Jungtuko paspaudimas – ir tamsus kambarys akimirksniu pasikeitė, išryškėjo smulkiausių interjero elementų detalės. Taip iš mažo prietaiso akimirksniu pasklinda energija, užliedama viską aplinkui šviesa. Kas verčia jus sukurti tokią galingą spinduliuotę? Atsakymas paslėptas apšvietimo įrenginio, kuris vadinamas kaitinamąją lempa, pavadinime.
Pirmųjų apšvietimo elementų sukūrimo istorija
Pirmųjų kaitrinių lempų kilmė siekia XIX a. pradžią. Tiksliau, lempa pasirodė šiek tiek vėliau, tačiau jau buvo pastebėtas platinos ir anglies strypų švytėjimas veikiant elektros energijai. Mokslininkams iškilo du sunkūs klausimai:
- rasti didelio atsparumo medžiagas, galinčias įkaisti veikiant srovei iki šviesos spinduliavimo būsenos;
- Spartaus ore esančios medžiagos degimo prevencija.
Tyrimai irrusų mokslininko Aleksandro Nikolajevičiaus Lodygino ir amerikiečio Thomaso Edisono išradimai.
Lodyginas pasiūlė naudoti anglies strypus kaip kaitrinį elementą, kurie buvo sandarioje kolboje. Konstrukcijos trūkumas buvo sunkumas išpumpuoti orą, kurio likučiai prisidėjo prie greito strypų degimo. Tačiau vis tiek jo lempos degė kelias valandas, o plėtra ir patentai tapo pagrindu kuriant patvaresnius įrenginius.
Amerikietis mokslininkas Thomas Edisonas, susipažinęs su Lodygino darbais, pagamino veiksmingą vakuuminę kolbą, į kurią įdėjo anglies siūlą iš bambuko pluošto. Edisonas taip pat aprūpino lempos pagrindą su sriegine jungtimi, būdinga šiuolaikinėms lempoms, ir išrado daugybę elektrinių elementų, tokių kaip: kištukas, saugiklis, sukamasis jungiklis ir daug daugiau. Edison kaitrinės lempos efektyvumas buvo mažas, nors ji galėjo veikti iki 1000 valandų ir buvo praktiškai naudojama.
Vėliau vietoj anglies elementų buvo pasiūlyta naudoti ugniai atsparius metalus. Šiuolaikinėse kaitrinėse lempose naudojamą volframo siūlą taip pat užpatentavo Lodygin.
Įrenginys ir lempos veikimo principas
Kaitrinės lempos dizainas iš esmės nepasikeitė daugiau nei šimtą metų. Tai apima:
- Hermetiškai uždaryta kolba, apribojanti darbo erdvę ir pripildyta inertinių dujų.
- Pintas, kurį turispiralės forma. Jis skirtas laikyti lempą lizde ir elektra prijungti prie srovę turinčių dalių.
- Laidininkai, vedantys srovę nuo pagrindo iki spiralės ir ją sulaikantys.
- Kaitrinė spiralė, kurią kaitinant išsiskiria šviesos energija.
Kai elektros srovė teka per ritę, ji akimirksniu įkaista iki aukščiausios temperatūros iki 2700 laipsnių. Taip yra dėl to, kad spiralė turi didelę srovės varžą ir šiai varžai įveikti sunaudojama daug energijos, kuri išsiskiria kaip šiluma. Šiluma įkaitina metalą (volframą), ir jis pradeda skleisti šviesos fotonus. Dėl to, kad kolboje nėra deguonies, volframas kaitinant nesioksiduoja ir neišdega. Inertinės dujos neleidžia karštoms metalo dalelėms išgaruoti.
Koks yra kaitrinės lempos efektyvumas
Efektyvumas parodo, kiek procentų sunaudotos energijos paverčiama naudingu darbu, o kokia ne. Kaitinamosios lempos efektyvumas yra mažas, nes tik 5-10% energijos išleidžiama šviesai, likusi dalis išsiskiria kaip šiluma.
