Slēdža nospiešana - un tumšā telpa uzreiz mainījās, kļuva redzamas sīkākās interjera elementu detaļas. Tā enerģija no nelielas ierīces acumirklī izplatās, appludinot visu apkārtējo ar gaismu. Kas liek jums radīt tik spēcīgu starojumu? Atbilde ir paslēpta apgaismes ierīces nosaukumā, ko sauc par kvēlspuldzi.
Pirmo apgaismojuma elementu tapšanas vēsture
Pirmo kvēlspuldžu pirmsākumi meklējami 19. gadsimta sākumā. Pareizāk sakot, lampa parādījās nedaudz vēlāk, bet jau ir novērota platīna un oglekļa stieņu spīduma ietekme elektriskās enerģijas iedarbībā. Zinātniekiem radās divi sarežģīti jautājumi:
- augstas pretestības materiālu atrašana, kas strāvas ietekmē var uzkarst līdz gaismas emisijas stāvoklim;
- Materiāla ātras sadegšanas novēršana gaisā.
Izpēte unkrievu zinātnieka Aleksandra Nikolajeviča Lodigina un amerikāņa Tomasa Edisona izgudrojumi.
Lodigins ieteica izmantot oglekļa stieņus kā kvēlspuldzi, kas atradās noslēgtā kolbā. Dizaina trūkums bija grūtības izsūknēt gaisu, kura paliekas veicināja stieņu ātru sadegšanu. Tomēr viņa lampas dega vairākas stundas, un izstrāde un patenti kļuva par pamatu izturīgāku ierīču radīšanai.
Amerikāņu zinātnieks Tomass Edisons, iepazinies ar Lodigina darbiem, izgatavoja efektīvu vakuuma kolbu, kurā ievietoja no bambusa šķiedras izgatavotu oglekļa pavedienu. Edisons arī nodrošināja lampas pamatni ar vītņotu savienojumu, kas raksturīgs mūsdienu lampām, un izgudroja daudzus elektriskus elementus, piemēram: kontaktdakšu, drošinātāju, rotējošo slēdzi un daudz ko citu. Edison kvēlspuldzes efektivitāte bija maza, lai gan tā varēja darboties līdz 1000 stundām un tika praktiski izmantota.
Vēlāk oglekļa elementu vietā tika ierosināts izmantot ugunsizturīgos metālus. Mūsdienu kvēlspuldzēs izmantoto volframa kvēldiegu patentēja arī Lodygin.
Ierīce un lampas darbības princips
Kvēlspuldžu dizains nav būtiski mainījies vairāk nekā simts gadus. Tas ietver:
- Hermētiski noslēgta kolba, kas ierobežo darba telpu un ir piepildīta ar inertu gāzi.
- Pinte, kurai irspirāles forma. Tas kalpo, lai turētu lampu ligzdā un elektriski savienotu to ar strāvu nesošajām daļām.
- Vadītāji, kas vada strāvu no pamatnes uz spirāli un notur to.
- Kvēlspuldžu spirāle, kuras uzkarsēšana rada gaismas enerģijas emisiju.
Kad elektriskā strāva iet caur spoli, tā uzreiz uzsilst līdz augstākajai temperatūrai līdz 2700 grādiem. Tas ir saistīts ar to, ka spirālei ir liela strāvas pretestība un šīs pretestības pārvarēšanai tiek tērēts daudz enerģijas, kas izdalās siltuma veidā. Siltums uzsilda metālu (volframu), un tas sāk izstarot gaismas fotonus. Sakarā ar to, ka kolba nesatur skābekli, volframs karsēšanas laikā neoksidējas un neizdeg. Inerta gāze neļauj karstām metāla daļiņām iztvaikot.
Kāda ir kvēlspuldzes efektivitāte
Efektivitāte parāda, cik procenti no iztērētās enerģijas tiek pārvērsti lietderīgā darbā, bet kas nē. Kvēlspuldžu gadījumā efektivitāte ir zema, jo tikai 5-10% enerģijas aiziet gaismas izstarošanai, pārējais izdalās kā siltums.
