Попрощайтесь с лампочкой накаливания (какой мы ее знаем)

Автор: Чак Ньюкомб

Я уверен, что вы все уже видели эту маленькую извилистую компактную люминесцентную лампу ( CFL) в магазине при покупке запасных лампочек. Хорошая новость заключается в том, что, используя одну для замены надежной лампы накаливания, вы экономите электроэнергию. Один из примеров в нашем доме: люстра с пятью лампами, потребляющая 300 Вт, теперь потребляет всего 60 Вт, что эквивалентно одной лампе накаливания, при этом производя такое же количество света, как пять.Эти КЛЛ, а также более новые и гораздо более дорогие светоизлучающие диоды (СИД) вводятся для замены менее эффективных вольфрамовых ламп, которые к 2014 году выводятся из эксплуатации в США.

стоят дороже, но компенсирующая особенность заключается в том, что они служат дольше. Предостережение: это произойдет только в том случае, если вы не будете часто их включать и выключать и не используете их на улице в холодном климате. Оказывается, небольшой нагреватель, который помогает ионизировать пар в КЛЛ при запуске, по-прежнему имеет те же характеристики, что и вольфрамовая лампа накаливания — ее сопротивление очень низкое в холодном состоянии, но становится намного выше, когда она нагревается.Вот почему ваши лампы накаливания обычно перегорают при включении — вы нагружаете вольфрамовую нить с максимальным током, протекающим при включении.

Один из подходов к продлению срока службы лампы CFL — это оставить ее включенной дольше, уменьшив циклы включения-выключения, нагружающие нагреватель-нить накала. По моему опыту, описанному выше, вы можете оставить его включенным в пять раз дольше лампы накаливания и не использовать больше энергии.

Температурный коэффициент сопротивления вольфрама

Типичное холодное сопротивление лампы накаливания мощностью 100 Вт составляет около 9.5 Ом. Если бы это сопротивление оставалось неизменным при подаче напряжения 120 В, закон Ома говорит нам, что лампа потребляет около 12,5 ампер и рассеивает около 1500 Вт. Этого, конечно, не происходит, потому что по мере нагрева нити ее сопротивление также увеличивается. Получается, что при 120 В сопротивление примерно 144 Ом, что в 15 раз больше сопротивления холоду. Результирующий ток составляет 0,83 А, а рассеиваемая мощность — заявленные 100 Вт.

Интересный эксперимент с использованием анализатора качества электроэнергии Fluke 43B

Оказалось, что постоянная времени для изменения сопротивления при приложении полного напряжения может быть измеряется в миллисекундах.И поэтому следующий эксперимент работает.

Когда Fluke представила свой первый инструмент для контроля качества электроэнергии в 1994 году, я использовал диммер Triac, чтобы изменять входное напряжение лампы накаливания, одновременно измеряя действующее значение входного напряжения и результирующий ток.

Я заметил, что пиковый ток происходит при входном среднеквадратичном напряжении около 55 вольт. В сегодняшнем примере, при использовании новой высокоэффективной галогенной лампы (подробнее об этом позже), лампа потребляет 0,39 А среднеквадратического значения (я использовал 10-витковую петлю через клещи токоизмерительных клещей, что показало кажущееся значение 3. 9 А.) Пиковый ток в этом примере был почти 1,2 А.

По мере того, как я продолжал повышать напряжение, среднеквадратичный ток увеличивался, но пиковый ток становился меньше — около 0,8 А.

Как это могло произойти? Что ж, общее время, в течение которого ток течет в примере с низкой яркостью, составляет менее 4 миллисекунд, этого недостаточно, чтобы нагреть нить до более высокого сопротивления, которого она достигнет, когда ток протекает в два раза больше — около 8 миллисекунд. Таким образом, пиковый ток выше при более низкой яркости.

В этом примере, когда вы выполняете математические вычисления (или переключаетесь на дисплей мощности Fluke 43B), вы обнаруживаете, что мощность низкой яркости, потребляемая моей тестовой лампой при пиковом токе, составляла около 22 Вт, в то время как при полной яркости мощность была чуть более 68 Вт.

Подробнее о новых галогенных лампах

Лампа, которую я использовал для недавнего теста, позиционируется как высокоэффективная галогенная лампа. Она рассчитана на такую ​​же светоотдачу, что и старая лампа мощностью 100 Вт, но потребляет всего 72 Вт. Как я убедился в своем тесте, в нем все еще используется вольфрамовая нить.Насколько я понимаю, эти высокоэффективные лампы накаливания и некоторые специальные лампы для обслуживания будут по-прежнему доступны после того, как в 2014 году (в США) будут выведены из обращения старые стандартные лампы.

Как насчет этих новых светодиодных фонарей?

КЛЛ имеют экологический недостаток, заключающийся в том, что они содержат ртуть, что требует особого обращения при утилизации во избежание загрязнения окружающей среды.

В новых альтернативных лампах будут использоваться светодиоды, что даст даже больший КПД, чем КЛЛ, но при гораздо более высокой стоимости — по крайней мере, пока.Светодиодные лампы включаются мгновенно и не имеют проблем с холодным запуском, которые могут возникнуть с КЛЛ.

Новые технологии еще не достигают приятного свечения привычных ламп накаливания, но они неуклонно совершенствуются. Если вам интересно, вы можете рассмотреть некоторые из проблем, связанных с нашими меняющимися технологиями освещения здесь:
Поэтапный отказ от ламп накаливания
Energy Star информация о лампочках
Как работают компактные люминесцентные лампы и как их затемнять

Study on Излучение лампы накаливания разной мощности

Журнал прикладной математики и физики Vol.08 No.08 (2020), Идентификатор статьи: 102417,31 стр.
10.4236 / jamp.2020.88124

Исследование испускаемого излучения от колбы накаливания разной мощности

Neupane Rajendra

Кафедра физики, Многоквартирный кампус Бирендры, Трибхуванский университет, Бхаратпур, Непал

Copyright © 2020 Автор (ы) и Scientific Research Publishing Inc.

Эта работа находится под лицензией Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0).

http://creativecommons.org/licenses/by/4. 0/

Поступила: 16.07.2020 г .; Принята в печать: 22 августа 2020 г .; Опубликовано: 25 августа 2020 г.

РЕФЕРАТ

Проводятся исследовательские работы по определению спектра длин волн испускаемого излучения колбы накаливания. Измерение температуры и длины волны основано на теоретической модели. Формула для определения температуры вольфрамовой нити получена с использованием метода излучения абсолютно черного тела.Пиковая длина волны испускаемого излучения получается 1,461 мкм и 1,125 мкм для лампы мощностью 6 и 500 Вт соответственно с использованием закона смещения Вейна, который зависит от температуры нити накала. Длина волны, полученная с помощью закона смещения Вейна, является просто показателем, который помогает исследовать, «как распределяется плотность энергии излучения», чтобы дать начало электромагнитному спектру. Результаты, полученные с помощью примененных методологий, показывают, что точность модели достаточно хорошая. Для проверки работы используются некоторые математические методы и теория вероятностей. Работа сопровождается как классическим, так и квантовым анализом для подтверждения результатов. Только температура не является ключевым фактором, заслуживающим питания лампочки. Значение сопротивления играет жизненно важную роль в определении мощности лампы. По крайней мере, один фактор важен при калибровке мощности колбы: «температура или площадь поверхности» нити накала.

Ключевые слова:

Нить накала, электромагнитный спектр, распределение вероятностей, спектральный коэффициент излучения

1.Введение

Вольфрам — химический элемент с символом W. Его атомный номер 74. Вольфрам имеет температуру плавления 3422 ° C и точку кипения 5930 ° C. Его плотность составляет 19,3 г / см ³ при комнатной температуре и 17,6 г / см ³ , когда жидкость находится в точке плавления. Его теплота плавления составляет 52,31 кДж / моль, а теплота испарения составляет 774 кДж / моль. Значение молярной теплоемкости вольфрама составляет 24,27 Дж / (моль ∙ К). Его плотность примерно в 1,7 раза больше, чем у свинца. Он находится в d-блоке периодической таблицы.Его группа и период в периодической таблице — «6». Вольфрам назван Торберном Бергманом в 1781 году. Это парамагнитное вещество [1].

Его фаза на СТП твердая. Чистый монокристаллический вольфрам более пластичен. Стратегическое значение вольфрама стало заметным в начале 20-х ^{-х годов} века. Желаемые свойства вольфрама, такие как устойчивость к высоким температурам, его твердость и плотность, а также упрочнение сплавов, сделали его важным сырьем для военной промышленности [1].

1.1. Характеристики вольфрама

Вольфрам — это металл, представляющий множество интересных вещей как с практической, так и с научной точки зрения. Со времени, когда вольфрамовая кислота была впервые получена Шееле в 1781 году и Бергманн выделил металл, вольфрам оставался редким металлом, и он начал приобретать промышленное значение только в результате работ Оксланда в 1847-57 годах [2]. Вольфрам — очень твердый, плотный, серебристо-белый блестящий металл, который тускнеет на воздухе и образует защитное оксидное покрытие.В виде порошка вольфрам имеет серый цвет. Вольфрам пластичен в чистом виде и обладает очень высокой прочностью на разрыв, даже при очень маленьком диаметре [3]. Вольфрамовые нити используются в лампах накаливания и радиолампах. Высокие температуры, при которых может работать вольфрамовая нить, делают ее особенно пригодной для этих целей [4]. Свет точно определенного цвета и яркости можно получить, нагревая вольфрамовую нить до определенной температуры. Температура, напряжение, зависимость тока, напряжения и т. Д., по размерам нити накала; масса проволоки, ресурс ламп; потери газа; конечные потери; температура, яркость и эффективность некоторых коммерческих ламп являются характеристиками вольфрамовых ламп [5].

1.2. Фон из лампы накаливания

Было проведено большое количество исследований по изучению оптических, электрических, химических и термических свойств вольфрамовых материалов; а также характеристики вольфрамовых лампочек [6]. Лампа накаливания показана на рисунке 1. В большинстве современных лампочек в качестве инертного газа-наполнителя используется аргон с небольшим количеством азота, чтобы блокировать электрическую проводимость через газ в приложенном электрическом поле.Твердое тело необходимо нагреть докрасна до температуры более 800 К, чтобы испустить видимый свет [7]. Срок службы ламп накаливания обычно составляет от 1000 до 2000 часов. Лампы накаливания остаются популярными, потому что они излучают приятный цвет, похожий на естественный солнечный свет. Лампы накаливания дешевле всего покупать. Лампы накаливания бывают разных форм и размеров с разными характеристиками [8]. Лампа накаливания, лампа накаливания или шар накаливания излучает свет, когда нить накаливания нагревается до высокой температуры, пока она не начнет светиться.Они производятся в широком диапазоне размеров, светоотдачи и номинального напряжения, от 1,5 В до примерно 300 К. Раньше лампочки заполнялись вакуумом. Результат будет тот же, но уплотнения лампы должны выдерживать давление ниже

Рис. 1. Лампа накаливания (Ссылка [11]).

больший перепад давления, чем у наружного воздуха. Лампа накаливания широко используется в домашнем и коммерческом освещении, для переносного освещения, такого как настольные лампы, автомобильные фары, фонарики, а также для декоративного и рекламного освещения [9].

Температура нити накала увеличивается из-за джоулева нагрева под действием электрического тока смещения. Инертный газ, такой как аргон, обычно используется для наполнения внутренней части колбы, что предотвращает окисление вольфрамовой нити, иначе приведет к катастрофическому отказу преобразователя [6]. Сопротивление прямой проволоки вольфрамовой нити R _Wire будет зависеть от рабочей температуры T нити накала [10].

1.3. Принцип создания электромагнитных спектров в лампе накаливания

Излучение в колбе накаливания возникает в результате процесса, называемого накаливанием.Электрический резистивный нагрев создает термически возбужденные атомы. Часть тепловой кинетической энергии передается электронным возбуждениям в твердом теле. Фотонное излучение происходит, когда атомы из возбужденных состояний переходят в нижнее состояние [12]. Когда достаточное количество испускаемого излучения находится в видимом спектре, мы можем видеть объект в его собственном видимом свете; мы говорим, что он накаливается [12]. В твердом теле существует почти континуум уровней энергии электронов. В результате получается непрерывный недискретный спектр излучения.Все тела излучают электромагнитное излучение в диапазоне длин волн. Более холодное тело излучает меньше энергии, чем более теплое. Когда тело нагревается и его температура повышается, воспринимаемая длина волны испускаемого им излучения изменяется с инфракрасного на красный, затем с красного на оранжевый и так далее [12]. При повышении температуры тело светится цветами, соответствующими еще меньшим длинам волн электромагнитного спектра. Это основной принцип лампы накаливания. Черное тело не существует и является теоретическим [13].

1,4. Спектр электромагнитного излучения

Раскаленная металлическая нить накала светится красным, и когда нагрев продолжается, ее свечение в конечном итоге покрывает всю видимую часть электромагнитного спектра. Температура ( T ) объекта, излучающего излучение, определяет длину волны, на которой излучаемая энергия максимальна [14].