Pirmųjų kaitinamųjų lempų, kuriose anglies strypas veikė kaip kaitinimo siūlelis, efektyvumas buvo dar mažesnis, palyginti su šiuolaikiniais prietaisais. Taip yra dėl papildomų nuostolių dėl konvekcijos. Spiralinės gijos turi mažesnį šių nuostolių procentą.
Kaitinamosios lempos efektyvumas tiesiogiai priklauso nuo spiralės įkaitimo temperatūros. Standartiškai 60 W lempos ritė įkaista iki 2700 ºС, esantšis efektyvumas yra tik 5%. Šildymo vertę galima padidinti iki 3400 ºС padidinus įtampą, tačiau tai sutrumpins prietaiso tarnavimo laiką daugiau nei 90%, nors lempa švies ryškiau, o efektyvumas padidės iki 15%.
Klaidinga manyti, kad lempos galios padidėjimas (100, 200, 300 W) padidina efektyvumą tik todėl, kad padidėjo įrenginio ryškumas. Lempa pradėjo šviesti ryškiau dėl didesnės pačios spiralės galios ir dėl didesnio šviesos srauto. Tačiau energijos sąnaudos taip pat padidėjo. Todėl 100 W kaitrinės lempos efektyvumas taip pat bus 5–7%.
Kainamųjų lempų įvairovė
Kainamųjų lempų yra įvairių dizainų ir funkcinių tikslų. Jie skirstomi į šviestuvus:
- Bendrajam naudojimui. Tai skirtingos galios lempos, skirtos naudoti buityje, skirtos 220 V tinklo įtampai.
- Dekoratyvinis dizainas. Juose yra nestandartinių žvakių, rutulių ir kitų formų kolbos.
- Apšvietimo tipas. Mažos galios spalvotos lempos spalvingam apšvietimui.
- Vietinė paskirties vieta. Saugios įtampos įtaisai iki 40 V. Jie naudojami ant gamybinių stalų, staklių darbo vietoms apšviesti.
- Padengtas veidrodžiu. Lempos, sukuriančios kryptingą šviesą.
- Signalo tipas. Naudojamas dirbti įvairių įrenginių prietaisų skydeliuose.
- Transportui. Platus padidinto atsparumo dilimui ir patikimumo lempų asortimentas. Patogus dizainas, skirtas greitai pakeisti.
- Prožektoriams. Didesnės galios lempos, siekiančios iki 10 000 W.
- Optiniams įrenginiams. Lempos kino projektoriams ir panašiems įrenginiams.
- Komutatorius. Naudojami kaip matavimo priemonių skaitmeninio ekrano segmentai.
Teigiamos ir neigiamos kaitinamųjų lempų pusės
Kaitrinės lempos tipo apšvietimo prietaisai turi savo ypatybes. Teigiami dalykai:
- momentinis ritės uždegimas;
- aplinkosauga;
- mažas dydis;
- teisinga kaina;
- galimybė kurti skirtingos galios ir darbinės įtampos įrenginius tiek kintamoje, tiek nuolatinėje;
- naudojimo universalumas.
Į neigiamą:
- mažo efektyvumo kaitrinė lempa;
- jautrumas gyvybę gelbstintiems energijos šuoliais;
- trumpos darbo valandos, neviršijančios 1000;
- lempų gaisro pavojus dėl stipraus lemputės įkaitimo;
- trapus dizainas.
Kitų tipų šviestuvai
Yra apšvietimo lempų, kurių veikimo principas iš esmės skiriasi nuo kaitrinių lempų veikimo. Tai apima dujų išlydžio ir LED lempas.
Yra daug lanko arba dujų išlydžio lempų, tačiau jos visos yra pagrįstos dujų švytėjimu, kai tarp elektrodų susidaro lankas. Švytėjimas atsiranda ultravioletiniame spektre, kuris vėliau paverčiamas matomu žmogaus akiai.praleidžiant per fosforo dangą.
