Deskripsi dan prinsip pengoperasian bola lampu
Apa itu lampu pijar?
Lampu pijar, selanjutnya disebut LN, adalah sumber cahaya buatan, di mana fluks bercahaya diperoleh dengan memanaskan filamen logam tipis ke suhu pancaran logam merah-panas. Untuk pemanasan, arus listrik dilewatkan melalui filamen. Lampu pertama memiliki filamen bahan organik hangus, seperti bambu, dalam bentuk serat.
Untuk mencegah benang terbakar dengan cepat, udara dipompa keluar dari labu dan disegel. Atau mereka mengisi labu dengan komposisi gas di mana tidak ada zat pengoksidasi - oksigen. Gas semacam itu disebut inert - argon, neon, helium, nitrogen, dll. Gas-gas ini dinamai demikian karena tidak bereaksi dengan logam, mis. lembam.
Lampu pertama dengan filamen karbon memiliki sumber daya kerja tidak lebih dari selusin jam. Itu meningkat secara signifikan setelah penggantian filamen karbon dengan kawat logam tipis.
Cahaya seperti itu disebut cahaya pijar, mis. cahaya logam panas. Dan benang itu disebut filamen. Misalnya, baja yang dipanaskan hingga 1200 °C bersinar kuning-putih, sedangkan pada 1300 °C bersinar hampir putih.
Pada akhir abad ke-19, benang karbon, yang dengan cepat terbakar, digantikan oleh logam tahan api - tungsten, molibdenum, osmium atau oksida logam - zirkonium, magnesium, yttrium, dll.
Dengan mengisi labu dengan gas inert, laju penguapan logam dari filamen panas berkurang, dan, oleh karena itu, durasi operasinya meningkat.
Pada daya tinggi, filamen dibuat dalam bentuk "bercabang". Sumber cahaya proyeksi untuk menciptakan aliran terarah memiliki ulir dengan konfigurasi kompleks, membentuk struktur datar yang tegak lurus terhadap sumbu radiasi. Dalam hal ini, reflektor cahaya ditempatkan di dalam bohlam, misalnya, dalam bentuk lapisan tipis logam yang disemprotkan - perak atau aluminium.
Untuk menyalakan lampu langsung dari listrik yang ada saat itu, yang bertegangan konstan 110 V, diperlukan benang logam yang panjang dan tipis. Ini memberikan peningkatan resistensi, yang berarti bahwa lebih sedikit arus yang dibutuhkan untuk pemanasan.
Untuk "pengemasan" padat dalam volume kecil labu kaca transparan, benang ditekuk berulang kali dan ditempatkan pada pemegang kawat.
Pembengkokan benang seperti itu memperumit desain sumber cahaya pertama, yang bekerja lebih lama daripada yang "batubara". Sebuah terobosan dalam pengembangan desain bola lampu pijar adalah usulan untuk memutar benang menjadi spiral. Ini mengurangi ukurannya beberapa kali.
Ukuran tubuh pijar yang bahkan lebih kecil diperoleh dengan melipat spiral tipis menjadi spiral kedua, tetapi berdiameter lebih besar. Heliks ganda disebut bi-heliks.
Tahap selanjutnya dalam pengembangan sumber cahaya adalah transisi ke jaringan AC dan penggunaan transformator untuk mengurangi tegangan suplai lampu.
Bagian utama dari lampu pijar
Elemen struktural utama dari lampu pijar meliputi:
- filamen atau badan filamen;
- alat kelengkapan untuk mengencangkan utas;
- labu untuk melindungi benang dari pembakaran cepat dan pengaruh eksternal;
- dasar untuk pemasangan dalam kartrid dan koneksi ke listrik;
- kontak socle - badan berulir dan kontak pusat di bagian bawah socle.
Armature dirancang untuk mengencangkan ulir dan membuat konfigurasi dan arah fluks cahaya yang diperlukan.
