Температура нити накаливания – Температура лампы накаливания: таблицы | 1posvetu.ru

Лампа накаливания: технические характеристики, устройство

Обеспечить комфорт и уют в доме невозможно без организации хорошего освещения. С такой целью наиболее часто сейчас используются лампы накаливания, которые можно применять в различных условиях сети (36 Вольт, 220 и 380).

Виды и характеристики

Лампа накаливания общего назначения (ЛОН) – это современное устройство, источник искусственного видимого светового излучения с низким КПД, но ярким свечением. Свое название она получила из-за наличия в корпусе специального тела накала, которое изготавливается из тугоплавких металлов или угольной нити. В зависимости от параметров этого тела определяется срок службы светильника, цена и прочие характеристики.

модель с вольфрамовой нитьюФото — модель с вольфрамовой нитью

 

Несмотря на разные мнения, считается, что первым изобрел лампу ученый из Англии Деларю, но его принцип накаливания был далек от современных норм. После исследованиями занимались разные физики, впоследствии, Гебель презентовал первую лампу с угольной нитью (из бамбука), а после Лодыгин запатентовал первую модель из углеродной нити в вакуумной колбе.

В зависимости от конструктивных элементов и типа газа, защищающего нить накаливания, сейчас существую такие виды ламп:

  1. Аргоновые;
  2. Криптовые;
  3. Вакуумные;
  4. Ксенон-галогенные.

Вакуумные модели являются самыми простыми и привычными. Получили свою популярность из-за низкой стоимости, но вместе с этим они имеют наименьший срок службы. Стоит отметить их простоту замены, ремонту не поддаются. Конструкция имеет следующий вид:

конструкция вакуумных лампФото — конструкция вакуумных ламп

 

Здесь 1 – это, соответственно, вакуумная колба; 2 — вакуумная или наполненная специальным газом, емкость; 3 — нить; 4, 5 — контакты; 6 — крепежи для нити накаливания; 7 — стойка лампы; 8 — предохранитель; 9 — цоколь; 10 — стеклянная защита цоколя; 11 — цокольный контакт.

Аргоновые лампы ГОСТ 2239-79 по яркости очень отличаются вакуумных, но практически полностью повторяют их конструкцию. Они имеют больший срок годности, нежели привычные. Это обязано тем, что нить из вольфрама защищена колбой с нейтральным аргоном, который противостоит высоким температурам горения. Как результат, источник света более яркий и долговечный.

аргоновый ЛОНФото — аргоновый ЛОН

 

Криптовую модель можно распознать по очень высокой световой температуре. Она светится ярким белым светом, поэтому иногда может вызывать боль в глазах. Высокий показатель яркости обеспечен криптоном – высоко-инертным газом, у которого высокая атомная масса. Его применение позволило значительно уменьшить вакуумную колбу, но при этом не терять яркость источника света.

Галогенные светильники накаливания получили большую популярность благодаря своей экономной работе. Современная энергосберегающая лампа поможет не только сократить расходы на оплату электрической энергии, но и уменьшить траты на покупку новых моделей для освещения. Производство такой модели осуществляется на специализированных заводах, как и утилизация. Предлагаем для сравнения изучить потребляемую мощность перечисленных выше аналогов:

  1. Вакуумные (обычные, без газа или с аргоном): 50 или 100 Вт;
  2. Галогеновые: 45—65 Вт;
  3. Ксеноновые, галогено-ксеноновые (комбинированные): 30 Вт.

Благодаря небольшому размеру, наиболее часто электрические ксеноновые и галогеновые осветители используют как автомобильные фары. У них высокое сопротивление и отличная долговечность.

ксенонФото — ксенон

 

Классификация ламп производится не только исходя из наполняющего газа, а также, в зависимости от типов цоколей и назначения. Существуют такие виды:

  1. G4, GU4, GY4, и прочие. Галогеновые модели накаливания отличают патроны-штекеры;
  2. E5, E14, E17, E26, E40 – наиболее распространенные типы цоколей. В зависимости от номера, могут быть узкими и широкими, классифицируются по возрастанию. Первые люстры изготавливались именно под такие контактирующие части;
  3. G13, G24 производители используют эти обозначения для люминесцентных осветителей.
формы ламп и типы цоколей
Фото — формы ламп и типы цоколей

 

Достоинства и недостатки

Сравнение отдельных видов светильников накаливания позволит выбрать наиболее подходящий вариант, исходя из того, какая нужна мощность и световая отдача. Но у всех перечисленных видов светильников есть общие достоинства и недостатки:

Плюсы:

  1. Доступная цена. Стоимость многих ламп находится в пределах 2 у. е.;
  2. Быстрое включение и выключение. Это наиболее значимый параметр в сравнении с энергосберегающими лампами с долгим включением;
  3. Маленькие размеры;
  4. Простая замена;
  5. Широкий выбор моделей. Сейчас есть декоративные светильники (свеча, ретро-завиток и другие), классические, матовые, зеркальные и прочие.

Минусы:

  1. Высокая потребляемая мощность;
  2. Негативное воздействие на глаза. В большинстве случаев от него поможет матовая или зеркальная поверхность колбы лампы накаливания;
  3. Низкая защита от перепадов напряжения. Для обеспечения нужного уровня используется блок защиты для лампы накаливания, он подбирается в зависимости от типа;
  4. Короткий эксплуатационный период;
  5. Очень низкий коэффициент полезного действия. Большая часть электрической энергии уходит не на освещение, а на нагрев колбы.

https://www.youtube.com/watch?v=ET-u92BP968

Параметры

Технические характеристики любой модели обязательно включают в себя: световой поток лампы накаливания, цвет свечения (или цветовая температура), мощность и срок службы. Сравним перечисленные типы:

Тип Световой поток, Люмен Световая температура Срок службы, часов
Вакуумная, без газа 300–1600 Теплая, холодная (синяя, желтая, белая), в зависимости от типа колбы — 2000—4500 градусов 1000
Аргоновая 200–8400 Также, как и в вакуумных 1500
Ксеноновая, галогеновая 14000–44000 Холодная, от 4500 4000
Криптоновая 500–10000 Холодная, от 4000 2000
цветовая температура
Фото — цветовая температура