В электромагнитном спектре нет четких, четко определенных границ. Условно; Диапазон оптического излучения определяется как простирающийся от 1 мм на нижнем конце инфракрасного до 100 нм на верхнем конце ультрафиолета.В таблице 1 приведены различные типы излучений с указанием их диапазона длин волн. Основными механизмами, порождающими оптическое излучение, являются накал, электрический разряд и генерация [14].

Цвет излучения зависит от длины волны испускаемого излучения. Длина волны излучения и температура нагревательного тела обратно пропорциональны друг другу [15].

Лампа накаливания будет светить красноватым светом при 2000 К, поскольку она излучает видимый свет с большей длиной волны. При 3000 K волокна светятся ярче и излучают желтый свет с меньшей длиной волны [16].

Законы смещения Стефана-Больцмана и Вейна объясняют, соответственно, интенсивность и цвет света, излучаемого телом [15]. Непрерывный спектр света излучается черным телом.

Видимый свет — это форма электромагнитного излучения, которое может восприниматься нашими глазами. Различные видимые цвета света с их пределом длины волны показаны в Таблице 2. Длина волны видимого излучения (Света) варьируется от 380

Таблица 1.Излучения с их длинами волн [14].

Таблица 2. Спектр видимого света [17].

нм до 740 нм. Свет составляют различные спектральные цветовые полосы. Полоса от 100 до 400 нм называется ультрафиолетовым излучением. Полоса от 710 нм до 1,5 микрометра называется ближней инфракрасной областью, а полоса от 1,5 до 4,0 микрометра называется дальней инфракрасной областью [15].

1,5. Закон Планка об излучении черного тела

Монохроматическая излучательная способность и длина волны λ связаны стандартной кривой спектра теплового излучения абсолютно черного тела [18], которая показана на рисунке 2.

Планк нашел эмпирическую формулу для объяснения экспериментально наблюдаемого распределения энергии в спектре черного тела [19].

Формула Планка даётся

E d λ = 8 π h c λ 5 ⋅ 1 e h c λ k T — 1 d λ (1)

Для более коротких волн e h c λ k T становится большим по сравнению с единицей, и, следовательно, закон Планка сводится к

E d λ = 8 π h c λ 5 ⋅ 1 e h c λ k T d λ = 8 π h c λ 5 ⋅ e — h c λ k T d λ

Это закон Вейна [19].

Для более длинных волн e h c λ k T может быть приближено к (1 + h c λ k T) и, следовательно, закон Планка сводится к

Рис. 2. Традиционная кривая спектра излучения абсолютно черного тела [18].

E d λ = 8 π hc λ 5 1 1 + hc λ k T — 1 d λ = 8 π hc λ 5 1 hc λ k T d λ = 8 π hc λ 5 λ k T hcd λ = 8 π k T λ 5 д λ (2)

Это закон Рэлея Джинса [19].

Таким образом, мы видим, что закон смещения Вейна выполняется для более коротких длин волн, а закон Рэлея Джина справедлив для более длинных волн [19].

1,6. Соотношение сопротивления и температуры

Для температур от комнатной до примерно 2500 K вольфрамовая нить подчиняется линейной зависимости между ее сопротивлением и температурой,

R (T) = R 0 [1 + α (T — T 0)] (3)

Где R 0 представляет собой сопротивление окружающей среды, измеренное при температуре Т 0 а также α — температурный коэффициент удельного сопротивления.R (Т) — сопротивление при температуре T [20].

1,7. Электромагнитный спектр

Электромагнитное излучение — это форма энергии, которая присутствует повсюду вокруг нас и принимает различные формы, такие как радиоволны, микроволны, рентгеновские лучи и гамма-лучи. Электромагнитные волны делятся на разные диапазоны в зависимости от длины волны и соответствующей частоты [21]. Электромагнитные волны имеют широкий спектр практических повседневных применений, включая такие разнообразные применения, как связь по сотовому телефону и радиовещание, Wi-Fi, приготовление пищи, зрение, медицинская визуализация и лечение рака [21].

2. Обзор литературы

2.1. Температура и коэффициент излучения

Коэффициент излучения вольфрамовых проволочных нитей в лампах накаливания изменяется в зависимости от длины волны. Вольфрамовая проволока — ключевой компонент лампы накаливания. Лампа показывает лучшие характеристики, если коэффициент излучения нити накала выше [22]. Излучательная способность вольфрамовой нити находится выше 0,375 и ниже 0,400 для диапазона длин волн от 550 нм вверху до 1000 нм ниже. Различные значения спектральной излучательной способности при разных температурах показаны в таблице 3.Максимальное значение излучательной способности составляет 0,400 для цвета света, длина волны которого находится в диапазоне от 650 нм до 700 нм [22].

Энергия, излучаемая на единицу площади в единицу времени, зависит от излучательной способности материала. Общий коэффициент излучения можно рассчитать с помощью следующего соотношения:

P = ε σ A T 4 (4)

где ε это полная излучательная способность, σ постоянная Стефана, A — площадь вольфрама, T — температура [5].

Нить накала лампы не испускает излучение абсолютно черного тела. Коэффициент излучения определяется как отношение энергии, излучаемой материалом, к энергии, излучаемой

Таблица 3. Изменение спектральной излучательной способности в зависимости от температуры ([5]).

идеальное черное тело при той же длине волны и температуре. Коэффициент излучения и температура нити накала зависят от 1 нить ε (нить T) [6]. Корпус с большей излучательной способностью нагревается при более низкой температуре.Температура и коэффициент излучения материала корпуса обратно пропорциональны друг другу. В таблице 4 показаны разные значения удельного сопротивления при разных температурах. С точки зрения чистой энергии нагретая нить накала является местом преобразования электрической энергии в тепло и электромагнитное излучение [22].

Характеристики лампы зависят от коэффициента излучения нити накала. Между коэффициентом излучения и освещением существует прямая зависимость. Срок службы нити накала сильно зависит от температуры горения.Ключевым моментом в измерении температуры нити является коэффициент излучения [22].

2.2. Константа Больцмана Стефана

Константа Стефана-Больцмана σ была оценена с помощью абсолютного радиометра типа электрического замещения для измерения яркости резонаторного радиатора в точке замерзания золота. Полученное значение σ составляет (5,6644 ± 0,0075) × 10 ⁻⁸ Вт ∙ м ⁻² ∙ K ⁻⁴ [24].

2.3. Линии выбросов / абсорбции

Атом может быть возбужден до более высокого уровня из-за наличия достаточной энергии.Если этот возбужденный атом переходит обратно в свое основное состояние, эта энергия затем высвобождается с характеристической частотой, связанной с этими двумя уровнями энергии, как показано на рисунке 3. Если E ₀ — энергия основного состояния, а E ₁ — энергия первого возбужденного состояния, тогда атом в первом возбужденном состоянии высвобождает энергию, когда переходит в основное состояние. Выделяемая энергия равна разнице энергий между этими двумя уровнями [25]. Частота излучаемой энергии приведена ниже:

Таблица 4.Значение удельного сопротивления нити в зависимости от температуры (см. [23]).

Рисунок 3. Диаграмма основных уровней энергии, показывающая энергию выбросов.

E = h f = h c λ = E 1 — E 0 (5)

где h — постоянная Планка, f — частота, c — скорость света и λ — длина волны испускаемого излучения.

2.4. Длина волны и температура

Черное тело можно описать как замкнутое тело, которое поглощает все падающие на него излучения.Когда черное тело находится в равновесии, оно излучает излучение с той же скоростью, что и поглощает излучение из окружающей среды. Иногда черное тело называют полным поглотителем [25].

На определенной длине волны λ излучение, испускаемое излучателем идеального абсолютно черного тела, описывается законом излучения Планка

I (λ, T) = 2 π h c 2 λ 5 1 e — h c λ k T — 1 [7] (6)

Yang X. , Wei, B. изучили характеристики локального спектра теплового излучения абсолютно черного тела на основе традиционной спектральной кривой.На рисунке 4 показано, как длина волны испускаемого излучения зависит от температуры. Чем выше температура черного тела, тем меньше длина волны испускаемого излучения и наоборот [18].

Длина волны максимального излучения любого тела обратно пропорциональна его абсолютной температуре. Таким образом, чем выше температура, тем длиннее волны

Рис. 4. Спектральная кривая теплового излучения абсолютно черного тела [18].

максимальной эмиссии короче.Это состояние называется законом Вейна. Закон Вейна гласит, что если температура тела увеличивается, длина волны максимального излучения становится меньше [15].

Следующие уравнения описывают этот закон;

λ макс = b T (7)

, где b — постоянная, равная 2897 мкм, а T — температура в Кельвинах.

3. Материалы и методы

В этой исследовательской работе было взято девять теоретических ламп накаливания. Эти лампы выбираются с учетом того, что они являются наиболее часто используемыми в нашей повседневной жизни.Предполагается, что нить накала вольфрамовых ламп представляет собой по существу прямую проволоку с одной катушкой. Параметры длина L, коэффициент излучения ε , и удельное сопротивление ρ являются функциями температуры, показанными в уравнении (14). Лампы мощностью 60 и 100 Вт в основном представляют собой спиральные катушки [10]. Здесь расчеты производятся в предположении, что они наматываются только один раз. Полученные данные являются числовыми, и они анализируются с использованием математических и статистических методов. Методы исследования основаны на количественных методах.

Существуют различные методы определения температуры лампы накаливания. В этой работе мощность лампы накаливания была рассчитана с точки зрения напряжения, радиуса проволоки накала, ее длины и удельного сопротивления с использованием уравнения (12). Соотношение между мощностью и интенсивностью показано на рисунке 5. Отношение между сопротивлением и током сведено в таблицу, а его график показан на рисунке 6. Зависимость температуры и длины волны показана на рисунке 7. Соотношение мощности и площади поверхности показано на рисунке. Рисунок 8.График между спектральным излучением и длиной волны на рисунке 9 представляет природу классического черного тела

Рисунок 5. Зависимость интенсивности излучения от мощности лампочки.

Рис. 6. Зависимость тока, протекающего через нить накала, от сопротивления проволоки.

Рис. 7. Зависимость длины волны пикового излучения от температуры.

Рисунок 8.Зависимость мощности колбы от площади поверхности нити.

Рис. 9. Зависимость спектрального эмиттанса от длины волны.

кривая излучения. Для построения графиков использовались Microsoft Power Excel 2010 и программирование на Python. Различные графики при разных температурах, между спектральным коэффициентом излучения и длиной волны построены с помощью калькулятора излучения черного тела с высоким разрешением [26]. Кривая излучения между спектральным коэффициентом излучения и длиной волны была показана только для трех ламп различной мощности, учитывая, что кривая излучения других ламп различной мощности находится в пределах области этих кривых.Кривая излучения лампы 6 Вт, лампы 100 Вт и лампы 500 Вт показана на рисунках 10-12 соответственно. Пиковое значение длины волны при различных температурах было рассчитано с использованием закона смещения Вейна. Различные физические величины, такие как спектральная яркость,

Рис. 10. Вероятностное распределение излучения, испускаемого 6-ваттной лампой накаливания.

Рис. 11. Вероятностное распределение излучения, испускаемого 100-ваттной лампой накаливания.

Рис. 12. Вероятностное распределение излучения, испускаемого 500-ваттной лампой накаливания.

, пиковая спектральная яркость, яркость полосы и длина волны пика рассчитываются с помощью спектрального калькулятора абсолютно черного тела [26]. Нижний и верхний пределы длины волны были взяты равными 2,7 × 10 ^-7 м и 6 × 10 ^-6 м соответственно. Модель выбора нижнего значения и верхнего значения длины волны основана на распределении вероятностей (вероятности появления) спектра испускаемых излучений от колбы накаливания.График, построенный с помощью спектрального калькулятора высокого разрешения [26], дает кривую излучения абсолютно черного тела Планка, показанную на рисунках 10-12. Статистические данные между спектральным излучением и длиной волны показаны для аппроксимации кривой мощности. Эти данные получены с помощью «программы нониусного спектрального анализа» [27].

3.1. Методы статистического анализа

Среднее значение, стандартное отклонение, минимальное значение, максимальное значение, разница между крайними значениями длины волны, разница между крайними значениями спектрального излучения были рассчитаны с использованием программного обеспечения для нониусного спектрального анализа [27]. Длина волны нанесена по оси x, а спектральный коэффициент излучения — по оси y, которая показана на рисунке 9. Цель вычисления стандартного отклонения — понять, «насколько разбросан набор данных». Было показано, что уравнение аппроксимации кривой (регрессионного анализа) позволяет находить наиболее подходящую линию или кривую для ряда точек данных. Уравнение, полученное для аппроксимации кривой, можно использовать для поиска точек в любом месте кривой. График между спектральным излучением и длиной волны, показанный на рисунке 9, удовлетворяет уравнению у = а х б .Таким образом, рисунок 9 удовлетворяет аппроксимации кривой мощности. Нормальное распределение используется для вероятности нахождения длины волны в определенном пределе длины волны. Нормальное распределение излучения с длиной волны 400 нм, 500 нм и 600 нм показано на рисунках 13-15 соответственно.

