английский изобретатель Джозеф Уилсон Суон получил в 1878 году британский патент на лампу с угольным волокном. В его лампах волокно находилось в разреженной кислородной атмосфере, что позволяло получать очень яркий свет.
§ Во второй половине1870-х годов американский изобретатель Томас Эдисон проводит исследовательскую работу, в которой он пробует в качестве нити различные металлы. В 1879 году он патентует лампу с платиновой нитью. В1880 году он возвращается к угольному волокну и создаёт лампу со временем жизни 40 часов. Одновременно Эдисон изобрёл бытовой поворотный выключатель. Несмотря на столь непродолжительное время жизни его лампы, вытесняют использовавшееся до тех пор газовое освещение.
§ В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает несколько типов ламп с нитями накала из тугоплавких металлов. Лодыгин предложил применять в лампах нити из вольфрама (именно такие применяются во всех современных лампах) и молибдена и закручивать нить накаливания в форме спирали. Он предпринял первые попытки откачивать из ламп воздух, что сохраняло нить от окисления и увеличивало их срок службы во много раз. Первая американская коммерческая лампа с вольфрамовой спиралью впоследствии производилась по патенту Лодыгина. Также им были изготовлены и газонаполненные лампы (с угольной нитью и заполнением азотом).
§ С конца 1890-х годов появились лампы с нитью накаливания из окиси магния, тория, циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить из металлического осмия (лампа Ауэра) и тантала (лампа Больтона и Фейерлейна).
Принцип действия
Лампа накаливания -- электрический источник света, в котором тело накала (тугоплавкий проводник), помещённое в прозрачный вакуумированный или заполненный инертным газом сосуд, нагревается до высокой температуры за счёт протекания через него электрического тока, в результате чего излучает в широком спектральном диапазоне, в том числе видимый свет. В качестве тела накала в настоящее время используется в основном спираль из сплавов на основе вольфрама.
В лампе накаливания используется эффект нагревания проводника (нити накаливания) при протекании через него электрического тока. Температура вольфрамовой нити накала резко возрастает после включения тока. Нить лампы накаливания излучает электромагнитное излучение в соответствии с законом Планка. Функция Планка имеет максимум, положение которого на шкале длин волн зависит от температуры. Этот максимум сдвигается с повышением температуры в сторону меньших длин волн (закон смещения Вина). Для получения видимого излучения необходимо, чтобы температура была порядка нескольких тысяч градусов. Чем меньше температура, тем меньше доля видимого света и тем более «красным» кажется излучение. Часть потребляемой электрической энергии лампа накаливания преобразует в излучение, часть уходит в результате процессов теплопроводности и конвекции. Только малая доля излучения лежит в области видимого света, основная доля приходится на инфракрасное излучение. Для повышения КПД лампы накаливания и получения максимально «белого» света необходимо повышать температуру нити накала, которая в свою очередь ограничена свойствами материала нити — температурой плавления. В современных лампах накаливания применяют материалы с максимальными температурами плавления — вольфрам (3410°C) и, очень редко, осмий (3045°C). При практически достижимых температурах 2300−2900°C излучается далеко не белый и не дневной свет. По этой причине лампы накаливания испускают свет, который кажется более «желто-красным», чем дневной свет. Для характеристики качества света используется т. н. цветовая температура. В обычном воздухе при таких температурах вольфрам мгновенно превратился бы в оксид. По этой причине вольфрамовая нить защищена стеклянной колбой, заполненной нейтральным газом (обычно аргоном). Первые лампы накаливания делались с вакуумированными колбами. Однако в вакууме при высоких температурах вольфрам быстро испаряется, делая нить тоньше и затемняя стеклянную колбу при осаждении на ней. Позднее колбы стали заполнять химически нейтральными газами. Вакуумные колбы сейчас используют только для ламп малой мощности.
Конструкция
Конструкции ламп накаливания весьма разнообразны и зависят от назначения. Однако общими являются тело накала, колба и токовводы. В зависимости от особенностей конкретного типа лампы могут применяться держатели тела накала различной конструкции; лампы могут изготавливаться бесцокольными или с цоколями различных типов, иметь дополнительную внешнюю колбу и иные дополнительные конструктивные элементы.