Basis diperlukan untuk pemasangan di kartrid pemasangan dan menghubungkan ke labu. Pada lampu retrofit, analog lampu pijar, bagian dari perangkat daya ditempatkan di pangkalan.
alas tiang
pada lampu pijar halogen, tergantung pada tegangan suplai, daya dan desain labu, beberapa jenis socles dipasang - berulir, pin, bayonet, pin, dll.
Sistem kontak pada socles diperlukan untuk menghubungkan ke listrik atau catu daya.
Labu
Labu transparan LN digunakan untuk :
- perlindungan benang dari atmosfer luar yang mengandung zat pengoksidasi - oksigen;
- menciptakan dan memelihara komposisi vakum atau gas;
- menempatkan fosfor dan/atau pelapis yang mengubah berbagai jenis energi elektromagnetik menjadi radiasi tampak, mengembalikan panas ke filamen, mengubah radiasi UV dan IR yang tidak terlihat menjadi cahaya, mengoreksi bayangan cahaya lampu - merah, hijau, biru.
Tubuh pijar
Tubuh pijar adalah benang yang digulung menjadi spiral atau bi-spiral atau pita logam tipis.
media gas
Gas inert yang mengisi bola lampu, misalnya nitrogen, argon, neon, helium. Dalam campuran gas inert, zat halogen ditambahkan.
Cara kerja LN dan cara kerjanya
Perangkat bola lampu pijar telah berubah sedikit selama perkembangannya. Elemen utama yang beroperasi berdasarkan prinsip pancaran zat pijar adalah filamen atau benda pijar. Ini adalah kawat tungsten tipis dengan diameter 30-40, maksimum 50 mikron atau mikrometer (sepersejuta meter).
Warna pijar mulai dari merah dan saat suhu meningkat, mereka melewati oranye, kuning ke putih. Dengan peningkatan suhu lebih lanjut, logam dari tubuh pijar pertama-tama meleleh, dan kemudian, dengan adanya oksigen, terbakar.
Video Tutorial: Cara Kerja Bola Lampu Modern
Filamen tungsten dingin memiliki resistivitas rendah. Tungsten, seperti kebanyakan logam, memiliki koefisien resistansi suhu positif TCR.Ini berarti bahwa dalam proses memanaskan filamen dengan arus listrik, resistansinya meningkat.
Sebelum lampu dinyalakan, filamennya dingin dan memiliki sedikit hambatan. Oleh karena itu, pada saat penyalaan, arus disuplai 10-15 kali lebih banyak dari arus nominal. Lompatan ini disebut start. Dan sering dia penyebab kelelahan tubuh pijar.
Dibutuhkan sepersekian detik untuk menghangatkan utas. Selama waktu ini, resistensi meningkat. Awalnya, arus besar yang melewati lampu, saat gas, bohlam, dan semua elemen struktural memanas, berkurang ke nilai nominal. Jadi sumber cahaya memasuki mode yang ditentukan dan menghasilkan fluks bercahaya paspor. Rona cahaya juga menjadi nominal, yaitu. sesuai dengan suhu warna dari 2000 hingga 3500 K. Disebut putih hangat dan memiliki beberapa gradasi suhu warna dengan nama dan singkatan asli dalam kisaran yang ditentukan. Sebagai contoh:
- putih super-hangat - 2200-2400 K, ditunjuk S-Hangat atau S-W, juga putih sangat hangat atau Hangat 2400;
- hangat - 2600-2800 K atau Hangat 2700;
- putih hangat - 2700-3500 K atau Putih Hangat (WW);
- satu lagi hangat adalah 2900-3100 K atau Hangat 3000 (W).
Suhu masing-masing elemen lampu
Permukaan luar bohlam LON tergantung pada kekuatan lampu dan dapat dipanaskan hingga 250-300℃ atau lebih.
Benang dipanaskan hingga 2000-2800℃, pada titik leleh tungsten 3410 °C.
Dalam beberapa desain, filamen terbuat dari osmium dengan titik leleh 3045 atau renium - 2174. Jadi spektrum emisi LN digeser ke zona merah spektrum tampak.
Gas apa yang ada di bohlam?
Pada lampu pertama, udara dipompa keluar dari labu.Sekarang hanya bola lampu berdaya rendah, tidak lebih dari 25 watt, yang dievakuasi (udara dipompa keluar).
Selama pengoperasian kawat tungsten yang dipanaskan hingga 2-3 ribu derajat, logam secara intensif menguap dari permukaannya. Uapnya mengendap di bagian dalam bohlam dan mengurangi transmisi cahayanya.
Studi yang dilakukan pada awal abad terakhir menunjukkan bahwa jika labu diisi dengan gas inert, penguapan akan berkurang dan keluaran cahaya akan meningkat. Oleh karena itu, labu mulai diisi dengan salah satu gas inert atau campurannya. Paling sering, ini adalah argon, nitrogen, xenon, kripton, helium, dll. Helium digunakan untuk pendinginan pasif yang efektif dari elemen internal jenis baru lampu retrofit LED.
Eksperimen ini sangat tidak disarankan untuk dilakukan di rumah.
Elemen pemancar cahaya utama mereka adalah batang tipis yang terbuat dari safir atau kaca buatan, di mana kristal LED berada. Emitor seperti itu disebut filamen. Beberapa "ahli" bingung esensinya lampu filamen dan menyebutnya "lampu dengan pemancar cahaya safir". Meskipun safir buatan pada lampu ini hanya digunakan sebagai alas pemasangan dan heat sink pasif untuk kristal LED.
Kegagalan LN dalam banyak kasus tidak dikaitkan dengan penguapan logam dari permukaan badan pijar, tetapi dengan percepatan proses ini di zona pelanggaran ketebalan filamen. Ini terjadi di zona belokan tajam kawat atau patahnya. Di tempat ini, resistansinya meningkat secara lokal, tegangan, disipasi daya, dan suhu logam meningkat. Penguapan semakin cepat, menjadi longsoran salju, benang dengan cepat mengurangi ketebalannya dan terbakar.
Masalah ini dipecahkan pada akhir 1950-an dan awal 1960-an dengan memulai produksi massal lampu pijar halogen.
Halogen - klorin, brom, fluor atau yodium - mulai dimasukkan ke dalam komposisi gas atau campuran inert. Akibatnya, proses penguapan logam berhenti total atau melambat secara signifikan. Atom-atom aditif ini mengikat uap tungsten, membentuk molekul senyawa yang tidak stabil. Mereka menetap di permukaan tubuh pijar. Di bawah aksi suhu tinggi, molekul terurai dan melepaskan atom halogen dan logam murni, yang mengendap di permukaan benang yang panas dan sebagian mengembalikan lapisan yang menguap.
Proses ini diintensifkan dengan meningkatkan tekanan. Ini meningkatkan suhu filamen, masa pakai, keluaran cahaya, efisiensi, dan karakteristik lainnya. Spektrum emisi bergeser ke sisi putih. Dalam lampu yang diisi gas, penggelapan permukaan bohlam dari dalam dari uap tungsten melambat. Sumber cahaya seperti itu disebut halogen.
Parameter listrik
Karakteristik kelistrikan lampu pijar antara lain:
- daya listrik, diukur dalam watt - W, kisaran model yang diproduksi - dari beberapa watt (bola lampu untuk senter - 1 W) hingga 500 dan bahkan 1000 W;
- fluks bercahaya, Lm (lumen), terkait dengan daya - dari 20 Lm pada 5 W hingga 2500 Lm pada 200 W, dengan daya yang lebih tinggi, fluks cahaya lebih tinggi;
- efisiensi bercahaya, efisiensi atau efisiensi energi, Lm / W - berapa banyak lumen cahaya dalam bentuk fluks bercahaya yang memberikan setiap watt daya yang dikonsumsi dari jaringan atau dari sumber daya;
- intensitas cahaya atau kecerahan, cd (candela);
- suhu warna - suhu benda hitam bersyarat yang memancarkan cahaya dengan warna tertentu.
Tujuan dari lampu listrik
Lampu listrik dapat dibagi menjadi beberapa jenis sesuai dengan aplikasinya - untuk penggunaan umum, teknis dan khusus.
Kegunaan umum utama adalah untuk memberikan cahaya buatan kepada setiap orang, hewan dan burung di malam hari atau di tempat gelap dalam sebuah ruangan.
Menggunakan cahaya, orang memperpanjang aktivitas sehari-hari mereka selama beberapa jam. Itu bisa berupa pekerjaan dan proses belajar, pekerjaan rumah tangga. Keselamatan jalan meningkat, kemampuan memberikan bantuan medis di sore dan malam hari, dan banyak lainnya.
Lampu secara aktif digunakan di peternakan dan peternakan unggas, untuk tumbuh tanaman di kompleks rumah kaca. Mereka diterangi dengan cahaya spektrum tertentu dan besarnya fluks bercahaya. Untuk pembiakan ikan, cahaya dengan komposisi spektral khusus juga diperlukan.
tujuan teknis. Dalam produksi, untuk tujuan teknologi, perangkat digunakan yang memberikan cahaya tampak dan tidak terlihat. Contoh:
- untuk pekerjaan yang akurat dan penting, seseorang membutuhkan tingkat penerangan yang tinggi di tempat kerja;
- IR - radiasi inframerah digunakan dalam industri, misalnya, untuk pemanasan non-kontak bagian struktural atau dalam teknologi iklim untuk memanaskan seseorang yang bekerja di udara dingin terbuka, dalam peralatan militer dan berburu - pemandangan malam untuk senjata, perangkat penglihatan malam, dll. ;
- UV- radiasi digunakan dalam kedokteran gigi untuk pengerasan tambalan yang cepat, dalam pembuatan gigi palsu, dll., dalam kedokteran dan sanitasi - untuk desinfeksi tempat, peralatan, pakaian, permukaan furnitur, udara, air, obat-obatan, dll.
Lampu tujuan khusus digunakan dalam iklan penerangan luar dan dalam ruangan, kriminalistik, penerbangan dan astronotika, pengiring cahaya pertunjukan pertunjukan, dan banyak lainnya.
Jenis dan karakteristik utama
Jenis utama lampu pijar adalah:
- Lampu tujuan umum. Ditunjuk dengan singkatan LON. Biasanya ini adalah perangkat dengan daya 25, 40, 60, 75 dan 100 watt. Yang paling umum - 60 watt. Namun LON diproduksi secara industri dengan kapasitas 150, 200, 500 bahkan 1000 watt.
- Lampu pijar halogen. Diproduksi untuk operasi dari jaringan tegangan tinggi 220 atau 110 V dan dari jaringan tegangan rendah. Dalam hal ini, mereka ditenagai oleh transformator step-down.
Varietas LN halogen tegangan rendah:
- kapsul, berbentuk tabung kaca semua dengan socles yang berbeda - ujung pin GY6.35 atau G4;
- refleks, memiliki elemen reflektif, dengan diameter 35 hingga 111 mm, alas GZ10 dengan opsi.
Tegangan tinggi. Tegangan utama 220-230 V, 50 Hz. Lampu ini memiliki lebih banyak pilihan:
- linier dalam bentuk tabung gelas dengan kaki R7S;
- silinder - sol E27, E14 atau B15D;
- dengan remote atau labu tambahan.
Pada model terbaru, kapsul atau tabung lampu halogen berukuran kecil dipasang dengan kokoh di dalam lampu. Itu dilas ke batang pusat bohlam LON konvensional, memiliki kabel fleksibel yang terhubung ke basis Edison E27 atau E14 standar. Dengan konsumsi daya 70-100 W, ia memberikan fluks bercahaya 20-30% lebih banyak daripada lampu pijar konvensional.
Model ini memiliki efisiensi energi yang lebih tinggi, mencapai 12-25 lm / W, sedangkan LON konvensional memiliki output cahaya dari 3-4 hingga 10-12 lm / W.
Masa pakai model halogen berkisar antara 4-5 hingga 10-12 ribu jam.
Pemisahan lampu berdasarkan tujuan dan desain
lampu hias
Dalam beberapa tahun terakhir, lampu retro telah muncul yang meniru LN Edison antik.
Selain itu, mereka meniru "lilin", "lilin di angin", "benjolan", "pir", "bola", dll. dalam bentuk bohlam.
dicerminkan
Lampu cermin memiliki bagian bohlam yang tertutup dari dalam dengan lapisan reflektif. Paling sering, ini adalah lapisan logam - perak, aluminium, emas, dll. Lapisan ini bisa tipis, tembus cahaya atau tebal, buram.
Struktur cermin digunakan dalam produksi untuk proses pemanasan yang benar-benar bersih, misalnya, dalam produksi semikonduktor dengan kemurnian bahan tertinggi. Dalam hal ini, kelemahan lampu pijar - fluks radiasi inframerah yang besar - menjadi keunggulannya yang tak tertandingi.
Lampu semacam itu digunakan pada lampu dengan sinar cahaya putar yang sempit.
Sinyal
Lampu sinyal adalah sumber cahaya yang berkedip. Biasanya berupa suar yang berkedip, misalnya pada mobil dinas, pada pesawat terbang dan helikopter, untuk menyampaikan pesan ringan di armada, dll. Mereka memiliki filamen tipis yang memberikan kecerahan yang cepat.
Mengangkut
Jenis lampu ini dirancang untuk digunakan pada berbagai jenis transportasi - mobil, kereta api dan kereta bawah tanah, kapal sungai dan laut. Persyaratan utama bagi mereka adalah ketahanan terhadap getaran dan guncangan. Untuk melakukan ini, filamen dibuat pendek dan dipasang pada sejumlah elemen pendukung.Basis lampu tersebut adalah bayonet Swan, pin atau soffit. Mereka tidak membiarkan perangkat keluar dan jatuh dari kartrid.
iluminasi
Dari namanya jelas bahwa lampu digunakan untuk penerangan. Oleh karena itu, labu mereka terbuat dari kaca dengan warna berbeda - biru, hijau, kuning, merah, dll.
untai ganda
Skema lampu pijar seperti itu: dalam satu bohlam ada dua filamen pijar yang terpisah. Misalnya, di lampu mobil, lampu dua filamen digunakan seperti ini:
- ketika tegangan diterapkan ke satu ulir, balok yang dicelupkan dihidupkan - fluks cahaya "ditekan" ke alas jalan dan balok memanjang beberapa puluh meter;
- setelah beralih ke utas kedua, cahaya naik dan jangkauannya bisa mencapai ratusan meter, dan fluksnya akan jauh lebih besar.
Lampu seperti itu bisa berada di lampu belakang. Benang pertama untuk lampu samping, yang kedua untuk lampu rem.
Di lampu lalu lintas, lampu filamen ganda meningkatkan keandalannya. Duplikasi memungkinkan perangkat bekerja dengan satu utas, atau menyalakan utas kedua setelah utas pertama habis. Dan, misalnya, pada perkeretaapian, keandalan persinyalan merupakan jaminan keselamatan transportasi.
Umum, tujuan lokal
Baris atas, dari kiri ke kanan - lampu dengan alas E14 - untuk lampu gantung, tempat lilin, dan lampu berukuran kecil; dengan basis E27 - tujuan umum; hijau, merah, kuning - mencerahkan.