При условии включения в исследовательскую работу целых цифр после запятой (длины и диаметра). Приведенное значение длины используемой нити накала указывается в трех десятичных разрядах, диаметр нити — в шести десятичных разрядах. Расчетный радиус от

Рисунок 13.Нормальное распределение излучения с длиной волны 400 нм.

Рис. 14. Нормальное распределение излучения с длиной волны 500 нм.

Рис. 15. Нормальное распределение излучения с длиной волны 600 нм.

, указанное значение диаметра, было сохранено с точностью до семи знаков после запятой. Целью включения почти всех цифр после запятой этих физических величин является минимизация возможных ошибок, которые могут возникнуть во время вычислений. Научный калькулятор использовался для расчета радиуса вольфрамовой нити накала, тока, протекающего в нити, мощности, рассеиваемой в нити, и площади поверхности нити.Приложение нормального распределения используется для построения кривой распределения.

3.2. Методы расчета температуры

Когда лампочка включается с помощью переключателя, на нить накаливания подается постоянное (переменное) напряжение V, равное 120 В. Поскольку нить накала имеет высокое сопротивление из-за ее малого диаметра и большой длины (см. Уравнение (11)), небольшое количество тока проходит через нить в соответствии с законом Ома

V = I R (8)

где I — ток, V — напряжение на нити накала, R — сопротивление нити [28].Затем нить накала нагревается, так как количество энергии P, производимое в нити накала, составляет

P = V 2 R (9)

Поскольку напряжение в нашей системе распределения электроэнергии является постоянной величиной, форма уравнения для мощности, рассеиваемой в резисторе, должна быть такой, как показано в уравнении (9), и не должна P = I 2 R . Поскольку V является константой, уравнение (9) связывает одну переменную R с другой переменной P. Если уравнение P = I 2 R , тогда P, I и R будут переменными.Нить накала сравнивается с теоретическим излучателем черного тела. Полная мощность, излучаемая на единицу площади поверхности (A) горячего объекта при температуре T (в Кельвинах), определяется законом Стефана-Больцмана [24]:

P A = ε σ T 4 (10)

где, σ называется постоянной Стефана-Больцмана и имеет значение 5,67 × 10 ⁻⁸ Вт / (м ² -K ⁴ ). Излучательная способность ε — количество, зависящее от материала. Для вольфрама значение ε принимается равным 0.421 при условии, что температура нити накала достигает около 2700 К [5]. Для длинной цилиндрической нити радиуса r и длины L площадь поперечного сечения A равна π r 2 а площадь поверхности S равна 2 π r l . Конечные эффекты на поверхности вольфрамовой нити не учитываются. Электрическое сопротивление материала R равно

R = ρ L A (11)

Комбинируя уравнение (9) и уравнение (11), мощность, рассеиваемая в нити накала, может быть записана как

P = V 2 π r 2 ρ L (12)

Поскольку напряжение в наших домах является фиксированным, из уравнения (9) очевидно, что для ламп большей мощности электрическое сопротивление нити накала должно уменьшаться по мере увеличения мощности лампы.Из уравнения (11) R можно уменьшить, увеличивая A (т. Е. R ² ) или уменьшая L. Следовательно, для ламп большей мощности необходимо либо увеличивать r, либо уменьшать L. Из закона Стефана-Больцмана [ 29] мощность, излучаемую нитью накала, также можно записать как

P = ε σ T 4 (2 π r L) (13)

Из уравнения (13) мы можем видеть, что мощность (яркость) лампы, температура (срок службы), радиус и длина нити взаимозависимы.Площадь поверхности нити накала может быть увеличена путем увеличения r. Из уравнения (13), если мощность увеличивается, желательно увеличить r и L, чтобы минимизировать повышение температуры T. Уравнение (12) и уравнение (13) можно приравнять, и мы получаем

Т 4 = V 2 r 2 ε σ ρ L 2 (14)

Уравнение (14) показывает взаимозависимость температуры, радиуса и длины нити накала. Излучательная способность вольфрамовой нити напрямую влияет на соотношение между температурой поверхности нити и ее спектром теплового излучения.

3.3. Сбор вторичных данных

Таблица 5 — это рабочие данные стандартных ламп. Все лампы, указанные здесь, одинарные, за исключением ламп мощностью 60 и 100 Вт, которые имеют двойную спираль. В таблице 5 показаны длина и диаметр нити накала различной мощности.

Все цифры после запятой берутся для расчета площади поверхности нити накала. Полученные цифры после запятой: 10 в 6, 10, 25, 40, 60, 100, 200, 300-ваттная лампочка и девять цифр в 500-ваттной лампочке. Так что погрешность в расчетах ожидается минимальной.Температура стекла, окружающего нить накала, считается очень небольшой по сравнению с температурой вольфрамовой нити. Таким образом, предполагается, что энергия, излучаемая на единицу площади в единицу времени (интенсивность излучения), зависит от температуры вольфрамовой нити.

3.4. Методы расчета длины волны

Не существует какого-либо теоретически выведенного прямого уравнения для расчета длины волны излучения, испускаемого лампой накаливания. Таким образом, поскольку лампа накаливания действует как источник черного тела, закон смещения Вейна в уравнении (15) используется для расчета максимальной длины волны испускаемого излучения.Хотя закон смещения Вейна в уравнении (15) используется только для более высоких энергий и более коротких длин волн, этот закон используется с учетом спектра излучения лампы накаливания, которое может состоять из очень небольшой части видимого света на более коротких длинах волн. Ультрафиолетовое излучение (320 — 340 нм) имеет более короткие длины волн [30]. Некоторые органы расширяют предел короткой длины волны до 400 нм, что соответствует видимому диапазону.

Таблица 5. Лампы разной мощности с указанием длины и диаметра нити накала (см.[10]).

Длина волны испускаемого излучения была рассчитана с использованием следующего соотношения.

Длина волны (λ) = h c 4,965 к T (15)

где h — постоянная Планка, c — скорость света, k — постоянная Больцмана, а T — температура тела.

3.5. Метод выбора длины волны

Есть распределение разных фотонов с разными энергиями. Пик распределения говорит нам о том, какой из этих фотонов присутствует в наибольшем количестве при данной температуре.Традиционная кривая спектра на рисунке 2 и спектральная кривая излучения черного тела на рисунке 4 используются для нахождения вероятностного распределения всего спектра в изменяющемся диапазоне длин волн. Например, длина волны большей части излучения, испускаемого колбой накаливания, имеет значение порядка 10 ^-6 . Это означает, что максимум испускаемого излучения находится в ближней инфракрасной области. Работа также основана на модели, согласно которой «Вероятность появления видимого света является квантовым результатом».

Работа основана на том, что «Никакие излучения не имеют фактического значения длины волны». Все они приблизительные. Нет никаких убедительных доказательств, которые можно было бы оправдать с помощью теоретической и экспериментальной процедуры, относительно достоверности предоставленного значения длины волны, которое мы используем в наши дни. Таким образом, различные значения длины волны (о которых я упоминал выше во введении и в обзоре литературы) попадают в определенный конкретный диапазон и являются только вероятностными.

Чтобы найти процент диапазона длин волн испускаемого лампы накаливания, было подсчитано общее количество квадратов на графике.Общее количество квадратных делений предполагается равным 100%. Поскольку кривая не занимает в точности целого квадрата; В расчет также берутся дробные части. Расчет производился вручную. Даже пятая часть квадратного деления была учтена в подсчете.

4. Результаты и обсуждение

Значение излучательной способности принимается равным 0,421 при условии, что температура нити накала достигает примерно 2700 К. Значение удельного сопротивления принято равным примерно 8,104 × 10 ^-7 Ом-м.Пропускаемый ток зависит от сопротивления нити накала. Сопротивление можно изменять, изменяя длину и диаметр нити. Единственный постоянный параметр — это приложенное напряжение.

4.1. Расчет измерения температуры

Температура нити накала зависит от приложенного напряжения, коэффициента излучения, радиуса, длины, удельного сопротивления нити и значения постоянной Стефана. Температура нити накала, когда лампа включена, рассчитывается с помощью уравнения (14).Подаваемое напряжение постоянно. В таблице 6 показано рассчитанное значение температуры.

Таблица 6. Расчет температуры.

Температура нагревательной нити зависит от ее длины и диаметра. Таким образом, мощность лампы зависит от длины и диаметра нити накала. Объем материала нити накала и площадь поверхности нити увеличивается, если мощность лампы увеличивается, за исключением ламп на 25 Вт и 40 Вт.Объем и площадь поверхности лампы на 25 Вт больше, чем у лампы на 40 Вт. Но интересным фактором является то, что температура лампочки на 40 Вт больше, чем у лампы на 25 Вт. Таким образом, из приведенного выше результата из Таблицы 6 можно сделать вывод, что, по крайней мере, один коэффициент должен превышать для фиксированной мощности.

4.2. Расчет сопротивления, тока, мощности и площади поверхности

При постоянном напряжении значение сопротивления зависит от мощности лампы. Таким образом, ток, протекающий через нить накала, зависит от сопротивления.Мощность лампочки в столбце (5) таблицы 7 является расчетным значением. Это значение аналогично откалиброванной мощности в лампочке. Подача напряжения постоянна.

Сопротивление является максимальным для лампы с меньшей мощностью и минимальным для лампы с более высокой мощностью, что можно увидеть в таблице 7. Сопротивление изменяется обратно пропорционально мощности лампы. Ток, проходящий через нить накала, увеличивается при увеличении мощности лампы, что можно узнать из таблицы 7. Таким образом, ток, протекающий через нить накала, должен быть больше для лампы с большей мощностью.

4.3. Расчет измерения интенсивности

Рассчитанные значения энергии, излучаемой на единицу площади в единицу времени (интенсивность) каждой лампочкой мощности, показаны в таблице 8. Значения получены с использованием уравнения (13). Интенсивность излучения зависит от температуры нити накала, как показано в уравнении (13). Значение интенсивности используется для нахождения спектрального эмиттанса (плотности энергии). Различные значения интенсивности при разной мощности приведены в таблице 8.

Таблица 7.Расчетное сопротивление, площадь, ток и мощность нити накала.

Таблица 8. Расчет интенсивности (полного лучистого потока) от мощности.

Результат силы света для каждой лампочки мощности, показанный здесь в Таблице 8, равен единице квадратного метра. Имеются колебания в значении интенсивности испускаемого излучения в том смысле, что они не находятся в порядке возрастания по отношению к мощности. Но интенсивность, рассчитанная для каждой лампочки мощности на основе их фактической площади поверхности, следует в порядке возрастания их мощности.

Освещающие области поверхности, с которой испускается излучение, зависят от длины и диаметра вольфрамовой нити накаливания лампы накаливания. Здесь, в Таблице 6, освещающая поверхность лампы на 60 Вт имеет большую длину и диаметр, чем лампа на 40 Вт, хотя температура нагревательной нити для лампы на 40 Вт выше, чем для лампы на 60 Вт. Интенсивность на квадратный метр в 40-ваттной лампе больше, чем в 60-ваттной лампе, но на самом деле интенсивность больше в 60-ваттной лампе, чем в 40-ваттной лампе, потому что площадь поверхности 60-ваттной лампы равна 0.0000765753 м ² (см. Таблицу 7), а площадь поверхности 40-ваттной лампы составляет 0,0000395031 м ² (см. Таблицу 7). Аналогичный факт наблюдается в случае лампочки на 300 и 500 Вт. Температура лампы на 300 Вт больше, чем лампы на 500 Вт, но площадь поверхности нити накала в лампе на 500 Вт больше, чем у лампы на 300 Вт. Таким образом, при определении общей интенсивности имеет значение не только температура, но и площадь поверхности нагревательной нити.

4.4. Сопротивление и ток

Изменение сопротивления и тока показано в таблице 7.Из таблицы 7 можно сделать вывод, что сопротивление и ток подчиняются обратной зависимости. Ток идет по оси x, а сопротивление — по оси y, как показано на рисунке 6.

Чем меньше значение сопротивления нити, тем больше протекает электрический ток. Лампа с более высокой мощностью имеет меньшее сопротивление нити накала и максимальный ток. Падение сопротивления по отношению к лампе с более низкой мощностью больше, чем падение сопротивления для лампы с более высокой мощностью. Разница между любыми двумя сопротивлениями больше для ламп с меньшей мощностью, чем для ламп с большей мощностью, как показано на рисунке 6. Сопротивление и ток имеют обратную графическую природу. Резко падает сопротивление от лампочки на 6 ватт до лампочки на 40 ватт. Падение сопротивления невелико, если мощность увеличивается. График имеет тенденцию показывать асимптотическое поведение после 200-ваттной лампы, что можно увидеть на рисунке 6. Поскольку разница между двумя сопротивлениями продолжает уменьшаться с увеличением мощности лампы; кривая, кажется, смещается от дискретного характера к непрерывному. Наклон кривой уменьшается. Графическое поведение на рисунке 6 является асимптотическим.