Pirmo kvēlspuldžu efektivitāte, kurās oglekļa stienis darbojās kā kvēldiegs, bija vēl zemāka salīdzinājumā ar mūsdienu ierīcēm. Tas ir saistīts ar papildu zudumiem konvekcijas dēļ. Spirālveida pavedieniem ir mazāks šo zudumu procentuālais daudzums.
Kvēlspuldžu efektivitāte ir tieši atkarīga no spirāles sildīšanas temperatūras. Standartā 60 W lampas spole uzsilst līdz 2700 ºС, plkstšī efektivitāte ir tikai 5%. Sildīšanas vērtību ir iespējams palielināt līdz 3400 ºС, palielinot spriegumu, taču tas samazinās ierīces kalpošanas laiku par vairāk nekā 90%, lai gan lampa spīdēs spožāk un efektivitāte palielināsies līdz 15%.
Ir aplami uzskatīt, ka lampas jaudas palielināšana (100, 200, 300 W) izraisa efektivitātes pieaugumu tikai tāpēc, ka ir palielinājies ierīces spilgtums. Lampa sāka spīdēt spožāk pašas spirāles lielākas jaudas un lielākas gaismas jaudas rezultātā. Taču pieaugušas arī enerģijas izmaksas. Tāpēc arī 100 W kvēlspuldzes efektivitāte būs 5-7% robežās.
Kvēlspuldžu šķirnes
Kvēlspuldzēm ir dažādi dizaini un dažādi funkcionālie mērķi. Tie ir sadalīti apgaismes ķermeņos:
- Vispārējai lietošanai. Tajos ietilpst dažādas jaudas spuldzes, kas paredzētas 220 V tīkla spriegumam.
- Dekoratīvais dizains. Tiem ir nestandarta kolbas sveču, lodīšu un citu formu veidā.
- Apgaismojuma veids. Mazjaudas krāsainas lampas krāsainam apgaismojumam.
- Vietējais galamērķis. Drošas sprieguma ierīces līdz 40 V. Tos izmanto uz ražošanas galdiem, darbgaldu darba vietu apgaismošanai.
- Pārklāts ar spoguli. Lampas, kas rada virziena gaismu.
- Signāla veids. Izmantota darbam dažādu ierīču informācijas paneļos.
- Transportam. Plašs spuldžu klāsts ar paaugstinātu nodilumizturību un uzticamību. Lietotājam draudzīgs dizains ātrai nomaiņai.
- Prožektoriem. Paaugstinātas jaudas spuldzes, kas sasniedz līdz 10 000 W.
- Optiskām ierīcēm. Lampas filmu projektoriem un līdzīgām ierīcēm.
- Komutators. Izmanto kā mērinstrumentu digitālā displeja segmentus.
Kvēlspuldžu pozitīvās un negatīvās puses
Kvēlspuldžu tipa apgaismes ierīcēm ir savas īpašības. Pozitīvie ir šādi:
- tūlītēja spoles aizdedze;
- vides drošība;
- mazs izmērs;
- godīga cena;
- spēja izveidot ierīces ar dažādu jaudu un darba spriegumu gan maiņstrāvas, gan līdzstrāvas;
- pielietojuma daudzpusība.
Uz negatīvu:
- zemas efektivitātes kvēlspuldze;
- uzņēmība pret dzīvības glābšanas jaudas pārspriegumiem;
- īss darba laiks, kas nepārsniedz 1000;
- lampu ugunsbīstamība spēcīgas spuldzes uzkaršanas dēļ;
- trausls dizains.
Cita veida apgaismes ķermeņi
Ir apgaismes lampas, kuru darbības princips būtiski atšķiras no kvēlspuldžu darbības. Tie ietver gāzizlādes un LED lampas.
Ir daudz loka vai gāzizlādes spuldžu, taču tās visas ir balstītas uz gāzes mirdzumu, kad starp elektrodiem rodas loks. Mirdzums rodas ultravioletajā spektrā, kas pēc tam tiek pārveidots par redzamu cilvēka acij.izlaižot cauri fosfora pārklājumam.