 

Из всех перечисленных типов только галогенки можно отнести к энергосберегающим моделям. Поэтому многие хозяева стремятся заменить все источники света в своем жилище на более рациональные, к примеру, на диодные. Соответствие светодиодных ламп накаливания, сравнительная таблица:

Параметр Вакуумный тип, без газа Галогеновая, ксеноновая Аргоновая Светодиод
Уровень нагрева колбы Высокий Нормальный Высокий Низкий
Стойкость к внешним воздействиям Разбивается при падении Очень хрупкая Разбивается Крепкая
Мощность (Вт) 75 15 45 10
Световой поток (Люмен) 600 700 800 800

Для лучшего объяснения энергозатрат предлагаем изучить соотношение ватт к люменам. Например, лампа дневного света, с вольфрамовой нитью накаливания 100 Вт – люмен 1200, соответственно, 500 Вт – более 8000.

Мощность лампы с аргоновым наполнителем, Ватт Мощность люминесцентной модели, Вт Мощность светодиодного светильника, Вт Световой поток, Люмен
20 5-7 2-3 250
40 10-13 4-5 400
60 15-16 8-10 700
75 18-20 10-12 900
100 25-30 12-15 1200
150 40-50 18-20 1800

При этом, часто использующаяся в производственных и бытовых условиях, люминесцентная модель, имеет похожие характеристики на ксеноновую. Благодаря таким характеристикам есть возможность обеспечить плавное включение ламп накаливания. Для этого используется специальный прибор – диммер для ламп накаливания.

Такой регулятор можно собрать своими руками, если есть схема, подходящая под Вашу лампу. Сейчас большой популярностью пользуются аналоги обычных вариантов, но с зеркальным напылением – рефлекторная модель Philips, импортные Osram и другие. Купить фирменную лампу накаливания можно в специализированных фирменных магазинах.

www.asutpp.ru

Температура лампы накаливания - возможные значения, определение

В настоящее время используется большое количество осветительных приборов. Широко внедряются энергосберегающие светильники. Несмотря на их широкий выбор, многие до сих пор применяют классические лампы накаливания различных мощностей. Простая конструкция лампы (колба, спираль, цоколь) определяет её небольшую стоимость.

Что такое лампа накаливания

Основные характеристики ЛН

В лампе накаливания преобразуется электрическая энергия, переходящая через вольфрамовую спираль в световую, тепловую. Большая часть мощности, которую имеет лампа, идет на выделение тепла. При работе происходит повышение температуры нити накаливания, вызванное её сопротивлением току. Высокая температура вольфрамовой нити (2600–3000 градусов Цельсия) приводит к уменьшению срока эксплуатации прибора. Для снижения времени перегрева вольфрамовую спираль размещают в стеклянной вакуумной колбе.

Емкость более совершенной галогенной лампы наполняется инертным газом. Для измерения, определения температуры нити берется температура прибора до включения в сеть, учитывается тепловой коэффициент сопротивления вольфрама, находится отношение тока включения к рабочему.

Полученная формула дает возможность определить уровень накаливания вольфрамовой нити во время работы. Спираль обладает высоким сопротивлением, поэтому быстро нагревается, передавая тепло колбе, цоколю.

Использование ЛН основано на их преимуществах перед другими типами светильников:

  • свет появляется сразу после включения в сеть;
  • небольшие размеры;
  • низкая стоимость;
  • экологически чистое изделие;
  • стойкость к влажности окружающей среды.

Модель с вольфрамовой нитью

Одновременно их использование сопровождается недостатками:

  1. яркий свет, требующий в ряде случаев применения защитных очков;
  2. нагретая колба, которая может взорваться при попадании на её поверхность воды. При контакте с обнаженным участком кожи возможен ожог;
  3. при эксплуатации происходит большое потребление энергии;
  4. не подлежат ремонту;
  5. быстро заканчивается срок службы лампы из-за повреждения спирали при частом включении-выключении.

Тепловое состояние различных видов осветительных приборов

Зависит от потребляемой мощности источника освещения, времени использования, точек замеров (колба, патрон, основание). Температура лампы накаливания в 25 ватт составляет 100, 75-ватной — 250, колбы фотолампы – 550 оС.

Основные показатели иных моделей светильников

Широкое распространение имеют люминесцентные, представляющие собой трубкообразную герметическую колбу, наполненную парами ртути, инертным газом. Электрический заряд создает в парах ртути ультрафиолетовое излучение, преобразующееся при помощи люминофора в видимый свет.

Классификация ламп для освещения

Энергосберегающая характеристика позволяет применять 5-В люминесцентную вместо 60-ватовой накаливания. Максимальный нагрев у основания колбы 15-ватных люминесцентных ламп составляет 139, по всей поверхности – чуть выше 70 оС. Недостатком является постоянное, чуть заметное мерцание, негативно влияющее на органы зрения человека.

Светодиодные лампы выпускаются в различных вариантах, имеют низкий нагрев из-за алюминиевого корпуса, теплорассеивающей пластмассы. Температура светодиодных ламп составляет около 65 оС, что выделяет их среди ламп накаливания и люминесцентных. Кроме того, энергопотребление такого источника освещения на порядок меньше лампы накаливания, на 35 % ниже люминесцентной. Работа светодиодных светильников при низких температурах не отражается на качестве освещения. Это позволяет в различных климатах использовать светодиодные лампы как оптимальные. Круглогодичный режим работы негативно влияет на интенсивность распределения световой энергии. Время жизни лампы зависит от качества сборки, условий её эксплуатации, неисправности электропроводки, светильника. Светодиодная лампа греется при работе – около 60 % электрического тока рассеивается в виде тепла, которое отводится радиатором из материала с высокой теплопроводностью. Отсутствие большого нагрева лампы Gx53 позволяет её устанавливать на подвесных потолках без опасения возгорания.