Δ R Δ P , не может быть нулем, потому что Δ R не может быть обнулен. Это означает, что мощность лампы накаливания не может быть увеличена путем снижения сопротивления после определенного предела.

4.5. Температура и длина волны

Значение излучательной способности не сильно влияет на значение температуры. Считается, что закон смещения Вайна подтверждает это утверждение, и ему предшествует следующий код:

Длина волны (λ) = h c 4. 965 кТ

Для ε = 0,421 , Т = 1983 К

Длина волны (λ) = 6,62 × 10 — 34 × 3 × 10 8 4,965 × 1,38 × 10 — 23 × 1983 = 1,46 × 10 — 6 м

Аналогично, когда ε = 0,386 , (который является эффективным коэффициентом излучения и равен 90% от 0,421), значение температуры оказалось равным 2027 К. Таким образом, при использовании

Длина волны (λ) = 6,62 × 10 — 34 × 3 × 10 8 4.965 × 1,38 × 10 — 23 × 2027 = 1,43 × 10 — 6 м .

Длина волны при двух разных значениях излучательной способности существенно не изменяется. Погрешность в процентах для двух значений температур с разной излучательной способностью (% погрешности) = 2,2 {две температуры, взятые здесь для расчета, равны 1983 K и 2027 K}.

Значение коэффициента излучения находится в диапазоне от 0,413 до 0,470, в зависимости от температуры нагревательной нити [приведено в таблице 3].

Соотношение температуры и длины волны пикового излучения показано на рисунке 7.

Как видно из Таблицы 9, максимальная длина волны излучения, испускаемого лампой накаливания, составляет порядка 10 ⁻⁶ м. С этой точки зрения можно оценить, что излучение, испускаемое колбой накаливания, несет в себе небольшое количество видимого излучения и большую часть инфракрасного излучения. Волны меньшей длины излучаются, когда температура нагретой нити накала продолжает расти.Пиковая длина волны излучения является наибольшей для 6-ваттной лампы, нагретой до температуры 1983 K, которая показана в таблице 9. Большая часть излучения, излучаемого 6-ваттной лампой, приходится на инфракрасное излучение.

4.6. Профиль мощности, объема и площади поверхности

В этом разделе мощность лампы обсуждается на основе площади поверхности и объема материала вольфрамовой нити. Площадь поверхности нити влияет на ее температуру. В таблице 10 показано, как площадь поверхности и объем материала нити накала связаны с мощностью лампы.В таблице 10 показаны объем материала нити накала и площадь поверхности вольфрамовой нити для разной мощности колбы.

Соотношение между мощностью лампы и площадью поверхности нити накала показано на рисунке 8.

Чем выше мощность лампы, тем выше площадь поверхности нити накала, как рассчитано в Таблице 7. Но случай отличается от лампы 25 Вт и 40 Вт, которые можно найти в Таблице 7. Нить накала лампы 40 Вт имеет более низкую поверхность. площадь, чем нить лампы 25 Вт, но температура нагревательной нити в лампе 40 Вт намного выше, чем у лампы на 25 Вт, как показано в Таблице 6.По крайней мере, один фактор важен для определения мощности лампы: «температура или площадь поверхности» нити накала.

Таблица 9. Оценка максимальной длины волны излучения по температуре.

Таблица 10. Профиль мощности, объема и площади поверхности.

4.7. Длина волны и спектральный коэффициент излучения

В этом разделе я обсудил поведение излучения, испускаемого колбой накаливания, на основе параметров: длины волны и спектрального излучения.Значение спектральной эмиссии излучений для различных значений длины волны можно рассчитать, взяв соотношение интенсивности испускаемого излучения (при определенной температуре) и длины волны. График между спектральным коэффициентом излучения и длиной волны на рисунке 9 показан только для 100-ваттной лампы. Излучение, испускаемое лампами разной мощности, ведет себя одинаково. Различные значения спектрального излучения на разных длинах волн приведены в таблице 11.

График спектрального излучения и длины волны

На рисунке 9 показано изменение спектрального коэффициента излучения в зависимости от длины волны.Крайние значения длины волны по оси x составляют 100 нм и 2500 нм. Точно так же крайние значения спектрального излучения по оси y составляют 1,68 × 10 ¹¹ Вт / м ³ и 84 × 10 ¹¹ Вт / м ³ .

График спектрального излучения и длины волны более точно соответствует кривой мощности. Уравнение кривой мощности удовлетворяет виду у = а х б . Среднеквадратичная ошибка аппроксимации кривой мощности составляет 0,002996. Значение степени b в x ^b , равно -0.9999, что постоянно. Значение коэффициента a равно 8397.

Статистика для графика между спектральным излучением и длиной волны при аппроксимации кривой мощности

x-Range = 100 — 2500 нм

у = а х б

а = 8397

б = -0,9999

RMSE = 0,002996

Стандартное отклонение = 21,959

Среднее значение = 14,632 × 10 ¹¹ Вт / м ³

Минимум = 3,360 × 10 ¹¹ Вт / м ³ @ 2500.000 нм

Максимум = 84,000 × 10 ¹¹ Вт / м ³ при 100 нм

Таблица 11. Зависимость спектрального эмиттанса от длины волны.

Среднеквадратичная ошибка меньше при аппроксимации кривой мощности. Уравнение кривой мощности: у = а х б . Кривая спектрального излучения и длины волны удовлетворяется уравнением кривой мощности.

Кривая выше на рисунке 9 подчиняется джинсовому закону черного тела Рэлея. Характер кривой ничего не говорит о спектре испускаемого излучения.Кривая не дает представления о наличии видимого излучения. Но излучение лампы накаливания формирует электромагнитный спектр. Таким образом, моделируя концепцию «вероятностного распределения плотности энергии излучения», излучения от колбы объясняются на основе закона планки плотности излучаемой мощности, который обсуждается ниже.

4.8. Кривые излучения лампы накаливания

Здесь я рассмотрел кривую излучения абсолютно черного тела для лампы мощностью 6, 100, 500 Вт. Для этих ламп рассчитываются значения излучательной способности, яркости, максимальной спектральной яркости, длины волны максимума, спектральной яркости, полосовой яркости.Эти значения показывают распределение вероятностей плотности энергии излучения. Значение нижнего предела и верхнего предела длины волны принято соответственно 0,27 мкм и 6 мкм. Эти значения выбраны потому, что они содержат все возможные длины волн (как более короткие, так и более длинные), которые могут излучаться лампой.

4.8.1. Кривая излучения черного тела для лампы 6 Вт

Результаты, полученные в этом разделе, относятся к лампе мощностью 6 Вт. Нить накала лампы мощностью 6 Вт нагревается до температуры 1923 К.Полученное значение максимальной длины волны составляет 1,4613 мкм. Значение сияния на метр ² на стерадиан составляет 117 502 Вт. Около 7,35485e + 18 фотонов требуется для одного джоуля энергии в 6-ваттной лампочке.

В лампе мощностью 6 Вт излучение отсутствует на 0,5 мкм ниже, что можно сделать вывод из рисунка 10. Так как длина волны голубого цвета составляет 500-520 нм, синего цвета составляет 435-500 нм, а фиолетового цвета — 380-435 нм. нм, длины волны этих цветов не наблюдаются в спектре излучения, испускаемого 6-ваттной лампой.Наблюдается незначительное количество зеленого и желтого цвета света. Излучаемый красный цвет света существует сравнительно в большем количестве, что можно увидеть на Рисунке 10.

4.8.2. Кривая излучения черного тела для лампы мощностью 100 Вт

Результаты, полученные в этом разделе, относятся к лампе мощностью 100 Вт. Нить накала 100-ваттной лампы нагревается до температуры 2436 К. Полученное значение максимальной длины волны составляет 1,18955 мкм. Значение сияния на метр ² на стерадиан составляет 267 587 ватт.Для получения одного джоуля энергии в 100-ваттной лампе требуется около 5,98557e + 18 фотонов.

В лампе мощностью 100 Вт все излучения, выходящие за пределы пикового значения длины волны (т. Е. 1,189 × 10 ⁻⁶ м), находятся в инфракрасной области, что можно увидеть на рисунке 11. Излучения ниже 0,4 мкм не существует. Это означает, что излучения с длиной волны менее 0,4 мкм, попадающие в ультрафиолетовые области, не существуют. Заметны крайне малые количества излучений с длиной волны 0,5 мкм и ниже.Вероятности обнаружения ультрафиолетового излучения нельзя ожидать. Вероятность обнаружения излучения с длиной волны равной красному свету максимальна. Большинство излучаемых излучений невидимы. Около 13 процентов испускаемого излучения имеет длину волны 1 × 10 ⁻⁶ м ниже. Около 5 процентов испускаемого излучения существует в диапазоне длин волн от 0,5 мкм до 0,75 мкм. Всего около 8% испускаемого излучения попадает в видимый диапазон.

Лампа мощностью 100 Вт не излучает фиолетовый свет.Синий цвет встречается в крайне незначительном количестве в спектре видимого излучения. Спектр другого цвета света, включая незначительное количество синего цвета, наблюдается в 100-ваттной лампочке.

4.8.3. Кривая излучения черного тела для лампы накаливания мощностью 500 Вт

Нить накала лампы мощностью 500 Вт нагревается до температуры 2575 К. Полученное значение максимальной длины волны составляет 1,12534 мкм. Значение сияния на метр ² на стерадиан составляет 334 091 ватт. Приблизительно 5,66338e + 18 фотонов требуется для одного джоуля энергии в лампе мощностью 500 Вт.Интенсивность испускаемого излучения составляет 1.04958e + 06 ватт в лампочке мощностью 500 ватт.

В лампе мощностью 500 Вт все излучения, превышающие пиковое значение длины волны (т. е. 1,125 × 10 ⁻⁶ м), находятся в инфракрасной области, которая может быть известна из рисунка 12. Никаких излучений слева от 0,4 мкм не существует. Это означает, что излучения с длиной волны менее 0,4 мкм, попадающего в ультрафиолетовую область, не существует. Заметны крайне малые количества излучений с длиной волны 0,5 мкм и ниже.Вероятности обнаружения ультрафиолетового излучения нельзя ожидать. Вероятность обнаружения излучения с длиной волны равной красному свету максимальна. Большинство излучаемых излучений невидимы. Около 18,5 процентов испускаемого излучения имеет длину волны менее 1 × 10 ⁻⁶ м. Около 13 процентов испускаемого излучения составляют от 0,75 мкм до 1 мкм. Около «6» процентов испускаемого излучения попадают в диапазон длин волн от 0,5 мкм до 0,75 мкм.

Около 11% испускаемого излучения попадают в видимый диапазон.В спектре излучения 500-ваттной лампочки можно ожидать крайне незначительное количество длины волны фиолетового цвета. Около 89% испускаемого излучения приходится на инфракрасный и другие области с более высокими длинами волн.

Когда сравниваются кривые излучения на рисунках 10-12 для 6, 100 и 500 Вт соответственно, количество испускаемого инфракрасного излучения видно больше всего в лампе мощностью 500 Вт и меньше всего в лампе мощностью 6 Вт. Кривая излучения более сглажена в лампе мощностью 6 Вт и менее сглажена в лампе мощностью 500 Вт.Это связано с более низким значением максимальной длины волны излучения в лампе мощностью 500 Вт, чем в лампе мощностью 6 Вт.

Излучательная способность зависит от интенсивности испускаемого излучения. Здесь лампа мощностью 500 Вт имеет наибольшую излучательную способность, чем лампа меньшей мощности (6 Вт). Спектральная яркость также увеличивается с увеличением мощности лампы. Более ясно, энергия, излучаемая поверхностью в телесный угол, в определенном направлении, в единичном интервале времени, единичной проецируемой площадью, в единичном интервале длин волн больше у лампы с более высокой мощностью (500 Вт), чем у лампы с меньшей мощностью. лампочка (лампочка на 6 ватт). Количество фотонов на джоуль больше в лампе мощностью 6 Вт, чем в лампе мощностью 500 Вт. Количество фотонов, необходимое для одного джоуля для лампы с меньшей мощностью (6 Вт), больше, чем для лампы с более высокой мощностью (500 Вт). Поскольку количество фотонов на джоуль (или на энергию) напрямую зависит от длины волны испускаемого излучения, для одного джоуля энергии в лампе мощностью 6 Вт требуется большее количество фотонов, чем в лампе мощностью 500 Вт. Более строго, сравнительно небольшое количество излучения с более короткой длиной волны испускается лампой меньшей мощности, чем лампой большей мощности.Более высокое значение спектральной яркости в 6-ваттной лампе указывает на то, что существует большее распределение более длинноволнового излучения, чем более коротковолновое. Более низкое значение спектральной излучательной способности в лампе мощностью 500 Вт указывает на то, что существует большее распределение излучения с более короткими длинами волн, чем распределение с более длинными длинами волн.