В конструкции ламп общего назначения предусматривается предохранитель -- звено из ферроникелевого сплава, вваренное в разрыв одного из токовводов и расположенное вне колбы лампы -- как правило, в ножке. Назначение предохранителя -- предотвратить разрушение колбы при обрыве нити накала в процессе работы. Дело в том, что при этом в зоне разрыва возникает электрическая дуга, которая расплавляет остатки нити, капли расплавленного металла могут разрушить стекло колбы и послужить причиной пожара. Предохранитель рассчитан таким образом, чтобы при зажигании дуги он разрушался под воздействием тока дуги, существенно превышающего номинальный ток лампы. Ферроникелевое звено находится в полости, где давление равно атмосферному, а потому дуга легко гаснет. Из-за малой эффективности в настоящее время отказались от их применения.
1. Колба
2. Полость колбы (вакуумированная или наполненная газом)
3. Тело накала
4,5. Электроды (токовые вводы)
6. Крючки — держатели тела накала
7. Ножка лампы
8. Внешнее звено токоввода, предохранитель
9. Корпус цоколя
10. Изолятор цоколя (стекло)
11. Контакт донышка цоколя
КПД и долговечность
Почти вся подаваемая в лампу энергия превращается в излучение. Потери за счёт теплопроводности и конвекции малы. Для человеческого глаза, однако, доступен только малый диапазон длин волн этого излучения. Основная часть излучения лежит в невидимом инфракрасном диапазоне, и воспринимается в виде тепла. Коэффициент полезного действия ламп накаливания достигает при температуре около 3400K своего максимального значения 15%. При практически достижимых температурах в 2700K КПД составляет 5%. С возрастанием температуры КПД лампы накаливания возрастает, но при этом существенно снижается её долговечность. При температуре нити 2700 K время жизни лампы составляет примерно 1000 часов, при 3400K всего лишь несколько часов. При увеличении напряжения на 20%, яркость возрастает в два раза. Одновременно с этим уменьшается время жизни на 95%. Уменьшение напряжения в два раза (напр. при последовательном включении) хотя и уменьшает КПД, но зато увеличивает время жизни почти в тысячу раз. Этим эффектом часто пользуются, когда надо обеспечить надежное дежурное освещение без особых требований к яркости, например, на лестничных площадках. Ограниченность времени жизни лампы накаливания обусловлена в меньшей степени испарением материала нити во время работы, и в большей степени возникающими в нити неоднородностями. Неравномерное испарение материала нити приводит к возникновению истончённых участков с повышенным электрическим сопротивлением, что в свою очередь ведёт к ещё большему нагреву и испарению материала в таких местах. Когда одно из этих сужений истончается настолько, что материал нити в этом месте плавится или полностью испаряется, ток прерывается и лампа выходит из строя.
Галогенная лампа
Двойная спираль лампы мощностью 200 Вт (сильно увеличено)
лампа накаливания
Двойная спираль (биспираль) лампы Osram 200 Вт с токовводами и держателями (увеличено)
Литература
1. http: //ru. wikipedia. org/wiki/%D0%9B%D0%B0%D0%BC%D0%BF%D0%B0_%D0%BD%D0%B0%D0%BA%D0%B0%D0%BB%D0%B8%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D1%8F
2. www. google. ru/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=15&sqi=2&ved=0CJUBEBYwDg&url=http%3A%2F%2Flights-on. ru%2Flampi%2Flampi-nakalivanija%2F28175&ei=v6CNT_rqKMyG-wbA1vn9Dw&usg=AFQjCNEzqWLjmpEbj209-oMXsFOeSzJwvQ&sig2=Irbph3wgyJjnVy5eiBSrCQ
3. www. google. ru/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=2&ved=0CEsQFjAB&url=http%3A%2F%2Felectrolibrary. narod. ru%2Fsvetrazvitie. htm&ei=daGNT4bBIM2a-gaqkPX-Dw&usg=AFQjCNEcg5f-Wd5KUCqbBYyjRW246151pA&sig2=ENB3pspm4tXAa0−6x0Sx3w
4. www. google. ru/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=4&ved=0CFgQFjAD&url=http%3A%2F%2Fwww. energy-etc. ru%2Fcontent%2Fmaterials%2Findex19−183. html&ei=daGNT4bBIM2a-gaqkPX-Dw&usg=AFQjCNHCeI84cuCIZaG-U0oisEZ6JXI7kA&sig2=NA156uCVQOb90ANGsOWt2A
Показать Свернутьr.bookap.info