Нить накала

Преимущества эксплуатации

Особенностями применения светодиодных устройств являются:

  • прочная конструкция. Внутренности пробора защищены прочным металлическим корпусом, противоударным термопластовым стеклом;
  • экологическая чистота. Прибор не содержит ртути, иных вредных веществ. Полностью безопасен для человека;
  • экономическая выгода. Применение позволяет экономить на электропотреблении, регулярном обслуживании, частой замене вышедших из строя светильников. Могут при непрерывной работе безаварийно прослужить около 100 000 часов;
  • оптическая система обеспечивает равномерность освещения, не создает полос, пульсаций. Осветительный прибор не реагирует на частые перепады напряжения, возникающую вибрацию. Светодиодные с цоколем Е27 служат для замены ЛН. Чтобы узнать, какие светодиодные лампы обладают повышенной мощностью, необходимо использовать таблицу соответствия мощностей источников света (200 Вт в лампе накаливания соответствуют 25–30 Вт светодиодной).

Недостатком устройств является их высокая стоимость. При длительном использовании положительные качества приборов дают ощутимую финансовую экономию.

Лампа накаливания фото прибора

В настоящее время наиболее широкое распространение получили светодиоды – полупроводниковые приборы, преобразующие электрический ток в световой и создающие оптическое излучение. Температура светодиодов зависит от управляющего тока, качества теплоотвода, нагретости окружающей среды. Практически температура приборов не превышает 60 оС.

Энергосберегающие источники света

Широкую популярность при монтаже освещения приобретают гибкие ленты с размещенными печатными платами, светодиодами. Источником является электрический ток 12 вольт напряжения. Применение более высокого вольтажа (24 В) позволяет уменьшить температуру нагрева, увеличить длину запитки использованной ленты. Температура светодиодной ленты не превышает +45 градусов Цельсия. Рабочая температура -40…80 оС не отражается негативно на её работе. Низкое электропотребление позволяет считать ленту прекрасным заменителем люминесцентных ламп. Схема подключения простая: анод соединяется с плюсом источника тока, катод – с минусом. При неправильном подключении схема не работает, требует переключения. Электрическая энергия переходит на светодиоды и не должна превышать 80 % указанной мощности блока питания.

Эксплуатировать ленточное освещение можно как рекламную подсветку, для создания разноцветного освещения фасадов зданий, витрин магазинов. В кристалле светодиода появляются примеси, с которыми связана яркость свечения. Через некоторое время она снижается. Срок службы ленты заканчивается, когда свечение поверхности уменьшается на треть от первоначальной, и не зависит от времени, указанного в технической документации. Практика показывает, что выдерживает светодиодная лента около 10 000 часов эксплуатации. Её качество освещения изменяется только после четырех лет применения.

Энергосберегающие лампы

Преимущества лент, повышающие их популярность

Современный искусственный источник света имеет преимущества перед другими используемыми световыми светильниками:

  1. небольшое потребление электроэнергии;
  2. одномоментное с включением зажигание диодов;
  3. мизерная теплоотдача;
  4. широкий диапазон рабочих температур;
  5. высокая светоотдача;
  6. большой срок эксплуатации.

Используя характеристики применяемых в настоящее время световых светильников, можно сделать вывод, что наиболее высокая потеря мощности из-за нагрева присуща лампам накаливания. Их использование увеличивает расходы на оплату электроэнергии, на приобретение часто выходящих из строя источников света. Наиболее привлекательными, экономически обоснованными источниками освещения являются энергосберегающие светильники. Для освещения больших площадей перед жилыми корпусами, дорожными трассами, витринами супермаркетов наилучшими являются светодиодные ленты. Их применение дополнительно создает атмосферу праздника, хорошего настроения.

pauk.top

Первая лампа накаливания: история изобретения

 

Лампочка накаливая – предмет, знакомый всем. Электричество и искусственный свет уже давно стали для нас неотъемлемой частью действительности. Но мало кто задумывается, как появилась та самая первая и привычная нам лампа накаливания.

Наша статья расскажет вам, что собой представляет лампа накаливания, как она работает и как появилась в России и во всем мире.

Что собой представляет

Лампа накаливания — электрический вариант источника света, основная часть которого представляет собой тугоплавкий проводник, играющий роль тела накала. Проводник размещен в колбе из стекла, которая внутри бывает накаченной инертным газом или полностью лишенной воздуха. Пропуская через тугоплавкий тип проводника электрический ток, данная лампа может испускать световой поток.

Свет от лампы накаливания в темноте

Свечение лампы накаливания

Принцип функционирования базируется на том, что когда электрический ток течет по телу накала, данный элемент начинает накаливаться, нагревая вольфрамовую нить. Вследствие этого нить накала начинает испускать излучение электромагнитно-теплового типа (закон Планка). Для создания свечения температура накала должна составлять пару тысяч градусов. При снижении температуры спектр свечения будет становиться все более красным.
Все минусы, имеющиеся у лампы накаливания, кроются в температуре накала. Чем лучше нужен световой поток, тем большая температура потребуется. При этом вольфрамовая нить характеризуется пределом накала, при превышении которого этот источник света навсегда выходит из строя.
Обратите внимание! Температурный предел нагрева для ламп накаливания — 3410 °C.

Конструкционные особенности

Поскольку лампа накаливания считается самым первым источников света, то вполне закономерно, что ее конструкция должна быть достаточной простой. Особенно, если сравнивать с нынешними источниками света, которые ее постепенно вытесняют с рынка.
В лампе накаливания ведущими элементами считаются:

  • колба лампы;
  • тело накала;
  • токовводы.

Обратите внимание! Первая подобная лампа имела именно такое строение.

Лампа накаливания и ее элементы

Конструкция лампы накаливания

На сегодняшний день разработано несколько вариантов ламп накаливания, но такое строение характерно для самых простых и самых первых моделей.
В стандартной лампочке накаливания, кроме вышеописанных элементов имеется предохранитель, который представляет собой звено. Оно состоит из ферроникелевого сплава. Его вваривают в разрыв одного из двух токовводов изделия. Звено размещается в ножке токоввода. Оно нужно для того, чтобы предупредить разрушение стеклянной колбы во время прорыва нити накала. Это связано с тем, что при прорыве вольфрамовой нити создается электрическая дуга. Она может оплавить остатки нити. А ее фрагменты могут повредить колбу из стекла и привести к возникновению возгорания.
Предохранитель же разрушает электрическую дугу. Такое ферроникелевое звено размещается в полости, где давление равняется атмосферному. В данной ситуации дуга гаснет.
Такое строение и принцип работы обеспечили лампе накаливания широкое распространение по миру, но из-за их высокого энергопотребления и непродолжительному сроку службы, она сегодня стали использоваться гораздо реже. Связано это с тем, что появились более современные и эффективные источники света.