Process, kas notiek gāzizlādes lampā, ietver divus darba posmus: loka izlādes izveidi un gāzes jonizācijas un mirdzuma uzturēšanu spuldzē. Tāpēc visu veidu šādiem apgaismes ķermeņiem ir strāvas vadības sistēma. Luminiscences ierīcēm ir augstāka efektivitāte nekā kvēlspuldzēm, taču tās nav drošas, jo satur dzīvsudraba tvaikus.
LED apgaismojuma ierīces ir vismodernākās sistēmas. Kvēlspuldzes un LED lampas efektivitāte ir nesalīdzināma. Pēdējā tas sasniedz 90%. Gaismas diodes darbības princips ir balstīts uz noteikta veida pusvadītāju mirdzumu sprieguma ietekmē.
Kas nepatīk kvēlspuldzei
Parastas kvēlspuldzes kalpošanas laiks tiks saīsināts, ja:
- Spriegums tīklā pastāvīgi tiek pārspīlēts no nominālā, kam paredzēta apgaismes ierīce. Tas ir saistīts ar sildīšanas korpusa darba temperatūras paaugstināšanos un līdz ar to palielinātu metāla sakausējuma iztvaikošanu, kas izraisa tā atteici. Lai gan kvēlspuldzes efektivitāte būs lielāka.
- Darbības laikā asi pakratiet lampu. Kad metāls tiek uzkarsēts līdz stāvoklim, kas ir tuvu kušanai, un attālums starp spirāles pagriezieniem tiek samazināts vielas izplešanās dēļ, jebkura mehāniska, pēkšņa kustība var izraisīt acij nemanāmu pagriezienu ķēdi. Tas samazina spoles kopējo pretestību strāvai, veicina tās lielāku sildīšanu un ātruma palielināšanosizdegšana.
- Ūdens nokļūs uz uzkarsētās kolbas. Trieciena vietā rodas temperatūras atšķirība, kā rezultātā stikls saplīst.
- Pieskarieties ar pirkstiem halogēna lampas spuldzei. Halogēna spuldze ir kvēlspuldžu veids, taču tai ir ievērojami lielāka gaismas un siltuma jauda. Pieskaroties, uz kolbas paliek neredzams taukains traips no pirksta. Temperatūras ietekmē tauki izdeg, veidojot oglekļa nogulsnes, kas novērš siltuma pārnesi. Tā rezultātā saskares vietā stikls sāk kust un var plīst vai uzbriest, izjaucot gāzes režīmu iekšpusē, kas noved pie spirāles izdegšanas. Halogēnām kvēlspuldzēm ir augstāka efektivitāte nekā parastajām.
Kā nomainīt lampu
Ja lampa ir izdegusi, bet spuldze nav sabrukusi, tad to var nomainīt pēc pilnīgas atdzišanas. Šādā gadījumā izslēdziet strāvu. Ieskrūvējot lampu, acis nav jāvirza tās virzienā, īpaši, ja nav iespējams atslēgt elektrību.
Kad spuldze pārsprāga, bet saglabā formu, vēlams paņemt kokvilnas audumu, salocīt to vairākās kārtās un, aptinot ap lampu, mēģināt izņemt stiklu. Tālāk, izmantojot knaibles ar izolētiem rokturiem, uzmanīgi noskrūvējiet pamatni un ieskrūvējiet jaunu lampu. Visas darbības jāveic ar izslēgtu strāvu.
Secinājums
Neskatoties uz to, ka kvēlspuldzes efektivitāte ir niecīga un tai ir arvien vairāk konkurentu, tā ir aktuāla daudzās dzīves jomās. Ir pat vecākā spuldze, kas nepārtraukti darbojas vairāk nekā simts gadus. Vai tas nav apstiprinājums un iemūžinājums ģeniālajai domai par cilvēku, kurš cenšas mainīt pasauli?
