Appuyez sur l'interrupteur - et la pièce sombre a instantanément changé, les détails des plus petits éléments de l'intérieur sont devenus visibles. C'est ainsi que l'énergie d'un petit appareil se propage instantanément, inondant tout autour de lumière. Qu'est-ce qui vous fait créer un rayonnement aussi puissant ? La réponse est cachée dans le nom du dispositif d'éclairage, qui s'appelle une lampe à incandescence.
L'histoire de la création des premiers éléments d'éclairage
Les origines des premières lampes à incandescence remontent au début du 19ème siècle. Ou plutôt, la lampe est apparue un peu plus tard, mais l'effet de la lueur des tiges de platine et de carbone sous l'action de l'énergie électrique a déjà été observé. Deux questions difficiles se sont posées devant les scientifiques:
- trouver des matériaux à haute résistance capables de chauffer sous l'influence du courant jusqu'à un état d'émission de lumière;
- Prévention de la combustion rapide du matériau dans l'air.
Recherche etinventions du scientifique russe Alexander Nikolaevich Lodygin et de l'américain Thomas Edison.
Lodygin a suggéré d'utiliser des tiges de carbone comme élément incandescent, qui étaient dans une fiole scellée. L'inconvénient de la conception était la difficulté de pomper l'air, dont les restes contribuaient à la combustion rapide des tiges. Mais malgré tout, ses lampes ont brûlé pendant plusieurs heures, et les développements et les brevets sont devenus la base pour créer des appareils plus durables.
Le scientifique américain Thomas Edison, après s'être familiarisé avec les travaux de Lodygin, a fabriqué une fiole à vide efficace, dans laquelle il a placé un fil de carbone en fibre de bambou. Edison a également doté le culot de la lampe d'une connexion filetée inhérente aux lampes modernes, et a inventé de nombreux éléments électriques, tels que: une prise, un fusible, un interrupteur rotatif, et bien plus encore. L'efficacité de la lampe à incandescence Edison était faible, bien qu'elle puisse fonctionner jusqu'à 1000 heures de temps et ait reçu une utilisation pratique.
Par la suite, à la place des éléments carbonés, il a été proposé d'utiliser des métaux réfractaires. Le filament de tungstène utilisé dans les lampes à incandescence modernes a également été breveté par Lodygin.
L'appareil et le principe de fonctionnement de la lampe
Le design d'une lampe à incandescence n'a pas fondamentalement changé depuis plus de cent ans. Il comprend:
- Fiole hermétiquement fermée qui délimite l'espace de travail et qui est remplie d'un gaz inerte.
- Le socle qui aforme en spirale. Il sert à maintenir la lampe dans la douille et à la connecter électriquement aux pièces conductrices de courant.
- Conducteurs qui conduisent le courant de la base à la spirale et le maintiennent.
- spirale incandescente dont le chauffage crée l'émission d'énergie lumineuse.
Lorsqu'un courant électrique traverse une bobine, il chauffe instantanément jusqu'aux températures les plus élevées jusqu'à 2700 degrés. Cela est dû au fait que la spirale a une grande résistance au courant et que beaucoup d'énergie est dépensée pour surmonter cette résistance, qui est libérée sous forme de chaleur. La chaleur chauffe le métal (tungstène) et il commence à émettre des photons de lumière. En raison du fait que le flacon ne contient pas d'oxygène, le tungstène ne s'oxyde pas pendant le chauffage et ne brûle pas. Un gaz inerte empêche les particules métalliques chaudes de s'évaporer.
Quelle est l'efficacité d'une lampe à incandescence
L'efficacité indique quel pourcentage de l'énergie dépensée est converti en travail utile, et ce qui ne l'est pas. Dans le cas d'une lampe à incandescence, l'efficacité est faible, puisque seulement 5 à 10 % de l'énergie va émettre de la lumière, le reste est libéré sous forme de chaleur.
L'efficacité des premières lampes à incandescence, où la tige de carbone faisait office de filament, était encore plus faible par rapport aux appareils modernes. Cela est dû aux pertes supplémentaires dues à la convection. Les filaments en spirale ont un pourcentage inférieur de ces pertes.
L'efficacité d'une lampe à incandescence dépend directement de la température de chauffage de la spirale. En standard, une bobine de lampe de 60 W chauffe jusqu'à 2700 ºС, àcette efficacité n'est que de 5 %. Il est possible d'augmenter la valeur calorifique à 3400 ºС en augmentant la tension, mais cela réduira la durée de vie de l'appareil de plus de 90%, bien que la lampe brille plus fort et que l'efficacité augmente à 15%.
Il est faux de penser qu'une augmentation de la puissance de la lampe (100, 200, 300 W) entraîne une augmentation de l'efficacité uniquement parce que la luminosité de l'appareil a augmenté. La lampe a commencé à briller plus fort en raison de la plus grande puissance de la spirale elle-même et en raison d'une plus grande puissance lumineuse. Mais les coûts énergétiques ont également augmenté. Par conséquent, l'efficacité d'une lampe à incandescence de 100 W sera également comprise entre 5 et 7 %.
Variétés de lampes à incandescence
Les lampes à incandescence se déclinent en différents modèles et fonctions. Ils sont divisés en luminaires:
- Utilisation générale. Il s'agit notamment de lampes à usage domestique de différentes puissances, conçues pour une tension secteur de 220 V.
- Design décoratif. Ils ont des types de flacons non standard sous la forme de bougies, de sphères et d'autres formes.
- Type d'éclairage. Lampes colorées à faible puissance pour des éclairages colorés.