История открытия

В создание лампы накаливания в том виде, в котором она известна на сегодняшний день, сделали свой вклад исследователи, как из России, так и из других стран мира.

Российский изобретатель Александр Лодыгин

Александр Лодыгин

До момента, когда изобретатель Александр Лодыгин из России начал трудиться над разработкой ламп накаливания, в ее истории нужно отметить некоторые важные события:

  • в 1809 году известный изобретатель Деларю из Англии создал свою первую лампу накаливания, оснащенную платиновой спиралью;
  • через почти 30 лет в 1938 году уже бельгийский изобретатель Жобар разработал угольную модель лампы накаливания;
  • изобретатель Генрих Гёбель из Германии в 1854 году уже представил первый вариант рабочего источника света.

Лампочка немецкого образца имела обугленную нить из бамбука, которая помещалась в вакуумированный сосуд. В течение пяти последующих лет Генрих Гёбель продолжал свои наработки и в конечном счете пришел к первому опытному варианту рабочей лампочки накаливания.

Изобретатель и первая практичная лампочка накаливания

Первая практичная лампочка

Джозеф Уилсон Суон, знаменитый физик и химик из Англии, в 1860 году явил миру свои первые успехи в области разработки источника света и за свои результаты был вознагражден патентом. Но некоторые трудности, которые возникли с созданием вакуума, показали неэффективную и не долгосрочную работу лампы Суона.
В России, как уже отмечалось выше, исследованиями в области эффективных источников света занимался Александр Лодыгин. В России он смог добиться свечения в стеклянном сосуде угольного стержня, из которого предварительно был откачен воздух. В России история открытия лампочки накаливания началась в 1872 году. Именно в этом году Александру Лодыгины удались его эксперименты с угольным стержнем. Через два года он в России получает патент под номером 1619, который был выдан ему на нитевой вид лампы. Нить он заменил на стержень из угля, находившийся в вакуумной колбе.
Ровно через год В. Ф. Дидрихсон значительно улучшил вид лампы накаливания, созданную в России Лодыгином. Усовершенствование заключалось в замене угольного стержня на несколько волосков.

 

Обратите внимание! В ситуации, когда один из них перегорал, происходило автоматическое включение другого.

Джозеф Уилсон Суон, который продолжал свои попытки усовершенствовать уже имеющеюся модель источника света, получает патент на лампочки. Здесь в качестве нагревательного элемента выступало угольное волокно. Но здесь оно располагалось уже в разреженной атмосфере из кислорода. Такая атмосфера позволила получить очень яркий свет.

Вклад Томаса Эдисона

В 70-х года позапрошлого столетия в изобретательскую гонку по созданию работающей модели лампы накаливания включился изобретатель из Америки — Томас Эдисон.

Томас Эдисон и лампа накаливания

Томас Эдисон

Он проводил исследования в вопросе применения в виде элемента накаливания нитей, произведенных из разнообразных материалов. Эдисон в 1879 году получает патент на лампочку, оснащенной платиновой нитью. Но через год он возвращается к уже проверенному угольному волокну и создает источник света со сроком эксплуатации в 40 часов.

Обратите внимание! Одновременно с работой по созданию эффективного источника света, Томас Эдисон создал поворотный тип бытового выключателя.

При том, что лампочки Эдисона работают всего лишь 40 часов, они начали активно вытеснять с рынка старый вариант газового освещения.

Результаты работ Александра Лодыгина

В то время, как на другом конце мира Томас Эдисон проводил свои эксперименты, в России аналогичными изысканиями продолжал заниматься Александр Лодыгин. Он в 90-х годах 19 века изобрел сразу несколько видов лампочек, нити которых были изготовлены из тугоплавких металлов.

Обратите внимание! Именно Лодыгин первым решился использовать вольфрамовую нить в качестве тела накаливания.

Александр Лодыгин и его лампочка

Лампочка Лодыгина

Кроме вольфрама он также предлагал использовать нити накаливания, изготовленные из молибдена, а также скручивать их в форме спирали. Такие свои нити Лодыгин размещал в колбах, из которых откачивался весь воздух. Вследствие таких действий нити предохранялись от кислородного окисления, что делало срок службы изделий значительно продолжительным.
Первый тип коммерческой лампочки, произведенный в Америке, содержала вольфрамовую нить и изготавливалась по патенту Лодыгина.
Также стоит отметить, что Лодыгиным были разработаны газонаполненные лампы, содержащие угольные нити и заполненные азотом.
Таким образом, авторство первой лампочки накаливания, отправленной в серийное производство, принадлежит именно российскому исследователю Александру Лодыгину.

Особенности работы лампочки Лодыгина

Для современных ламп накаливания, которые являются прямыми потомками модели Александра Лодыгина, характерны:

  • отменный световой поток;
  • отличная цветопередача;
Шкала цветопередачи

Цветопередача лампы накаливания

  • низкий показатель конвекции и проводимости тепла;
  • температура накала нити — 3400 K;
  • при максимальном уровне показателя температуры накала коэффициент для полезного действия составляет 15 %.

Кроме этого данный тип источника света в ходе своей работы потребляет много электроэнергии, по сравнению с другими современными лампочками. Из-за конструкционных особенностей такие лампы могут работать примерно 1000 часов.
Но, несмотря на то, что по многим критериям оценки данная продукция уступает более совершенным современным источникам света, она, благодаря своей дешевизне, все еще остается актуальной.

Заключение

В создании эффективной лампы накаливания участвовали изобретатели из разных стран. Но только российский ученый Александр Лодыгин смог создать самый оптимальный вариант, которым мы, собственно, и продолжаем пользоваться по сегодняшний день.