Dujų išlydžio lempoje vykstantis procesas apima du darbo etapus: lankinio išlydžio sukūrimą ir dujų jonizacijos bei švytėjimo palaikymą lemputėje. Todėl visų tipų tokie šviestuvai turi srovės valdymo sistemą. Liuminescenciniai įtaisai yra efektyvesni nei kaitrinės lempos, tačiau yra nesaugūs, nes juose yra gyvsidabrio garų.
LED apšvietimo įrenginiai yra moderniausios sistemos. Kaitinamosios lempos ir LED lempos efektyvumas yra neprilygstamas. Pastarajame jis siekia 90 proc. Šviesos diodo veikimo principas pagrįstas tam tikro tipo puslaidininkio švytėjimu veikiant įtampa.
Ko nemėgsta kaitrinė lemputė
Įprastos kaitinamosios lempos tarnavimo laikas sutrumpės, jei:
- Įtampa tinkle nuolat pervertinama, palyginti su vardine, kuriai skirtas apšvietimo įrenginys. Taip yra dėl padidėjusios šildymo korpuso darbinės temperatūros ir dėl to padidėjusio metalo lydinio išgaravimo, dėl kurio jis sugenda. Nors kaitrinės lempos efektyvumas bus didesnis.
- Veikimo metu staigiai pakratykite lempą. Kai metalas kaitinamas iki būsenos, artimos lydymosi būsenai, o atstumas tarp spiralės posūkių sumažėja dėl medžiagos išsiplėtimo, bet koks mechaninis, staigus judesys gali sukelti akiai nepastebimą tarpsūkių grandinę. Tai sumažina bendrą ritės atsparumą srovei, prisideda prie jos didesnio įkaitimo ir greitoperdegimas.
- Ant įkaitintos kolbos pateks vandens. Smūgio vietoje susidaro temperatūros skirtumas, dėl kurio stiklas dūžta.
- Pirštais palieskite halogeninės lempos lemputę. Halogeninė lempa yra kaitinamųjų lempų tipas, tačiau turi žymiai didesnę šviesos ir šilumos galią. Palietus ant kolbos lieka nematoma riebi dėmė nuo piršto. Temperatūrai veikiant riebalai išdega, susidaro anglies nuosėdos, kurios neleidžia perduoti šilumos. Dėl to sąlyčio vietoje stiklas pradeda tirpti ir gali sprogti arba išsipūsti, sutrikdydamas dujų režimą viduje, o tai veda prie spiralės perdegimo. Halogeninių kaitrinių lempų efektyvumas didesnis nei įprastų.
Kaip pakeisti lemputę
Jei lempa perdegė, bet lemputė nesugriuvo, galite ją pakeisti, kai ji visiškai atvės. Tokiu atveju išjunkite maitinimą. Įsukant lempą, akių nereikia nukreipti į jos pusę, ypač jei nėra galimybės išjungti elektros.
Kai lemputė sprogo, bet išlaikė formą, patartina paimti medvilninį audinį, perlenkti jį keliais sluoksniais ir, apvyniojus aplink lempą, pabandyti nuimti stiklą. Tada, naudodami reples su izoliuotomis rankenomis, atsargiai atsukite pagrindą ir įsukite naują lempą. Visos operacijos turi būti atliekamos išjungus maitinimą.
Išvada
Nepaisant to, kad kaitrinės lempos efektyvumas yra nedidelis procentas ir ji turi vis daugiau konkurentų, ji yra aktuali daugelyje gyvenimo sričių. Yra net pati seniausia lemputė, nuolat veikianti daugiau nei šimtą metų. Ar tai nėra žmogaus, siekiančio pakeisti pasaulį, minties genialumo patvirtinimas ir įamžinimas?