- Destination locale. Dispositifs de tension de sécurité jusqu'à 40 V. Ils sont utilisés sur les tables de production, pour éclairer les postes de travail des machines-outils.
- Revêtement miroir. Lampes qui créent une lumière directionnelle.
- Type de signal. Utilisé pour travailler dans les tableaux de bord de divers appareils.
- Pour le transport. Une large gamme de lampes d'une résistance à l'usure et d'une fiabilité accrues. Dispose d'un design convivial pour un remplacement rapide.
- Pour les projecteurs. Lampes de puissance accrue, atteignant jusqu'à 10 000 W.
- Pour les appareils optiques. Lampes pour projecteurs de films et appareils similaires.
- Commutateur. Utilisé comme segments de l'affichage numérique des instruments de mesure.
Côtés positifs et négatifs des lampes à incandescence
Les appareils d'éclairage de type incandescent ont leurs propres caractéristiques. Les points positifs incluent:
- allumage instantané de la bobine;
- sécurité environnementale;
- petite taille;
- prix équitable;
- la possibilité de créer des appareils de puissance et de tension de fonctionnement différentes en courant alternatif et continu;
- polyvalence d'application.
Vers négatif:
- lampe à incandescence à faible efficacité;
- susceptibilité aux surtensions vitales;
- heures de travail courtes n'excédant pas 1000;
- risque d'incendie des lampes dû à un fort échauffement de l'ampoule;
- conception fragile.
Autres types de luminaires
Il existe des lampes d'éclairage dont le principe est fondamentalement différent du fonctionnement des lampes à incandescence. Il s'agit notamment des lampes à décharge de gaz et des lampes à LED.
Il existe de nombreuses lampes à arc ou à décharge de gaz, mais elles sont toutes basées sur la lueur du gaz lorsqu'un arc se produit entre les électrodes. La lueur se produit dans le spectre ultraviolet, qui est ensuite converti en visible pour l'œil humain.en passant à travers le revêtement de phosphore.
Le processus qui se produit dans une lampe à décharge de gaz comprend deux étapes de travail: la création d'une décharge en arc et le maintien de l'ionisation et de la lueur du gaz dans l'ampoule. Par conséquent, tous les types de ces appareils d'éclairage ont un système de contrôle du courant. Les appareils fluorescents ont un rendement plus élevé que les lampes à incandescence, mais ils sont dangereux car ils contiennent de la vapeur de mercure.
Les dispositifs d'éclairage à LED sont les systèmes les plus modernes. L'efficacité d'une lampe à incandescence et d'une lampe à LED est incomparable. Dans ce dernier, il atteint 90 %. Le principe de fonctionnement de la LED est basé sur la lueur d'un certain type de semi-conducteur sous l'influence de la tension.
Ce qu'une ampoule à incandescence n'aime pas
La durée de vie d'une lampe à incandescence ordinaire sera raccourcie si:
- La tension dans le réseau est constamment surestimée par rapport à la tension nominale, pour laquelle le dispositif d'éclairage est conçu. Cela est dû à une augmentation de la température de fonctionnement du corps de chauffe et, par conséquent, à une évaporation accrue de l'alliage métallique, entraînant sa défaillance. Bien que l'efficacité de la lampe à incandescence soit supérieure.
- Secouez vivement la lampe pendant le fonctionnement. Lorsque le métal est chauffé à un état proche de la fusion et que la distance entre les spires de la spirale est réduite du fait de la dilatation de la substance, tout mouvement mécanique brusque peut entraîner un circuit inter-spires imperceptible à l'œil. Cela réduit la résistance globale de la bobine au courant, contribue à son échauffement plus important et rapideépuisement professionnel.
- L'eau coulera sur le ballon chauffé. Une différence de température se produit au point d'impact, ce qui provoque la rupture du verre.
- Touchez avec vos doigts l'ampoule de la lampe halogène. Une lampe halogène est un type de lampe à incandescence, mais a une puissance lumineuse et calorifique nettement plus élevée. Au toucher, une tache grasse invisible du doigt reste sur le flacon. Sous l'influence de la température, la graisse brûle, formant des dépôts de carbone qui empêchent le transfert de chaleur. En conséquence, au point de contact, le verre commence à fondre et peut éclater ou gonfler, perturbant le régime gazeux à l'intérieur, ce qui conduit à l'épuisement de la spirale. Les lampes à incandescence halogènes ont une efficacité supérieure à celle des lampes ordinaires.
Comment changer la lampe
Si la lampe est grillée, mais que l'ampoule ne s'est pas effondrée, vous pouvez la remplacer après qu'elle ait complètement refroidi. Dans ce cas, coupez l'alimentation. Lors du vissage de la lampe, les yeux n'ont pas besoin d'être dirigés dans sa direction, surtout s'il n'est pas possible de couper l'électricité.
Lorsque l'ampoule a éclaté, mais a conservé sa forme, il est conseillé de prendre un chiffon en coton, de le plier en plusieurs couches et, en l'enroulant autour de la lampe, d'essayer de retirer le verre. Ensuite, à l'aide de pinces à poignées isolées, dévissez soigneusement la base et vissez une nouvelle lampe. Toutes les opérations doivent être effectuées hors tension.
Conclusion
Malgré le fait que l'efficacité d'une lampe à incandescence soit un petit pourcentage et qu'elle ait de plus en plus de concurrents, elle est pertinente dans de nombreux domaines de la vie. Il y a même la plus ancienne ampoule, qui fonctionne en continu depuis plus de cent ans. N'est-ce pas une confirmation et une perpétuation du génie de la pensée d'une personne qui s'efforce de changer le monde ?