 

1posvetu.ru

Определение температуры нити накаливания с помощью яркостного пирометра

Цели работы: 1) ознакомиться с принципом действия оптического пирометра; 2) измерить температуру нити накаливания при различных значениях подводимой мощности.

I. Описание установки.

На рис. 13.1 приведена электрическая схема установки, предназначенной для измерения температуры вольфрамовой спирали исследуемой лампы накаливания при различных значениях подводимой к ней мощности N=IU, регистрируемой с помощью контроля силы тока I амперметром – А и напряжения U вольтметром – V.

Рис. 13.1. Электрическая схема пирометрической установки.

В состав установки входят:

  1. Пирометр оптический - ЛОП-72.

  2. Стабилизированный блок питания постоянного тока эталонной лампы пирометра - БПП.

  3. Цифровой миллиамперметр, предназначенный для измерения силы постоянного тока пирометрической лампы - мА.

  4. Исследуемая лампа - ИЛ.

  5. Блок питания исследуемой лампы - БП.

  6. Амперметр А, предназначенный для измерения силы тока I в исследуемой лампе.

  7. Вольтметр V, предназначенный для измерения напряжения U на исследуемой лампе.

Напряжение, подводимое к лампе накаливания, можно варьировать в интервале от нуля до 250 В с помощью ЛАТРа (лабораторного автотрансформатора) в системе блока питания БП.

Температура исследуемой нити накаливания определяется (с помощью градуировочных таблиц 1) по величине тока, протекающего по U-образной нити эталонной пирометрической лампы после уравнивания яркости U-нити и изображения исследуемой спирали. Яркость U-нити можно менять, регулируя с помощью реостата R0 её накал. Ток накала эталонной лампы регистрируется цифровым миллиамперметром – мА (обеспечивающим автоматическую цифровую индикацию четырех разрядов силы постоянного тока в рабочем интервале пирометра от 300 мА до 500 мА), включенным в электрическую схему стабилизированного блока питания БПП эталонной лампы пирометра. Выключатель – В предназначен для выключения всех приборов установки.

II. Методика работы.

Тепловым или температурным излучением называется испускание электромагнитных волн нагретым телом.

Энергетической светимостью тела RЭ называют поток лучистой энергии, испускаемый с единицы площади поверхности тела во всех направлениях во всем возможном диапазоне длин волн .

Количество излучаемой телом энергии в узком интервале dλ спектра электромагнитных волн характеризуется величиной, называемой спектральной излучательной (или лучеиспускательной) способностью тела при данной температуре:

(13.1)

В общем случае, если на тело падает излучение, то часть его поглощается телом, часть отражается и часть проходит сквозь тело. Отношение потока лучистой энергии dEλ погл, поглощенной телом в малом интервале длин волн (λ÷λ+dλ), ко всему упавшему на тело в этом же интервале длин волн потоку энергии dEλ паденияназывается поглощательной способностью αλТ тела в области длины волны λ:

. (13.2)

Очевидно у всех реальных тел . Идеальноетело, которое поглощает всю падающую на него лучистую энергию, называют абсолютно черным; у такого тела во всем диапазоне длин волн. В природе таких тел нет, но в современных лабораториях создают для различных целей модели абсолютно черного тела с .

Для тепловых излучателей Кирхгофом установлен закон: отношение излучательной способности тела к его поглощательной способности не зависит от природы тела, является для всех тел одинаковой функцией длины волны излучения и температуры тела и равно излучательной способности абсолютно чёрного тела для той же длины волны и температуры или в виде формулы:

(13.3)

где – спектральная излучательная способность реального тела;– спектральная излучательная способность абсолютно черного тела ;– поглощательная способность реального тела в области длины волны.

Из закона Кирхгофа следует, что для анализа теплового излучения тел необходимо знание закона излучения абсолютно черного тела.

На рис. 13.2 приведена экспериментальная зависимость . Видно, что при увеличении температуры, наряду с абсолютным возрастанием излучательной способности абсолютно черного тела, максимум ее смещается в сторону коротких волн и, следовательно, изменяется спектральный состав излучения.

Рис. 13.2. Зависимость дифференциальной светимости черного тела от длины волны испускаемого света при разных температурах.

Аналитическое выражение функции вида , изображенной на рис. 13.2, впервые было получено М. Планком и доложено на заседании Немецкого физического общества 14 декабря 1900 г. (день рождения квантовой физики). При выводе Планк сделал чуждое классической физике предположение, что свет испускается и поглощается атомами вещества в виде отдельных порций – квантов с энергией.

Планк пришел к выражению:

(13.4)

где с3·108 м/с – скорость света в вакууме; k1,38∙10-23 Дж/К – постоянная Больцмана; h = 6,625 10-34 Дж·сек – постоянная Планка.

Формула Планка (13.4) является законом излучения абсолютно черного тела.

Как следствие из этого закона можно получить закон Стефана-Больцмана, установленный ранее экспериментально:

, (13.5)

где – энергетическая светимость абсолютно черного тела,Дж/с∙м2∙К4;

σ = 5,67·10-8 Дж/с∙м2∙К4 – постоянная Стефана-Больцмана ; Т – абсолютная температура черного тела.

Из формулы (13.4) можно получить также установленный раньше формулы Планка закон смещения Вина:

, (13.6)

где – длина волны, соответствующая максимуму излучения, м;Т – абсолютная температура черного тела, оК; С = 0,29·10-2 м∙К – постоянная Вина.

Измерение температуры тел, нагретых выше (1100-1200°С), обычными контактными средствами невозможно. Здесь на помощь приходят методы и средства оптической пирометрии. Оптическая пирометрия - это теория и практика измерения температуры нагретых тел по их тепловому излучению в видимом диапазоне. Методы оптической пирометрии опираются на приведенные выше основные законы теплового излучения: закон Кирхгофа, формулу Планка, а также законы Стефана-Больцмана и Вина. В зависимости от применяемого закона и вытекающего из него метода различают следующие условные температуры: радиационную, цветовую и яркостную.