Baris bawah: biru - tujuan medis untuk prosedur; cermin dengan reflektor - untuk karya fotografi atau pencahayaan khusus, dengan kaca ungu, dua kaca luar - dekoratif dengan bohlam "lilin" dan sol E27 dan E14.
Pro dan kontra
Keuntungan dari lampu pijar:
- harga rendah - bahan, desain, dan teknologi sederhana dan murah telah dikerjakan selama beberapa dekade, produksi otomatis massal;
- ukuran yang relatif kecil;
- lonjakan tegangan dalam jaringan tidak menyebabkan kegagalan langsung;
- start-up, serta restart - instan;
- ketika ditenagai oleh arus bolak-balik dengan frekuensi 50-60 Hz, denyut kecerahan hampir tidak terlihat;
- kecerahan cahaya diatur oleh dimmer;
- spektrum radiasi terus menerus dan akrab bagi mata - mirip dengan matahari;
- pengulangan karakteristik lampu yang hampir lengkap dari pabrikan yang berbeda;
- indeks rendering warna Ra atau CRI - kualitas reproduksi nuansa warna objek yang diterangi - adalah 100, yang sepenuhnya konsisten dengan indikator matahari;
- dimensi kecil dari filamen kompak memberikan bayangan yang jelas;
- keandalan tinggi dalam kondisi cuaca beku dan panas yang parah;
- desain memungkinkan produksi massal model dengan tegangan operasi dari fraksi hingga ratusan volt;
- catu daya dari tegangan bolak-balik atau langsung tanpa adanya perangkat start-up;
- sifat aktif dari resistansi filamen memberikan faktor daya (cosinus ) sama dengan 1;
- acuh tak acuh terhadap radiasi, impuls elektromagnetik, interferensi;
- praktis tidak ada komponen UV dalam radiasi;
- pekerjaan biasa dengan sering menyalakan/mematikan lampu dan banyak lainnya disediakan.
Kerugiannya meliputi:
- masa pakai nominal LON - 1000 jam, untuk lampu pijar halogen - dari 3 hingga 5-6 ribu, untuk bercahaya - hingga 10-50 ribu, untuk LED - 30-150 ribu jam atau lebih;
- kaca bohlam dan filamen tipis peka terhadap guncangan, getaran dapat menyebabkan resonansi pada frekuensi tertentu;
- ketergantungan yang tinggi dari efisiensi energi dan masa pakai pada tegangan suplai;
- Efisiensi mengubah listrik menjadi cahaya tampak tidak melebihi 3-4%, tetapi meningkat dengan meningkatnya daya;
- suhu permukaan labu tergantung pada daya dan: untuk 100 W - 290 ° C, untuk 200 W - 330 ° C, 25 W - 100 ° C;
- ketika dihidupkan, lonjakan arus sebelum filamen memanas bisa sepuluh kali lebih tinggi dari nilai nominal;
- fiting lampu dan perlengkapan perlengkapan harus tahan panas.
Cara meningkatkan umur lampu
Ada banyak cara untuk meningkatkan umur layanan. Paling sering digunakan:
- membatasi arus awal dengan menyalakan termistor secara seri dengan lampu, resistansi tinggi yang berkurang saat dipanaskan oleh arus awal;
- soft start dengan kontrol kecerahan manual oleh thyristor atau dimmer triac;
- daya lampu melalui dioda penyearah yang kuat, mis. bagian tegangan yang diperbaiki dari sinusoid;
- sambungan seri lampu berpasangan dalam perlengkapan multi-lampu, misalnya, di lampu gantung.
Industri modern menghasilkan sejumlah besar jenis lampu pijar yang berbeda dengan berbagai voltase dan daya operasi, dengan nuansa cahaya yang berbeda, konfigurasi bohlam dan socles. Kisaran ini memungkinkan memilih lampu yang tepat untuk penggunaan apa pun.