5. Статистический анализ

Ошибка между двумя значениями сопротивления для одной и той же лампы накаливания связана с величиной удельного сопротивления. Значение удельного сопротивления вольфрамовой нити меняется в зависимости от температуры, но мы взяли одно и то же конкретное значение удельного сопротивления для ламп разной мощности, которые нагреваются при разных температурах после прохождения тока.Например, разница в сопротивлении лампы мощностью 6 Вт (полученная двумя способами) больше по сравнению с лампой большей мощности. Это связано с тем, что лампа мощностью 6 Вт нагревается при более низкой температуре, чем лампы с более высокой мощностью. Таким образом, значение удельного сопротивления, принятое в расчете (при использовании R = ρ L A ) подлежит понижению.

Среднеквадратичная ошибка (RMSE) при подборе кривой мощности меньше, чем при подборе обратной кривой. Среднеквадратичная ошибка аппроксимации кривой мощности равна 0.002996, а при подборе обратной кривой среднеквадратичная ошибка составляет 0,003218. Точки более точно соответствуют кривой мощности. Уравнение кривой мощности: у = а х б . Значение a равно 8397, а b равно -0,9999. Значение x варьируется от 100 до 2500 нм.

При подборе обратной кривой точки выравниваются уравнением у = а х , где a = 8400, а RMSE равно 0,003218.

Нормальное распределение

Вероятности нахождения конкретной длины волны в определенном диапазоне вычисляются ниже.Вероятности обнаружения длин волн видимого излучения с длинами волн 400, 500 и 600 нм обсуждаются только здесь и показаны на рисунках 13-15 соответственно. Нижний и верхний пределы взяты соответственно 0,3 мкм и 1 мкм. Вероятность зависит от среднего значения, стандартного отклонения, значения нижнего предела и значения верхнего предела. Параметры, взятые для расчета вероятности получения среднего значения, удовлетворяют результату. Другие результаты также можно проверить аналогичным образом, варьируя параметры, поскольку все параметры (значение нижнего предела, значение верхнего предела, стандартное отклонение и среднее значение) могут быть приняты как переменные. Площадь под кривой представляет собой общую вероятность «1». Выделенная область под кривой представляет вероятность появления конкретной длины волны в определенном диапазоне.

1) 400 нм Длина волны

Здесь обсуждается вероятность обнаружения длин волн 400 нм в диапазоне от 0,3 мкм до 1 мкм. Величина разброса 0,7 мкм.

Нижний предел (a) = 0,3 × 10 ⁻⁶ м

Верхний предел (b) = 1 × 10 ⁻⁶ м

Стандартное отклонение (σ) = 0.7 × 10 ⁻⁶

Среднее значение (μ) = 400 нм

Вероятность = 0,35801

Область синего цвета под кривой на рисунке 13 расположена вокруг среднего значения, которое представляет собой возникновение максимальной вероятности. Узкое распределение означает, что вероятность того, что значения не упадут далеко от среднего, выше. Вероятность обнаружения излучения с длиной волны 400 нм в пределах от 0,3 мкм до 1 мкм составляет 0,35801. Около 35,801 процента излучений с длиной волны 400 нм находится в диапазоне от 0 до 0. 3 мкм и 1 мкм.

Общая вероятность = вероятность обнаружения длины волны 400 нм + вероятность обнаружения другой длины волны, кроме длины волны 400 нм.

Вероятность обнаружения другой длины волны, кроме длины волны 400 нм = Общая вероятность — вероятность обнаружения длины волны 400 нм = 1 — 0,35801

= 0,64199

= 64,199%

Вероятность обнаружения других длин волн от 0,3 мкм до 1 мкм, кроме длины волны 400 нм, составляет 64,119%.

2) 500 нм Длина волны

Здесь вероятность найти длину волны 500 нм в диапазоне между 0.Обсуждается 3 мкм и 1 мкм. Величина разброса 0,7 мкм.

Нижний предел (a) = 0,3 × 10 ⁻⁶ м

Верхний предел (b) = 1 × 10 ⁻⁶ м

Стандартное отклонение (σ) = 0,7 × 10 ⁻⁶

Среднее значение (μ) = 500 нм

Вероятность = 0,37141

Области более синего цвета под кривой на рисунке 14 группируются вокруг центрального пика, чем на рисунке 13, что означает максимальную вероятность появления длины волны 500 нм в указанном диапазоне длин волн. Вероятность обнаружения излучения с длиной волны 500 нм в пределах от 0,3 мкм до 1 мкм составляет 0,37141. Около 37,141 процента излучений с длиной волны 500 нм существует в диапазоне от 0,3 мкм до 1 мкм.

Общая вероятность = вероятность обнаружения длины волны 500 нм + вероятность обнаружения другой длины волны, кроме длины волны 500 нм.

Вероятность обнаружения другой длины волны, кроме длины волны 500 нм = Общая вероятность — вероятность обнаружения длины волны 500 нм = 1 — 0.37141

= 0,62859

= 62,859

Вероятность обнаружения других длин волн от 0,3 мкм до 1 мкм, кроме длины волны 500 нм, составляет 62,859%.

3) 600 нм Длина волны

Здесь обсуждается вероятность обнаружения длин волн 600 нм в диапазоне от 0,3 мкм до 1 мкм. Величина разброса 0,7 мкм.

Нижний предел (a) = 0,3 × 10 ⁻⁶ м

Верхний предел (b) = 1 × 10 ⁻⁶ м

Стандартное отклонение (σ) = 0.7 × 10 ⁻⁶

Среднее значение (μ) = 600 нм

Вероятность = 0,37842

Вероятность обнаружения излучения с длиной волны 600 нм в пределах от 0,3 мкм до 1 мкм составляет 0,37842. Примерно 37,842 процента излучения с длиной волны 600 нм существует в диапазоне от 0,3 мкм до 1 мкм.

Общая вероятность = вероятность обнаружения длины волны 600 нм + вероятность обнаружения другой длины волны, кроме длины волны 600 нм.

Вероятность обнаружения другой длины волны, кроме длины волны 600 нм = Общая вероятность — вероятность обнаружения длины волны 600 нм = 1 — 0.37842

= 0,62158

= 62,158%

Это показывает, что вероятность обнаружения других длин волн от 0,3 мкм до 1 мкм, кроме длины волны 600 нм, составляет 62,158%.

Сгруппированные вокруг центрального пика наибольшие на длине волны 600 нм и наименьшие на длине волны 400 нм. Это означает, что вероятность появления излучения с длиной волны 600 нм является наибольшей среди длин волн 400, 500 и 600 нм. Белая область под кривой указывает вероятность появления волн других длин, кроме тех, вероятность появления которых подлежит определению.

6. Значение исследования

Уравнение измерения температуры, представленное в этой работе, можно использовать для всех нагретых твердых тел (имеющих сопротивление, которое зависит от его длины и площади) под действием приложенного напряжения. Пиковое значение длины волны, полученное с помощью закона смещения Вейна, является лишь индикатором, который помогает исследовать, «как распределяется энергия испускаемого излучения». Итак, закон смещения Вейна можно использовать, если нам нужно найти распределение вероятностей плотности энергии излучения в колбе накаливания.Лишь небольшая часть испускаемого излучения (которое может варьироваться в зависимости от мощности лампы) попадает в видимую область, оставшаяся часть может быть полезна для производства тепла. Таким образом, лампа накаливания полезна как для света, так и для значительного тепла.

7. Обзор исследований

Закон смещения Вейна применим для интерпретации электромагнитного спектра, излучаемого лампой накаливания. Уравнение смещения Вейна, которое использовалось, выглядит следующим образом: (λ макс) = h c 4,965 кТл .Если мы предположим постоянное значение в правой части, отличное от значения (4.965), при сохранении постоянных других параметров, будет две вероятности получения значения длины волны. Два вероятных значения либо больше, либо меньше значения длины волны, полученного с помощью уравнения (λ макс) = h c 4,965 кТл . Предположим, если мы уменьшим постоянное значение 4,965, значение максимальной длины волны λ макс , выше. При более высоком значении максимальной длины волны кривая излучения черного тела не дает вероятности получения длины волны в видимой области, что противоречит практическому поведению лампы накаливания.Точно так же, если мы увеличим постоянное значение 4,965, максимальная длина волны будет меньше. При меньшем значении максимальной длины волны кривая распределения черного тела такова, что существует вероятность обнаружения меньшей длины волны в ультрафиолетовой области, что также противоречит практическому поведению лампы накаливания. Итак, уравнение (λ макс) = h c 4,965 кТл может использоваться для анализа электромагнитного спектра, излучаемого лампой накаливания.

8. Выводы

Лампа накаливания следует кривой излучения абсолютно черного тела. В видимую область попадает лишь очень небольшая часть излучения. За кривой следует закон Планка для плотности излучаемой мощности. Ультрафиолетовое излучение не испускается из лампы накаливания наблюдаемого ватта. В лампе мощностью 6 Вт спектр излучаемого излучения не содержит голубого, синего и фиолетового цветов. В лампочке мощностью 100 Вт фиолетовый цвет отсутствует в спектре излучаемого видимого света. В лампочке мощностью 500 Вт наблюдается спектр всех цветов света. Максимальная интенсивность красного света излучается в колбе накаливания.Интенсивность испускаемого излучения продолжает уменьшаться с уменьшением длины волны излучения. Это означает, что меньшее количество излучений или фотонов с более высокой энергией испускается в лампе с более высокой мощностью и большее количество излучений с меньшей энергией испускается в лампе с меньшей мощностью. Например, на рисунках 10-12 интенсивность испускаемого красного цвета света больше, чем у других видимых цветов света (по сравнению с видимым цветным излучением). Мощность лампочки напрямую зависит от радиуса нити накала.Чем больше радиус нити накала, тем больше мощность лампы. Расчетное значение мощности говорит о том, что длина и диаметр нити накала, взятой в работе, являются вполне правильными.

Температура не является ключевым фактором мощности лампы. Нить накала с более высокой температурой также может иметь меньшую мощность. Радиус — важный фактор, определяющий мощность лампочки. Сопротивление нити также косвенно связано с мощностью лампы. Сопротивление лампы большей мощности ниже, поэтому ток, протекающий через лампу большей мощности, больше.Ток, проходящий через лампочку, продолжает увеличиваться, если мощность лампочки увеличивается.

Благодарности

Это исследование было поддержано Комитетом по управлению исследованиями Birendra Multiple Campus. Выражаю особую благодарность Birendra Multiple Campus, которые предоставили информацию и знания, которые в значительной степени помогли исследованию. Это путешествие было бы невозможно без поддержки членов моей семьи и профессоров.

Конфликт интересов

Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов в связи с публикацией данной статьи.

Цитируйте эту статью

Раджендра, Н. (2020) Исследование излучений, испускаемых колбой накаливания разной мощности. Журнал прикладной математики и физики , 8, 1615-1645. https://doi.org/10.4236/jamp.2020.88124

Список литературы

1. 1. https://en.m.wikipedia.org> Вольфрам


2. 2. Розенхайн, В. (1927) Вольфрам: трактат о его металлургии, свойствах и применении. Природа, 119, 884-885. https://doi.org/10.1038 / 119884a0


3. 3. https://www.chemicool.com/elements/tungsten.html


4. 4. Джонс, Х.А. (1927) Характеристики вольфрамовых нитей как функции температуры. Дженерал Электрик Ревью, 30, 310.


5. 5. Форсайт, W.E. и Уортинг, А.Г. (1925) Свойства вольфрама и характеристики вольфрамовых ламп. Астрофизический журнал, 61, 146. https://doi.org/10. 1086/142880


6. 6. Ху Ф.J. и Lucyszyn, S. (2015) Моделирование миниатюрных ламп накаливания для тепловизионных инфракрасных «THZ-факелов». Журнал инфракрасных, миллиметровых и терагерцовых волн, 36, 350-367. https://doi.org/10.1007/s10762-014-0130-8


7. 7. Дэн М., Гэри К. и Грейдон А. (1999) Основы физики лампы накаливания (лампочка). Учитель физики, 37, 520-525. https://doi.org/10.1119/1.880392


8. 8. Сэм К. (2012) Воздействие энергии и атмосферы.В: Справочник по проектированию и строительству экологичных зданий, Баттерворт-Хайнеманн, Оксфорд, 6. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-385128-4.00009-3


9. 9. Чоудхури, A.K.R. (2014) Характеристики источников света. В: Принцип измерения цвета и внешнего вида, Elsevier, Амстердам, 1-52. https://doi.org/10.1533/9780857099242.1


10. 10. Агравал, округ Колумбия (2011) Фактор намотки в вольфрамовых лампах накаливания. Латиноамериканский журнал физического образования, 5, 443-449.


11. 11. Лампа накаливания. https://en.m.wikipedia.org


12. 12. Siewert, C.E., Zweifel, P.F. (1981) Перенос излучения в модели пикетного заграждения. Журнал количественной спектроскопии и переноса излучения, 64, 219-226.