Приборы, предназначенные для измерения температуры тел по их излучению (радиации), называют оптическими пирометрами. Все пирометры градуируют по черному телу. Это означает, что пирометры показывают не истинную температуру нагретого тела. Для нахождения истинной температуры к условной температуре следует добавить определенную поправку ΔТ.

Радиационная температура. Радиационной называют такую температуру абсолютно черного тела (Тр), суммарная светимость которого равна суммарной светимости исследуемого тела. В основе ее определения лежит закон Стефана-Больцмана, который (с учетом закона Кирхгофа для нечерного тела) может быть записан в виде где – суммарная поглощательная способность данного тела. На основании определения Tp можно записать, что ,откуда .Следовательно, Тр Т, т.е., радиационная температура, (Тр) меньше истинной (Т), т.к. α<1.

Прибор, применяемый для измерении Тр, называют радиационным пирометром. В качестве приемников излучения в радиационных пирометрах используют (в большинстве случаев) термостолбики и баллометры.

Цветовая температура. Цветовой называют температуру абсолютно черного тела, при которой его спектральное распределение энергии подобно распределению энергии в спектре исследуемого тела. В точности это справедливо для идеально серых тел. Цветовую температуру, в принципе, можно найти на основе закона смещения Вина, а именно, . Однако при температурах <4000°К, лежит в инфракрасной области. Поэтому метод измерения Тц основывают на измерении отношения излучательных способностей для двух длин волн видимой части спектра и сравнении его с аналогичным отношением для черного тела.

Цветовая температура может быть как больше, так и меньше истинной температуры тела.

Яркостная температура. Яркостной температурой называюттакую температуру абсолютно черного тела, при которой его монохроматическая яркость равна яркости исследуемого тела. Сравнение яркости производится обычно в узком спектральном интервале вблизи длины волны(–эффективная длина волны применяемого светофильтра). Поскольку для всех реальных тел , то очевидно, что яркостная температура Тя всегда меньше истинной Тя <Т (т.к. в соответствии с законом Кирхгофа ).Таким образом, Тр и Тя всегда меньше истинной температуры тела, Тц чаще всего несколько больше истинной, и, как правило, меньше отличается от нее, чем Тр и Тя.

Предлагаемая работа основана на понятиях яркости и яркостной температуры.

В яркостных пирометрах обычно применяют красные светофильтры с эффективной длиной волны ≈(660-665) нм, поскольку красный фильтр пропускает излучение при более низких температурах (красное свечение), что расширяет нижний температурный предел пирометра.

Из теории Планка следует, что связь между истинной (Т) и яркостной (Тя) температурами данного тела:

(13.7)

Формула (13.7) подтверждает, что Тя < Т (ибо ). При →1, Тя → Т, так как →0 в этом случае. Или можно записать:

Т = Тя + ΔТ. (13.8)

Здесь – поправка к яркостной температуре. Так как Т близка к Тя, то из формулы (13.7) следует, что

, (13.9)

где – поглощательная способность вольфрамовой спирали (при температуреТ в близи длины волны ), аС2 – константа. В рабочем диапазоне измеряемых температур . Это (с учетоммкм им∙К) дает:

. (13.10)

Окончательно имеем расчетную формулу:

. (13.11)

studfile.net

Пример решения задачи на определение температуры нити накаливания лампы

Известно, что ток, проходящий через электрическую лампу в момент включения, в двенадцать раз превышает рабочий ток. Температура лампы до включения 25 градусов Цельсия. Температурный коэффициент сопротивления вольфрама 5,1×10-3град-1
Необходимо определить температуру вольфрамовой нити накаливания электрической лампы в рабочем состоянии.

Дано: n=12; t°1=25°C; α=5,1×10-3град-1
Найти: t°2-?

Решение
Применив закон Ома, запишем формулы для тока включения I1 и рабочего тока I2
, а ,
где U – напряжение на лампе; R1 и R2 — сопротивление нити накаливания лампы, соответственно при температурах t°1 и t°2.

Находим отношение данных токов:

Для определения R1 и R2 воспользуемся следующей формулой:

, тогда
,
,
.

Так как , то .

Получаем формулу для определения рабочей температуры нити накаливания лампы

Ответ: в рассматриваемом примере температура вольфрамовой нити накаливания электрической лампы в рабочем режиме равна 2157 градусов Цельсия.

Поделитесь с друзьями:

zadachi-po-fizike.electrichelp.ru

Лампа накаливания. Электронагревательные приборы — урок. Физика, 8 класс.

Лампа накаливания — электрический источник света, в котором нить накала (спираль) нагревается до высокой температуры за счёт протекания через неё электрического тока, в результате чего излучается видимый свет. В качестве нити накала в настоящее время используется в основном спираль из вольфрама и сплавов на его основе.

 

1.jpg

 

Во время работы лампы температура нити накаливания достигает 3000С0. Спираль находится в стеклянном баллоне (колбе), из которой выкачивают воздух. Однако это приводит к испарению вольфрама с поверхности спирали и перегоранию спирали. Во избежание этого баллон лампы заполняют азотом или инертными газами — криптоном или аргоном, которые предотвращают разрушение нити накала.
Устройство лампы накаливания можно рассмотреть на рисунке, на нём также указаны некоторые составные части лампы.


2.jpg

 

Изобрёл первую электрическую лампу в 1872—1873 годах российский инженер-изобретатель — Лодыгин Александр Николаевич (1847–1923).

 

3.jpg 4.jpg

 

На улицах Петербурга первые две лампы Лодыгина загорелись в августе 1873 года. На рисунке мы видим лампу Лодыгина 1874 года.


Электрическую лампу, удобную для промышленного изготовления, создал американский изобретатель Томас Эдисон.

 

5.jpg 6.jpg

 

В лампочке накаливания только 5% потреблённой энергии превращается в свет, а остальная энергия преобразуется в тепло. К тому же, эти лампочки имеют малый срок службы и низкую световую отдачу. Более экономичными являются энергосберегающие (люминесцентные) лампы, которые более 70% энергии преобразуют в свет, и светодиодные лампы.

