Лампа накаливания

   Содержание 

  Введение……………………………………………………………………………………………...…3

1.Принцип действия…………………………………………………………………………………….…4

2.Конструкции ламп накаливания…………………………………………………………………..……6

3.Электротехнические параметры………………………………………………………………………..9

4.Преимущества и недостатки…………………………………………………………………………..13

5.Ограничения импорта, закупок и производства…………………………………………………..…14

Список использованных источников………………………………………………………..………16 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   Введение.

  Люди давно  узнали, что при сильном нагреве  предмет излучает свет. Этот принцип  лёг в основу работы лампы накаливания. Электрический ток, проходя через  тонкую нить сделал жизнь человека намного светлее.

  Лампа накаливания  самый распространённый в быту, на данный момент времени, источник света. Она отличается очень низкой ценой, приемлемым качеством цветопередачи и простотой установки.

  Сейчас  в быт стали внедряться  современные компактные люминесцентные лампы, которые обладают лучшими светотехническими характеристиками и потребляют намного меньше энергии, чем лампы накаливания. Однако эти лампы обладают одним существенным недостатком – большой ценой. Поэтому они не получили пока ещё такого широкого распространения.

  В этом курсовом проекте дано описание устройства и  технологического процесса изготовления лампы накаливания общего назначения. В 220 -25. Данная лампа  широко используется в быту для местного освещения.

  В первой части курсового проекта дано краткое описание устройства лампы  накаливания. Во второй части приведены  расчёты основных операций производства лампы: расчёт времени отжига колбы  и расчёт времени заварки лампы. Третья часть посвящена технологическому процессу изготовления, сборке и испытанию  лампы. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1.Принцип действия

  Лампа накаливания — электрический источник света, в котором тело накала (тугоплавкийпроводник), 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.

Лампа накаливания  общего назначения (230 В, 60 Вт, 720 лм, цокольE27, габаритная высота ок. 110 мм

  В лампе накаливания используется эффект нагревания проводника (тела накаливания) при протекании через него электрического тока (тепловое действие тока). Температура тела накала резко возрастает после включения тока. Тело накала излучаетэлектромагнитное 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 (температура поверхности Солнца) свет соответствует спектру Солнца. Чем меньше температура, тем меньше доля видимого света, и тем более «красным» кажется излучение.

  Лампа накаливания на 36 В во включенном состоянии

  Часть потребляемой электрической энергии  лампа накаливания преобразует  в излучение, часть уходит в результате процессов теплопроводимости и  конвекции. Только малая доля излучения  лежит в области видимого света, основная доля приходится на инфракрасное излучение. Для повышения КПД лампы и получения максимально «белого» света необходимо повышать температуру нити накала, которая в свою очередь ограничена свойствами материала нити — температурой плавления. Температура в 5770 К недостижима, т. к. при такой температуре любой известный материал плавится, разрушается и перестаёт проводить электрический ток. В современных лампах накаливания применяют материалы с максимальными температурами плавления — вольфрам (3410 °C) и, очень редко, осмий (3045 °C).

  Для оценки данного качества света используется т. н. цветовая температура. При достижимых практически температурах 2300—2900 °K излучается далеко не белый и не дневной свет. По этой причине лампы накаливания испускают свет, который кажется более «жёлто-красным», чем дневной свет. Однако лампа — точечный источник, поэтому человеку свойственнее сопоставлять её свет со светом, к примеру, костра или свечи, чем с масштабным солнечным. Поэтому свет такой температуры не вызывает раздражения при длительном использовании.

  В обычном воздухе при таких  температурах вольфрам мгновенно превратился  бы в оксид. По этой причине тело накала помещено в колбу, из которой в процессе изготовления лампы откачивается воздух. Первые изготавливали вакуумными; в настоящее время только лампы малой мощности (для ламп общего назначения — до 25 Вт) изготавливают в вакуумированной колбе. Колбы более мощных ламп наполняют инертным газом (азотом, аргоном или криптоном). 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.

  2.Конструкции ламп накаливания

  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.

  Конструкция современной лампы. На схеме: 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.

  Колба

  Колба защищает тело накала от воздействия  атмосферных газов. Размеры колбы  определяются скоростью осаждения  материала тела накала. Для ламп большей мощности требуются колбы  большего размера для того, чтобы осаждаемый металл распределялся на большую площадь и не оказывал сильного влияния на прозрачность.

  Газовая среда

  Колбы первых ламп были вакуумированы. Большинство  современных ламп наполняются химически  инертными газами (кроме ламп малой  мощности, которые по-прежнему делают вакуумными). Потери тепла, возникающие  при этом за счёт теплопроводности, уменьшают путём выбора газа с  большой молекулярной массой. Смеси азота N₂ с аргоном Ar являются наиболее распространёнными в силу малой себестоимости, также применяют чистый осушенный аргон, реже — криптон Kr или ксенон Xe (молекулярные массы: N₂ — 28,0134 г/моль; Ar: 39,948 г/моль; Kr — 83,798 г/моль; Xe — 131,293 г/моль).

  Галогенная  лампа

  Особой  группой являются галогенные лампы накаливания. Принципиальной их особенностью является введение в полость колбы галогенов или их соединений. В такой лампе испарившийся с поверхности тела накала металл вступает в соединение с галогенами, и затем возвращается на поверхность нити за счёт температурного разложения получившегося соединения. Такие лампы имеют большую температуру спирали, больший КПД, срок службы и меньший размер колбы.

  Тело накала

  Формы тел накала весьма разнообразны и  зависят от функционального назначения ламп. Наиболее распространённым является из проволоки круглого поперечного  сечения, однако находят применение и ленточные тела накала (из металлических  ленточек). Поэтому использование  выражения «нить накала» нежелательно — более правильным является термин «тело накала», включенный в состав Международного светотехнического словаря.

  Тело накала первых ламп изготавливалось из угля (температура возгонки 3559 °C). В современных лампах применяются почти исключительно спирали из вольфрама, иногдаосмиево-вольфрамового сплава. Для уменьшения размеров тела накала ему обычно придаётся форма спирали, иногда спираль подвергают повторной или даже третичной спирализации, получая соответственно биспираль или триспираль. КПД таких ламп выше за счёт уменьшения теплопотерь из-за конвекции (уменьшается толщина ленгмюровского слоя).

Двойная спираль                                                  Двойная спираль (биспираль) лампы (Osram 200 Вт) с токовводами и держателями

  3.Электротехнические параметры

  Лампы изготавливают для различных  рабочих напряжений. Сила тока определяется позакону Ома (I=U/R) и мощность по формуле P=U·I , или P=U²/R. Т. к. металлы имеют малоеудельное сопротивление, для достижения такого сопротивления необходим длинный и тонкий провод. Толщина провода в обычных лампах составляет 40—50 микрон.

  Так как при включении нить накала находится при комнатной температуре, её сопротивление на порядок меньше рабочего сопротивления. Поэтому при  включении протекает очень большой  ток (в десять — четырнадцать раз больше рабочего тока). По мере нагревания нити её сопротивление увеличивается и ток уменьшается. В отличие от современных ламп, ранние лампы накаливания с угольными нитями при включении работали по обратному принципу — при нагревании их сопротивление уменьшалось, и свечение медленно нарастало. Возрастающая характеристика сопротивления нити накала (при увеличении тока сопротивление растет) позволяет использовать лампу накаливания в качестве примитивного стабилизатора тока. При этом лампа включается в стабилизируемую цепь последовательно, а среднее значение тока выбирается таким, чтобы лампа работала вполнакала.