13. 13. Ранганат Г.С. (2008) Излучение черного тела. Резонанс, 13, 115-133. https://doi.org/10.1007/s12045-008-0028-7


14. 14. Дэвид Х.С., Морис Б. и Уильям М. (2012) Инфракрасное, видимое и ультрафиолетовое излучение.Джон Вили и сыновья, Хобокен. https://doi.org/10.1002/0471435139.tox102.pub2


15. 15. Пидвирный М. (2006) Природа радиации. В: Основы физической географии, 2-е издание, Университет Британской Колумбии, Оканаган, 115. http://www.physicalgeography.net/fundamentals/6f.html


16. 16. Карла Изабель, Р. (2015) Звездный свет внутри лампочки. Европейский журнал для учителей естественных наук, 31, 2.


17. 17. Эндрю Циммерман, Дж.(2020) Понимание цветов, составляющих белый свет. https://www.oughttco.com/the visible-light-Spectrum-2699036


18. 18. Ян Х. и Вэй Б. (2016) Точные исследования теории теплового излучения черного тела. Научные отчеты, 6, статья № 37214. https://doi.org/10.1038/srep37214


19. 19. Сингхал С.С., Агарвал Дж. П., Сатья П. (1998) Тепловая термодинамика и статистическая физика. Прагати Пракашан, Меерут, 379–380.


20. 20.Даль, А. и Ван Дузен, М.С. (1947) Зависимость сопротивления от температуры и термоэлектрические свойства урана. Журнал исследований Национального бюро стандартов, 39, 53-58. https://doi.org/10.6028/jres.039.037


21. 21. Ling, S.J. (2016) Электромагнитный спектр. Университетская физика. Том 2, 364.


22. 22. Ральф, А.Ф. (2006) Поведение излучательной способности вольфрамовой нити. FAR Associates 1532, Ньюпорт Драйв, Македония, 1-6.


23. 23.Патхаре, С.Р., Лахан, Р.Д., Савант, С.С., Патил, С.С. (2010) Потери мощности из-за горячей вольфрамовой нити. 8.


24. 24. Блевин, У. Р., Браун, У. Дж. (1971) Точное измерение постоянной Стефана-Больцмана. Метрология, 7, 15. https://doi.org/10.1088/0026-1394/7/1/003


25. 25. Россоу, Р.А. (2005) Расчет температуры черного тела по спектрам видимого и ближнего ИК-диапазона для газовых печей. Факультет аспирантуры Университета Миссури, Колумбия, 34-35.


26. 26. https://www.spectralcalc.com (blackbody)


27. 27. https://www.vernier.com/support/sa4


28. 28. Митчелл, Б., Экей, Р., Маккалоу, Р. и Райтц, В. (2018) Фантастическое количественное исследование закона Ома. Учитель физики, 56, 75-78. https://doi.org/10.1119/1.5021431


29. 29. Карла М. (2013) Закон Стефана-Больцмана для вольфрамовой нити накаливания лампочки: новый взгляд на эксперимент. Американский журнал физики, 81, 512-517.https://doi.org/10.1119/1.4802873


30. 30. Шанти, Н., Индермит, К., Генри, В.Л. и Илтефат, Х.Х. (2020) Видимый свет в фотодерматологии. Фотохимические и фотобиологические науки, 19, 99-104.

Лампы накаливания: материалы и типы накаливания

В этой статье мы обсудим следующее: — 1. Материалы нити накала, используемые в лампах накаливания 2. Размеры нити накаливания 3. Типы 4. Влияние старения 5. Влияние колебаний напряжения.

Материалы нити, используемые в лампах накаливания:

Иногда дуговые лампы использовались для общего освещения, но поскольку угольные дуговые лампы были сложными, их заменили лампы накаливания для общего освещения.

Когда электрический ток проходит через тонкую металлическую проволоку, выделяется тепло, и температура проволоки увеличивается. При низких температурах проволока излучает тепловую энергию, так как температура проволоки увеличивается из-за нагрева, она излучает как тепло, так и световую энергию.Чем выше температура провода, тем больше излучается световая энергия. Черное тело при нагревании до 6250 ° C излучает максимальную энергию в видимом диапазоне спектра.

Лампа накаливания или лампа накаливания состоит из полностью вакуумированного стеклянного шара и тонкой проволоки, известной как нить накала, внутри нее. Стеклянный шар вакуумируется, чтобы предотвратить окислительные и конвекционные токи нити, а также предотвратить снижение температуры под действием излучения.

Материал, из которого могут быть изготовлены нити ламп накаливания, должен обладать такими свойствами, как высокая температура плавления, низкое давление пара, высокое удельное сопротивление, низкий температурный коэффициент, пластичность и достаточная механическая прочность, чтобы выдерживать вибрации во время использования.

Материалы, из которых могут быть изготовлены нити в лампах накаливания, — это углерод, осмий, тантал и вольфрам. Хотя уголь имеет температуру плавления 3500 ° C, но его главный недостаток заключается в том, что он начинает испаряться с очень высокой скоростью, если он эксплуатируется при температуре выше 1800 ° C, кроме того, его температурный коэффициент сопротивления отрицательный, то есть его сопротивление уменьшается с увеличением по температуре и, следовательно, потребляет больше тока от сети.

Из-за низкой рабочей температуры его КПД довольно низок и составляет порядка 3.5 люмен на ватт. Осмий — очень редкий и дорогой металл. Температура плавления осмия составляет 2600 ° C. Средняя эффективность осмиевой лампы составляет порядка 5 люмен на ватт. Температура плавления тантала составляет всего 2800 ° C, и поэтому его нельзя эксплуатировать при более высоких температурах, чтобы обеспечить большую эффективность. Эффективность танталовых ламп накаливания составляет около 5 люмен на ватт.

В настоящее время вольфрам является наиболее часто используемым металлом для изготовления волокон из-за его высокой температуры плавления (3400 ° C), высокого удельного сопротивления и низкого температурного коэффициента (0.0051), низкое давление пара, пластичность и механическая прочность, позволяющая выдерживать вибрацию во время использования. Горячее сопротивление вольфрамовой нити примерно в 15 раз превышает сопротивление холоду, поэтому в момент переключения возникает скачок тока.

Однако пусковой ток не превышает 15-кратного нормального тока. Поскольку нить накала нагревается сразу и сопротивление увеличивается почти мгновенно, пусковой ток достигает максимального значения за 0,003 секунды и падает до нормального рабочего значения за 0.2 секунды.

Средняя эффективность вольфрамовой лампы накаливания составляет около 10 люмен на ватт. Спектр света лампы накаливания непрерывен, то есть он содержит все цвета, но содержит относительно избыток красного и желтого излучений и меньше синего и фиолетового излучений.

В зависимости от напряжения и мощности диаметр нити накала вольфрамовой лампы может составлять всего 10 микрон (примерно одна шестая диаметра человеческого волоса).

Влияние диаметра нити накала на нагрев легко найти, если предположить, что тепло, теряемое конвекцией, незначительно по сравнению с теплотой, теряемой за счет излучения. Мощность, поглощаемая нитью накала —

Где I — ток нити накала в амперах, ρ — удельное сопротивление материала нити при рабочей температуре, l — длина нити, а d — диаметр нити. Мощность, излучаемая нитью накала —

= eK × площадь поверхности × (T ₁ ⁴ — T ₀ ⁴ ) = eK × πdl x (T ₁ ⁴ — T ₀ ⁴ )

, где e — коэффициент излучения поверхности, K — постоянная величина, T ₁ — температура нити накала, а T ₀ — температура окружающей среды.

Поскольку потребляемая мощность = излучаемая мощность

Для двух нитей из одного материала, работающих при одинаковой температуре, диаметр d пропорционален I ^2/3 .

1. Газовые лампы:

Металлическая нить накала может работать в вакуумированной колбе при температуре до 2000 ° C без окисления, и если с ней работать при более высокой температуре, она быстро испаряется и затемняет лампу.Для повышения эффективности необходимо использовать рабочую температуру более 2000 ° C, сдерживая испарение, что возможно при заполнении баллона инертным газом-аргоном с небольшим процентным содержанием азота. Азот добавлен, чтобы уменьшить вероятность возникновения дуги.

Криптон — лучший газ для этой цели, но он настолько дорог, что используется только в лампах специального назначения, таких как шахтерские лампы. Вольфрамовую нить можно безопасно сжигать при температуре от 2400 ° C до 2750 ° C в зависимости от размера лампы.Однако из-за наличия газа происходит потеря тепла из-за конвекционных токов. Эти потери зависят от площади поверхности нити. В таких лампах используются спиральные нити накала, которые занимают гораздо меньше места по сравнению со спиральными нитями.

Спиральная нить катушки изготавливается путем наматывания вольфрамовой проволоки на тонкую железную проволоку с образованием спирали, которая снова наматывается на толстую железную проволоку для образования спиральной катушки (железо позже растворяется кислотой). Спиральные нити также имеют более низкую скорость испарения вольфрама.Это испарение в конечном итоге вызывает почернение колбы, поскольку пары вольфрама конденсируются в виде черной пленки на внутренней поверхности колбы. В газовой лампе горячий газ уносит пары вольфрама вверх.

Таким образом, черное пятно образуется в верхней части колбы, а не распространяется по всей внутренней поверхности, как в колбе высокого вакуума. Внутрь колбы часто помещают химические вещества, называемые «геттерами», чтобы улавливать пары вольфрама и тем самым снижать скорость почернения. К каждому подводящему проводу также может быть прикреплен кусок проволочной сетки, называемой коллекторной сеткой, для притягивания частиц паров вольфрама.Эффективность спиральной лампы составляет около 12 люмен / ватт.

Однако для ламп малой мощности потери тепла из-за введения газа больше, чем у ламп средней мощности, поэтому для ламп низкой мощности (до 40 Вт) используются лампы вакуумного типа.

2. Галогенная лампа:

Галогенная лампа — последний представитель семейства ламп накаливания. Она обладает рядом преимуществ перед обычной лампой накаливания. Срок службы и эффективность лампы накаливания снижаются по мере использования — отчасти из-за медленного испарения нити накала, а отчасти из-за черного налета, образующегося на внутренней стороне колбы.Добавление небольшого количества паров галогена к наполняющему газу восстанавливает часть испаренных паров вольфрама обратно в нить посредством химической реакции, то есть существует своего рода «регенеративный цикл».

Галогенные лампы обладают следующими преимуществами:

(i) Лампа не почернела, следовательно, не снижалась световая отдача.

(ii) Высокая рабочая температура с повышенной светоотдачей, варьирующейся от 22 люмен на ватт до 33 люмен на ватт.

(iii) Уменьшенные габариты ламп — миниатюрные размеры.

(iv) Длительный срок службы — 2000 часов.

(v) Лучшая цветопередача.

Галогенные лампы мощностью до 5 кВт подходят для наружного освещения зданий, игровых площадок, больших садов, фонтанов, автостоянок, взлетно-посадочных полос аэропортов и т. Д., А также для освещения общественных залов, заводов, спортзалов. , фотостудии, кино- и телестудии и др.

Светоотдача лампы накаливания постепенно уменьшается.По мере старения вольфрамовой лампы ее светоотдача уменьшается по двум причинам. Испарение нити приводит к потемнению лампы. Кроме того, испарение заставляет нить медленно уменьшаться в диаметре, а это означает, что сопротивление нити увеличивается. Следовательно, старая нить накала потребляет меньше тока и работает при более низкой температуре, что снижает ее светоотдачу.

В свою очередь, КПД лампы (световой поток / потребляемая мощность) также снижается с течением времени. Потребляемый ток и мощность, потребляемая нитью накала, уменьшаются с той же скоростью, что и лампа.Однако эффективность снижается примерно в четыре раза быстрее, а светоотдача уменьшается примерно в пять раз. Общая амортизация светоотдачи составляет примерно 15% в течение срока полезного использования.

На рабочие характеристики лампы накаливания существенно влияет отклонение от ее нормального рабочего напряжения. Увеличение рабочего напряжения на 5% увеличивает световой поток на 20%, но сокращает срок службы лампы на 50%.С другой стороны, снижение рабочего напряжения на 5% приводит к уменьшению светового потока примерно на 20%, но удваивает срок службы лампы.

КПД лампы (люмен / ватт) увеличивается с увеличением напряжения из-за повышения температуры и пропорционален квадрату напряжения. Изменение приложенного напряжения на 1% увеличивает мощность лампы на 1,5%, КПД на 2%, световой поток на 3,5%. Нормальный срок службы лампы накаливания составляет около 1000 рабочих часов. Изменения энергопотребления, светового потока, эффективности и срока службы ламп накаливания при изменении напряжения показаны на рис.7.29.

Аналитически эти отношения представлены ниже:

Люмен на выходе ∝ (В) ^3,55

Потребляемая мощность ∝ (В) ^1,55

Световая отдача ∝ (В) ²

Life (V) ^-13 для вакуумных ламп;

∝ (В) ^-14 для газонаполненных ламп

Преимущества:

1. Рабочий коэффициент мощности равен единице.

2.Прямая работа от стандартного распределительного напряжения.

3. Доступность в различных формах и оттенках.

4. Хорошие радиационные характеристики в световом диапазоне.

5. Отсутствие влияния температуры окружающего воздуха.

Почему лампы накаливания очень неэффективны и быстро перегорают?

Вы слышали историю о самой долговечной лампочке?

Это лампа накаливания с углеродной нитью ручной работы, изготовленная в Шелби, штат Огайо. Он горит почти непрерывно с момента его включения в 1901 году.Это колоссальные 119 лет в 2020 году.

Он также был внесен в Книгу рекордов Гиннеса и книгу Рипли «Хотите верьте, хотите нет!».

Как ни примечательна эта история, она единственная в своем роде. Ваш личный опыт перегорания лампочек, вероятно, расскажет вам совсем другую историю.

На практике лампы накаливания обычно имеют срок службы около 2000 часов, что означает, что они прослужат менее одного года при ежедневном использовании в течение 6 часов.

Лампы накаливания крайне неэффективны, потому что 90% энергии расходуется в виде тепла, и только 10% преобразуется в видимый свет.Причина перегорания лампы накаливания связана с возможным истончением вольфрамовой нити, которая горит добела и излучает свет. Проблема усугубляется чрезмерным импульсным током, который проходит через нить накала при каждом включении лампы.

Как работает лампа накаливания?

Знаете ли вы, что лампам накаливания больше десяти лет?

Верно, лампы накаливания были впервые изобретены в 1879 году плодовитым ученым и изобретателем Томасом Эдисоном.

После тысяч экспериментов по тестированию всего, от платины до кокосового волокна, Эдисон подал в США патент на электрическую лампу накаливания, в которой используется «углеродная нить или полоска, скрученная и соединенная с платиновыми контактными проводами».

Так как это работает?

Эдисона состоит из тонкой углеродной нити, расположенной внутри стеклянной вакуумной колбы. Сама нить тоньше, чем прядь волос, и свернута в спираль.

При прохождении электрического тока нить накала действует как излучатель черного тела.По сути, электричество дает дополнительную энергию атомам нити. Но из-за этого атомы становятся нестабильными.

Поскольку они не знают, как реагировать на эту новообретенную энергию, атомы снова переходят в более низкую энергию. Для этого они выделяют дополнительную энергию в виде фотонов, также известных как свет.

Проще говоря, электричество нагревает нить до тех пор, пока она не начнет светиться и не испускает свет.

Понял?

Интересно, что хотя лампы накаливания претерпели незначительные изменения и усовершенствования, со времен Эдисона мало что изменилось.

Основным усовершенствованием является добавление в стеклянную колбу инертных газов, таких как аргон и азот. Это предназначено для минимизации испарения нити накала и продления срока службы лампы.

Тепло и светоотдача: сколько тепла выделяет лампочка?

Теперь, когда вы понимаете, как работают лампы накаливания, давайте поговорим об их эффективности. Или я должен сказать неэффективность ?

В течение многих лет лампы накаливания считались самыми дешевыми осветительными приборами на рынке.Но это произошло за счет ужасающей неэффективности.

Лампы накаливания не очень хорошо понимают, что делать с подаваемой в них электроэнергией.

Около 90% электроэнергии, потребляемой лампой накаливания, расходуется в виде тепла, а жалкие 10% фактически используются для создания света. Это связано с тем, что вольфрамовая нить внутри лампы накаливания должна быть нагрета примерно до 4600 градусов по Фаренгейту для получения света.

Неэффективность ламп накаливания часто выражается в светоотдаче.Это показатель того, насколько хорошо источник света излучает видимый свет. Он рассчитывается путем деления светового потока (количества света) на лучистый поток (общее количество излучаемой энергии).

Большинство ламп накаливания имеют коэффициент светоотдачи от 2 до 3 процентов. Для сравнения: светодиоды обычно стоят от 5 до 20 процентов.

Итак, как видите, лампам накаливания есть куда дорабатывать.

Это хороший пример одного из фундаментальных законов физики — сохранения энергии.Этот принцип гласит, что энергия не может быть создана или уничтожена. Его можно только переносить из одной формы в другую.

При включении 100-ваттной лампы 100 ватт электроэнергии преобразуется в 100 ватт света и тепла. Поскольку лампы накаливания невероятно неэффективны и имеют световую отдачу 2-3%, это обычно означает 98 Вт тепла и 2 Вт света.

В этом смысле лампы накаливания более эффективны в качестве обогревателей, чем в качестве источников света.Подробнее об этом позже.

Но поскольку глобальный интерес к глобальному потеплению и зеленой энергии вырос за последние два десятилетия, лампы накаливания быстро оказались на линии огня.

В настоящее время в большинстве стран запрещено производство, распространение, продажа и использование ламп накаливания. Среди них — Европейский Союз, Австралия, Канада, Россия и США.

По данным Green Tech Media, ограничения привели к падению мировых продаж ламп накаливания с 12 миллиардов до 2 миллиардов штук в год.Также предполагается, что эти правила позволят сократить выбросы CO2 до 15 миллионов тонн в год!

Вместо ламп накаливания большинство стран продвигает использование КЛЛ или, что еще лучше, светодиодов.

Почему перегорают лампы накаливания?

Традиционная лампа накаливания состоит из стеклянного корпуса и вольфрамовой нити, расположенной прямо по центру.

Эта вольфрамовая нить накала сделана из очень длинной, но тонкой проволоки, первоначально почти 2 метра длиной, скрученной снова и снова, и в конечном итоге ее длина составляет всего около 3 см, чтобы поместиться в небольшое пространство колбы.

Теперь, если вы помните свой урок естествознания, причина того, что лампочка загорается, заключается в том, что ток проходит через тонкую металлическую проволоку, заставляя ее раскаливаться добела, и в качестве побочного продукта этого тепла также излучается видимый свет.

Когда металл холодный, он имеет очень низкое сопротивление току, а это означает, что металл пропускает через него большой ток, даже больший, чем это безопасно для металла.

Собирая все вместе, вот точный процесс, при котором лампа накаливания внезапно выходит из строя или перестает работать.Скорее всего, это произойдет при включении:

Когда лампа выключена, вольфрамовая нить накала холодная и поэтому имеет очень низкое сопротивление. Когда лампочка включается от выключателя, ток начинает идти в нить.

Поскольку сопротивление довольно низкое, в несколько десятков Ом, нить накала пропускает мощный всплеск тока, который, как вы уже догадались, также называют «импульсным током», проклятием электроники.

В течение следующих нескольких миллисекунд нить накала мгновенно нагревается, увеличивая сопротивление металлической нити до нескольких сотен Ом.

Таким образом, проходящий через него ток уменьшается до нормальных ампер.

Теперь, если лампа новая и хорошо сделанная, с достаточно толстой нитью, чтобы выдерживать такие скачки, и вольфрам не ослабел из-за использования с течением времени, лампа продолжит работать в обычном режиме, давая раскаленный добела тепло и свет.

Однако мы видим катастрофические отказы!

Со временем атомы вольфрама расходуются из-за накаливания, когда атомы вольфрама буквально переходят из твердого состояния в газообразное парообразное состояние.

Это постепенное испарение нити явно ослабляет ее то тут, то там.

В один прекрасный день, когда лампочка включается, через нее проходит огромный порыв тока, но на этот раз он мгновенно сжигает ослабленную вольфрамовую нить, и лампочка отключается навсегда.

Как только вы задумаетесь о том, что температура металла за миллисекунды переходит от комнатной до примерно 3000 ° C (5400 ° F) с незначительным сопротивлением сильному току, вдобавок к этому, вы начинаете задумываться, почему лампы накаливания не перегорают. каждый раз они включаются!

Могут ли перегоревшие лампы накаливания вызвать пожар?

Знаете ли вы, что бумага может начать гореть при температуре около 240 ° C (464 ° F)?

И если вы внимательно прочитаете раздел выше, температура внутри лампы накаливания может достигать около 3000 ° C (5400 ° F).Не требуется много науки, чтобы выяснить, что лампы накаливания, которые используются неправильно, могут стать причиной пожаров в доме в прошлом.

Несколько основ правильного использования ламп накаливания защитят вас в большей безопасности, чем незнание опасностей.

Перегретое приспособление из-за недостаточной вентиляции или использования лампы с более высокой, чем рекомендовано, мощностью может привести к сгоранию розетки, расплавлению компонентов и, в конечном итоге, к возгоранию
.

Также читайте: Будут ли светодиодные лампы плавить пластик?

Закрытые светильники, такие как стеклянные шары, особенно подвержены нагреву.

Почему лампы накаливания продолжают гореть в одной розетке?

Стало ли для вас покупка новой лампы накаливания ежемесячным товаром?

Возможно, у вас есть именно эта розетка. Может быть, это часть люстры или торшера с несколькими лампочками, но каждый раз, когда вы вставляете лампочку в эту ОДНУ конкретную розетку, она перегорает намного быстрее, чем другие.

Не волнуйтесь, ничего страшного, скорее всего, плохая проводка.

Это происходит из-за того, что лампочка не получает постоянного электрического тока.Точки в электрической сети, где это может произойти, многочисленны:

Гнездо: Гнездо со временем может изнашиваться, поскольку лампы вкручиваются, иногда слишком сильно, постепенно разъедая пайку из мягкого металла и изоляцию. Это означает, что лампочка не плотно вставлена ​​в патрон.

Коммутатор : Внутри коммутатора целая куча проводов. У плохо сделанного выключателя или старого может быть проблема внутри, что приводит к неисправной розетке и, следовательно, к неисправной лампочке.

Электропроводка: Проводка, соединяющая выключатель с любого конца, может быть ослаблена, а неплотные соединения могут быть очень плохими для лампочек, поскольку они вызывают постоянные колебания электричества, постоянно вызывая вибрацию тонкой нити накала, вызывая ее быстрое ослабление.

Можно ли обогреть комнату лампами накаливания?

А теперь позвольте мне поделиться с вами кое-чем интересным. Когда я писал эту статью, меня чрезвычайно интересовало, может ли лампа накаливания обогреть комнату.

Когда я был ребенком, у нас в комнате был светильник с лампой накаливания, и было так жарко, что я чувствовал его с противоположной стороны комнаты, и вот почему мне сейчас так любопытно это выяснить.

Как я уже говорил ранее, температура традиционной лампочки чрезвычайно высока. Это огромное количество тепла может нагревать окружающую атмосферу, как радиатор. Вот почему лампы накаливания часто используются в инкубаторах и в средах обитания рептилий.

Итак, возвращаясь к нашему вопросу, да, лампа накаливания может обогреть комнату.Но стоит ли использовать в качестве источника тепла лампы накаливания — другой вопрос.

В любом случае повышение температуры лампы накаливания будет относительно небольшим. Это может помочь немного снизить счет за отопление, но есть гораздо лучшие способы согреться.

Кроме того, способность ламп накаливания повышать температуру в помещении зависит от нескольких переменных:

• Мощность лампы.
• Размер комнаты — Лампы накаливания обогреют небольшие помещения лучше, чем большие.
• Вентиляция помещения — Помещения с хорошей вентиляцией будет труднее отапливать.
• Расположение комнаты — Повышается тепло, поэтому чердачные помещения будут более уязвимыми.
• Количество, размер и толщина любых окон.
• Цвет стен.
• Наружная температура.

Сколько времени нужно, чтобы обогреть комнату?

Лампа накаливания излучает 90% своей энергии в виде тепла и 10% в виде света. Таким образом, лампа мощностью 60 Вт излучает 54 Вт тепла и 6 Вт света.

Но ватты представляют собой потребляемую мощность лампочки. Тепловую энергию (тепло) лучше выражать в джоулях (Дж).

Один ватт равен одному джоулю в секунду. Таким образом, 60-ваттная лампа потребляет 60 джоулей энергии в секунду.

Следовательно, использование 60-ваттной лампы в течение 60 секунд производит 3600 джоулей тепловой энергии.

Вы подписаны на? Хорошо, тогда поехали.

Представим, что ваша комната имеет размеры 15 футов x 20 футов x 10 футов. Это равно 3000 кубических футов или 84.95 куб.

Объем воздуха в помещении 84,95 м3 х 1,2 кг / м3 (плотность воздуха). Это равно 101,94 кДж.

Чтобы повысить температуру вещества на один градус, необходимо знать его удельную теплоемкость. Удельная теплоемкость воздуха составляет примерно 1 кДж / К * кг.

Таким образом, для нагрева комнаты на 1 градус потребуется приблизительно 101,94 кДж энергии.

Лампа накаливания мощностью 60 Вт производит 3600 джоулей энергии в минуту. Следовательно, для повышения температуры в помещении на 1 градус потребуется 28 минут (102 000 кДж / 3600 Дж).

Это, конечно, при условии, что никто не входит в комнату и теплу некуда уходить.

Как безопасно обращаться с перегоревшими лампами?

Учитывая, что в вашем доме или офисе все еще установлены лампы накаливания, может пройти совсем немного времени, прежде чем они сгорят.

Когда они перегорят, следуйте этим инструкциям, чтобы не поранить себя или кого-либо еще, избавляясь от них. Также возможно, что лампочка треснет и сломается, когда вы ее снимете.

Удерживайте свой инстинкт, чтобы быстро подобрать сломанную лампочку. Стекло и металлические части будут очень горячими. Если можете, подождите несколько секунд, чтобы он остыл.

Выключите выключатель, а если это настольная или торшерная лампа, также отсоедините провод от стены, чтобы быть особенно осторожными.

Надев перчатки для духовки, снимите лампочку и аккуратно положите ее в пластиковый пакет, прежде чем выбросить в мешок для мусора, чтобы работники с отходами не поранились.

Если ваша лампочка цела, вы можете смело попробовать несколько уловок Pinterest по переработке стеклянных ламп в качестве держателей для безделушек или мини-террариумных глобусов.

Тогда вы сможете художественно сохранить и продемонстрировать будущим поколениям старинные технологии, такие как вольфрамовые лампы накаливания!

Заключительное слово

Если вы ждете, пока перегорят ваши лампы накаливания, чтобы не образовывать отходов, держите это руководство под рукой. Теперь вы знаете причины, по которым перегорают лампы накаливания.

Вы перешли на светодиодные лампы дома и в офисе?

Каков самый долгий срок службы ваших ламп накаливания?

Освещение революции: кладовая 20-го века

Предпосылки для ламп 20 века

«Я очень хорошо помню это обстоятельство из-за волнения, удивления и недоверия, которые он проявлял в то время.Он спрашивал меня снова и снова, что это был. «
(Уильям Д. Кулидж, ученый General Electric, 1909)

Кулидж рассказывал о реакции Фрица Блау на лампу, сделанную из сгибаемых (или «пластичная») вольфрамовая проволока. Блау, австриец, помог изобрести «непластичный» вольфрам. лампа всего несколько лет назад и хорошо знала сложность работы с этим металлом. Лампа Кулиджа не была ни первым, ни последним усовершенствованием конструкции Эдисона. Он построен на предыдущих работах (таких как Блау) и подпитывал новые работы (например, Ирвинга Ленгмюра).

Изобретатели в конце 20 века имели доступ к технической информации, неизвестной в Время Эдисона. Некоторые знания пришли из-за пределов отрасли — например, работа с люминофором. сделано для телевидения. Но светологи и инженеры сделали много открытий в первой половине века, особенно в новых промышленных лабораториях, вдохновленных Эдисоном. Лаборатории Менло-Парк и Вест-Ориндж. Исследования в области физики электрических разрядов, металлургия вольфрама и химические свойства стекла сыграли свою роль в создании лампы, которые стали доступны в 1930-х годах.

Однако по мере развития технологии темпы серьезных улучшений замедлялись. Ниже некоторые из основных разработок эпохи 1900-1950 годов, важных для используемых ламп. Cегодня.

Лампы накаливания: Углерод, выход, вольфрам

К 1900 году угольные лампы накаливания были зрелым продуктом в массовом производстве. Электрические эффективность (или «эффективность») оставалась очень низкой — около 3.5 люмен на ватт (lpw). В стороне из-за бесполезной траты электроэнергии эти угольные лампы просто не давали яркого света. Изобретатели, особенно в Европе с высокими затратами на электроэнергию, пристально искали новые филаментные материалы.

Хотя углерод имеет самую высокую температуру плавления из всех элементов, рабочая температура ламп с углеродной нитью пришлось держать на относительно низком уровне. Очень высокие температуры вызвали уголь для быстрого испарения с нити накала и покрытия внутренней части колбы, затемняя и без того слабый свет.Эксперименты с различными металлами были направлены на поиск материала который мог работать при более высокой температуре без такого большого испарения. Выше рабочие температуры означали более яркие и более энергоэффективные лампы.

Карл Ауэр ван Вельсбах из Австрии (изобретатель газовой оболочки) разработал первый коммерчески практичная металлическая лампа накаливания в 1898 году путем изготовления нитей с элементом # 76, осмий. Очень хрупкие волокна дали 5,5 lpw, значительное улучшение, но производство осмиевых ламп оказалось сложным и дорогостоящим.Их заменили в 1902 г. лампы, изобретенные немцами Вернером фон Болтоном и Отто Фейерлиеном, которые использовали элемент # 73, тантал. Танталовые лампы производили 5 лмВт, что немного ниже, чем у осмия, который был более чем компенсируется большей силой тантала.

Тантал, в свою очередь, был заменен лампами с элементом № 74, вольфрамом. Другой со сложным металлом, вольфрамовые лампы, подобные показанной выше, давали 8 л / Вт, а в 1904 году три разные вольфрамовые лампы появились на европейском рынке практически одновременно.Американские производители лицензированы и продавала в США танталовые и вольфрамовые лампы первого поколения.

Срок действия многих патентов на угольные лампы Эдисона истекал примерно в это же время, и конкуренция накалялся. В 1904 году Уиллис Уитни использовал новую электрическую печь сопротивления на Лаборатория GE в Скенектади обжигает углеродные волокна при очень высоких температурах. В полученные филаменты проявляли металлоподобные свойства и давали 4 lpw. Продается как «Генерал Electric Metallized »или« GEM »лампы, эта лампа по-прежнему обеспечивает только половину эффективности новые вольфрамовые лампы из Европы.

Уильям Кулидж, также в исследовательской лаборатории GE, начал изучение металлургии вольфрам. Европейские лампы были почти такими же хрупкими, как и более ранние осмиевые лампы. потому что вольфрам был слишком хрупким, чтобы гнуться («не пластичный»). Кулидж разработал процесс производить гибкую («пластичную») вольфрамовую проволоку, и в 1910 году GE начала продавать лампы, изготовленные с этой нитью. Лампы выдавали 10 л / весов, а также давали GE новые сильные патенты.

Коллега Кулиджа, будущий лауреат Нобелевской премии Ирвинг Ленгмюр, обнаружил, что свернув вольфрамовую нить и поместив в колбу инертный газ, например азот, он может получить 12 л / мин или лучше.Лампа Ленгмюра присоединилась к лампе Кулиджа на рынке в 1913 году. оба продаются под торговой маркой «Mazda».

Различные улучшения как в самих вольфрамовых лампах, так и в производстве машины возникли в течение следующих сорока лет. Это значительно сокращает расходы, но незначительно повысила эффективность лампы. К 1950 году технология вольфрамовых ламп казалась тупиковый, особенно учитывая рост газоразрядных ламп, таких как люминесцентные лампы. Некоторые старшие инженеры начали советовать младшим коллегам не делать ставку на карьеру. лампы накаливания.

Газоразрядные лампы: молния в трубке

Интересной диковинкой 19 века были устройства под названием Гейсслер. трубки. Немецкий стеклодув Генрих Гайсслер и врач Юлиус Плюкер обнаружили, что они могут получить свет, удалив почти весь воздух из стеклянной трубки, а затем посылая электрический ток через трубку в виде дугового разряда.Плохие уплотнения позволяли воздуху просачиваться обратно и погасить свет, но работа стимулировала исследования в области разрядного освещения.

В первое десятилетие 20-го века две коммерческие газоразрядные лампы приобрели скромную стоимость. популярность. В одном из них, изобретенном американцем Д. Макфарланом Муром, использовался углекислый газ или заполненные азотом трубы длиной до 250 футов. Трубки Мура были эффективнее угольных лампы накаливания, но их сложно устанавливать и обслуживать. Вторая лампа, изобретенная американцами Питер Купер Хьюитт пропустил электрический ток через пары ртути.Купер Хьюитт лампы (вверху) излучали много света, и их можно было сделать переносными, но свет был ярким сине-зеленым, пригодным для немногих применений. В каждой из этих ламп было около фунта ртути.

Лампы с вольфрамовой нитью Кулиджа и Ленгмюра 1910-х годов повысили эффективность стандарт для всех осветительных приборов. Например, лампы Мура вскоре исчезли из рынок. Исследования показали, что очень высокая эффективность может быть достигнута при выписке. лампы, однако, работа продолжалась.

Основываясь на работе Мура, Жорж Клоде из Франции в 1910 году разработал неоновые лампы. и показал, что газоразрядная лампа может давать 15 люмен на ватт — если хочется красного свет.Дополнительные европейские работы привели к созданию ртутной лампы высокой интенсивности (от General Electric Company of England) в 1932 году. В этой лампе использовалась крошечная доля ртуть, необходимая для ламп Cooper Hewitt, имела винтовой цоколь и давала 40 л / Вт, хотя цвет его все еще был плохим.

Результат сотрудничества GEC в Англии, Philips в Нидерландах и Osram в Германии произвел натриевую лампу низкого давления также в 1932 году. Ключ к этой лампе лежал в специальное стекло, выдерживающее коррозионное воздействие натрия.Свет был ярким желтый подходит только для использования в таких приложениях, как уличное освещение, но эффективность начиналась с 40 л / вес и к 1960 г. достигло примерно 100 л / вт.

Отчеты начали поступать в GE и Westinghouse в конце 1920-х — начале 1930-х годов. Французские эксперименты с неоновыми трубками, покрытыми люминофором. Люминофор — это материал который поглощает один тип света и излучает другой. Немецкий патент 1927 г. содержал большинство характеристик люминесцентной лампы, но лампа не производилась.

Американский ученый Артур Комптон, консультант GE, сообщил, что видел зеленого французского лампа давала 30 л / Вт в 1934 году.Позже инженер GE написал, что, по их мнению, Комптон потеряли десятичную дробь, и истинное значение было 3.0, а не 30 lpw.

Цифра, которая вскоре была подтверждена, вызвала интенсивную программу исследований. В 1936 г. трубки с использованием паров ртути низкого давления и покрытия из люминофоров. Светотехническое общество и ВМС США. В 1939 году GE и Westinghouse представила люминесцентные лампы на Всемирной выставке в Нью-Йорке и Золотых воротах Экспозиция в Сан-Франциско.Вскоре последовали и другие производители ламп.

Несмотря на сопротивление со стороны некоторых коммунальных предприятий, опасающихся потери продаж электроэнергии, необходимость в эффективное освещение на военных предприятиях США привело к быстрому внедрению люминесцентных технологий. К 1951 году промышленные источники сообщили, что больше света в США производят люминесцентные лампы, чем лампы накаливания.

Исследования Эдисона: «Наука видеть»

Исследования ламп Томаса Эдисона были сосредоточены в основном на химии и инженерии сама лампочка и ее взаимодействие в электрической системе.Как начали исследователи опираясь на работы Эдисона, темы были расширены за счет включения таких предметов, как оптика и физика самого света. Эдисон, намереваясь изобретать, мало заботился о фундаментальных исследованиях, но о новых профессиональные «инженеры по освещению» исследовали фундаментальную природу света и осветительные приборы.

Например, когда металлические лампы накаливания начали заменять угольные лампы, проблема возникли блики.Абажуры для более ярких вольфрамовых ламп должны были быть спроектированы таким образом, чтобы защитить зрение и более эффективно направлять свет. Новые приложения, такие как автомобилестроение и авиационное освещение потребовало разработки множества новых конструкций ламп со специальными электрические и оптические характеристики.

Стало больше исследований реакции человеческого глаза на разные цвета и уровни освещенности важно, так как электрическое освещение начало менять образ жизни людей. Вопросы о влияние освещения на продуктивность как на рабочем месте, так и дома имело большой экономический эффект. значение.Разработка люминесцентных ламп в конце 1930-х годов привела к экспериментам. с «фабриками без окон».

Основание Общества светотехники в 1906 году ознаменовало собой официальный признание того, что освещение перешло из области одиноких изобретателей в область профессия. Корпоративные и академические исследователи не только представили свои работы в форму патентов, но также писал статьи, которые печатались в научных журналах. Видный Исследователь Мэтью Лакиеш из GE описал это поле как «Наука видения».»

Исследователи построили кривые распределения света для светильников (см. Выше), изучили, насколько разные группы потребителей использовали свет и стали глубже понимать фундаментальные природа света. Дорогостоящее исследовательское оборудование, необходимое для решения этих проблем, сделало его меньшим компаниям сложно конкурировать. Световой дизайн возник как особая сфера, в отличие от архитектуры, точно так же, как инженеры по освещению расходились с инженерами-электриками.

Освещение и радио были двумя электрическими продуктами, которые хорошо продавались во времена Великой Отечественной войны. Депрессия, оправдывающая продолжение инвестиций в исследования.Начало мировой войны II обеспечил стимулирующие исследования для использования освещения в военных целях, особенно таких материалов, как кварца и керамики, а отключение электроэнергии и нормирование материалов сдерживали гражданские покупки. Наконец, послевоенный экономический бум вызвал огромный спрос на осветительные приборы. Результатом стал взрыв инноваций в области освещения.