Энергосберегающая (люминесцентная) лампа состоит из колбы, которая наполнена парами ртути и аргона, и пускового устройства — стартера. Внутренняя поверхность колбы покрыта специальным веществом — люминофором. При воздействии ультрафиолетового излучения на люминофор начинает излучаться видимый свет. Люминофор может создавать различные цвета светового потока, так как сам может иметь разнообразные оттенки. Компактная люминесцентная лампа представлена на рисунке.

 

7.jpg

 

Она состоит из колбы с люминофорным покрытием, в которой содержатся пары ртути и впаяны нити накала, — \(1\), электронной пускорегулирующей аппаратуры — \(2\), пластмассового корпуса — \(3\) и цоколя — \(4\).

При одинаковой светоотдаче потребление электроэнергии лампами накаливания приблизительно в \(5\) раз больше, чем у люминесцентных ламп. Именно во столько раз различаются их мощности.

 

8.jpg

 

В светодиодных лампах электрический ток пропускают через миниатюрное электронное устройство — чип, нанесённое на полупроводниковый кристалл. При прохождении электрического тока светодиод испускает свет.
Устройство светодиодной лампы показано на рисунке.

 

9.jpg

 

Светодиоды используют как индикаторы включения на панелях приборов, табло, подсветке мобильных телефонов, мониторов и др.

 

Обрати внимание!

Посмотри видеоролик «Работа тока в лампе накаливания» на сайте: http://school-collection.edu.ru/catalog/rubr/924489d8-c480-448b-aa6f-e24ad77606a6/110489/

 

Тепловое действие электрического тока впервые наблюдалось в 1801 году, когда током удалось расплавить различные металлы. Первое промышленное применение этого явления относится к 1808 году, когда был предложен электрозапал для пороха.
Тепловое действие тока используется в различных электронагревательных приборах и установках. Дома мы используем электрические плитки, утюги, чайники, обогреватели и т.д. В промышленности тепловое действие тока используют для выплавки специальных сортов стали и многих других металлов, для электросварки. В сельском хозяйстве с помощью электрического тока обогревают теплицы, инкубаторы, сушат зерно.
Основная часть любого нагревательного электроприбора — нагревательный элемент. Нагревательный элемент представляет собой проводник с большим удельным сопротивлением, способный выдерживать нагревание до высокой температуры.
Рассматривая таблицу удельных сопротивлений веществ, без труда можем найти такое вещество.

 

 

Наибольшее удельное сопротивление из веществ данной таблицы имеет нихром. Нихром — это сплав никеля, железа, хрома и марганца.
В нагревательном элементе проводник в виде проволоки или ленты наматывается на пластинку из жароустойчивого материала: слюды, керамики. Так, например, нагревательным элементом в электрическом утюге служит нихромовая лента, от которой нагревается нижняя часть утюга.

Источники:

Пёрышкин А.В. Физика, 8 класс// ДРОФА, 2013.

http://lib3.podelise.ru/docs/2118/index-25494.html
http://thedb.ru/items/Chem_otlichaetsia_ENERGOSBEREGAYUSHCHAYA_lampa_ot_lampy_NAKALIVANIYA/
http://www.rae.ru/meo/?section=content&op=show_article&article_id=4674 
http://physics05.at.ua/index/stroenie_lampy_nakalivanija/0-11

 

www.yaklass.ru

Проектная работа по физике, 8 класс "Определение температуры нити накаливания"

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа № 2 п.г.т. Актюбинский»

Азнакаевского муниципального района Республики Татарстан

Тема проекта: «Определение температуры нити накаливания»

Исследовательский проект по физике

Выполнили: Хусаинова И., Синица П.

ученицы 8А класса МБОУ

«СОШ №2 п.г.т. Актюбинский»

Руководитель проекта: Хисматова М.С., учитель физики

Азнакаево, 2015 год

Содержание

  1. Введение

  2. Практическая часть

    1. Расчет температуры нити накаливания лампы

  3. Выводы

  4. Заключение

Список литературы

  1. Введение

Температура является одним из трех основных параметров, характеризующим состояние вещества. В промышленности измерение температуры занимает до 80 % объема всех измерений. Температура определяет степень нагретости тела, она характеризует тепловое состояние вещества и пропорциональна средней кинетической энергии его молекул.

На практике измерение температуры непосредственно невозможно. Поэтому для измерения температуры используют различные явления, происходящие под воздействием тепла, например, расширение веществ, изменение электрического сопротивления, излучение нагретых тел. Однако, количественная оценка возможна лишь при сопоставлении с некоторой эталонной температурой.

Измерение температуры любым из методов выполняется косвенно, т.е. значение измеряемой температуры определяется по результатам прямых измерений другой физической величины – давления, термоэлектродвижущей силы, электрического сопротивления и др.

Классификация методов измерения температуры:

  • Тепловое расширение;

  • Изменение давления;

  • Тепловое излучение;

  • Термоэлектрический эффект;

  • Изменение сопротивления.

К «измерениям» относят последовательность действий, включающую констатацию наличия у объекта некоторого свойства, качественную оценку этого свойства как определенной величины, сопоставление величины, воспроизводимой на объекте, с единицей этой величины, определение их количественного соотношения. С этих позиций имеют право на существование как прямые, так и косвенные измерения.

Косвенными измерениями называют расчет интересующей исследователя величины по известным зависимостям, в которые входят величины, полученные прямыми измерениями, например, измерения площадей таких плоских фигур, как треугольник или параллелограмм.

Прямые и косвенные измерения различают в зависимости от способа получения результата измерений.

Прямое измерение – измерение, при котором искомое значение физической величины получают непосредственно. Примеры прямых измерений: измерение длины детали микрометром, силы тока амперметром, массы на весах.

Косвенное измерение – определение искомого значения физической величины на основании результатов прямых измерений других физических величин, функционально связанных с искомой величиной. Принципиальной особенностью косвенных измерений является необходимость обработки (преобразования) результатов вне прибора (на бумаге, с помощью калькулятора или компьютера), в противоположность прямым измерениям, при которых прибор выдает готовый результат. Классическими примерами косвенных измерений можно считать нахождение значения угла треугольника по измеренным длинам сторон, определение площади треугольника или другой геометрической фигуры и т.п. Один из наиболее часто встречающихся случаев применения косвенных измерений – определение плотности материала твердого тела. Например, плотность ρ тела цилиндрической формы определяют по результатам прямых измерений массы m , высоты h и диаметра цилиндра d, связанных с плотностью уравнением

ρ = m/ (0,25π d2 h).

Совокупные измерения – проводимые одновременно измерения нескольких одноименных величин, при которых искомые значения величин определяют путем решения системы уравнений, получаемых при измерениях этих величин в различных сочетаниях.

Совместные измерения – проводимые одновременно измерения двух или нескольких не одноименных величин для определения зависимости между ними. В качестве примера можно рассмотреть одновременные измерения длин и температур для нахождения температурного коэффициента линейного расширения.

Итак, мы, воспользовавшись совместными и косвенными измерениями, узнаем температуру нити накаливания лампы.

Цель: измерить температуру нити накала косвенным методом, изучить зависимость сопротивления металлического проводника от температуры .

Гипотеза: возможно измерить температуру нити накаливания лампы не применяя термометр.

Задачи проекта.

  1. Определить сопротивление нити накаливания в начальный момент.

  2. Определить сопротивление нити спустя определенное время.

  3. Найти формулу зависимости сопротивления от температуры в теоретических источниках.

  4. Вывести формулу температуру из формулы для зависимости сопротивления.

  5. Найти значение температурного коэффициента сопротивления hello_html_m17c0599a.gif

в таблице.

  1. Рассчитать температуру нити накаливания.

Методы реализации поставленных задач.

  1. Используя лабораторное оборудование по электричеству собрать цепь, состоящую из источника тока, лампы от карманного фонарика, соединительных проводов, амперметра и реостата. Вольтметр присоединить к клеммам лампочки.

  2. Снять показания амперметра в начальный момент и спустя некоторое время.

  3. Снять показания вольтметра в начальный момент и спустя некоторое время.

  4. Найти сопротивление по формуле :

hello_html_m7c47f855.png

  1. Найти сопротивление спустя некоторое время по формуле:

hello_html_51830b06.png

  1. Вывести из формулы: hello_html_m4ad518e5.gif

Формулу температуры.hello_html_m62a00377.gif hello_html_m4db5ae7c.gif

hello_html_m62a00377.gif

Здесь используется температурный коэффициент. Что же это такое?

Если при температуре, равной 0 0С, сопротивление проводника равно R0 , а при температуре t оно равно R , то относительное изменение сопротивления, как показывает опыт, приямо пропорционально изменению температуры t :

Коэффициент пропорциональности α называют температурным коэффициентом сопротивления. Он характеризует зависимость сопротивления вещества от температуры. Температурный коэффициент сопротивления численно равен относительному изменению сопротивления проводника при нагревании его на 1 градус. Для всех металлических проводников коэффициент α>0 и незначительно меняется с изменением температуры. Если интервал изменения температуры невелик, то температурный коэффициент можно считать постоянным и равным его среднему значению на этом интервале температур.

При нагревании проводника его геометрические размеры меняются незначительно. Сопротивление проводника меняется в основном за счет изменения его удельного сопротивления от температуры. Если в формулу hello_html_60b9efa0.gif подставить значения R=ρl/s и R00l/S . Вычисления приводят к результату ρ=ρ0(1+αt)

Так как α мало меняется при изменении температуры проводника, то можно считать, что удельное сопротивление проводника линейно зависит от температуры.

Увеличение сопротивления можно объяснить тем, что, при повышении температуры увеличивается амплитуда колебаний ионов в узлах кристаллической решетки, поэтому свободные электроны сталкиваются с ними чаще,теряя при этом направленность движения. Хотя коэффициент α довольно мал, учет зависимости сопротивления от температуры при расчете нагревательных приборов совершенно необходим. Так сопротивление вольфрамовой нити лампы накаливания увеличивается при прохождении по ней тока более чем в 10 раз.

Из справочника по физике берем температурный кофэффициент α=0,006 К-1

3. Практическая часть

3.1.Расчет температуры нити накаливания лампы.

  1. Собираем цепь из источника тока, лампы от фонарика, соединительных проводов, амперметра, вольтметра и реостата.

  2. Снимаем показания амперметра в начальный момент и спустя некоторое время.

  3. Снимаем показания вольтметра в начальный момент и спустя некоторое время.

  4. Нашли формулу зависимости сопротивления проводника от температурыhello_html_m4ad518e5.gif

  5. Найдем сопротивление в начальный момент по формуле hello_html_41ab410f.png .

  1. Найдем сопротивление спустя некоторое время по формуле hello_html_m6249de1f.png

  2. Рассчитаем из формулы hello_html_m4db5ae7c.gif температуру нити.

  1. Здесь температурный коэффициент α=0,006 К-1

  2. Результаты измерений приведены в таблице (Приложение 1)

4. Выводы. Гипотеза подтверждена.

Мы измерили температуру нити накала лампочки косвенным путем. Получили hello_html_m489c2d29.gif. Мы изучили зависимость сопротивления металла от температуры. Убедились, что с ростом температуры, сопротивление металла растет, сила тока и напряжение уменьшаются.

5.Заключение.

Не используя термометр, измерили косвенным путем температуру нити накаливания лампы. Таким образом, мы с помощью изученной нами литературы, проведенных опытов, формул смогли найти метод для измерения температуры проводника не применяя термометр.

Проведение косвенных измерений – один из методов познания в физике.

Список литературы

1.Справочник по физике и технике .А.С. Енохович.

2.Физика 10 класс Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, Н.Н. Сотский

3.Задачник 10-11 классов по физике. А.П. Рымкевич.

4.www.newlitan.ru

5.studopedia.ru

Приложение 1

Результаты проведенных измерений и вычислений

опыта

Сила тока I, А

Напряжение U, В

Сопротивление R, Ом

Температура, t, 0С

1

0,1

5,2

52

20

2

0,09

5,19

57,66

222

infourok.ru

0 comments on “Температура нити накаливания – Температура лампы накаливания: таблицы | 1posvetu.ru

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *