Nhấn công tắc - và căn phòng tối ngay lập tức thay đổi, chi tiết của các yếu tố nhỏ nhất của nội thất có thể nhìn thấy được. Đây là cách năng lượng từ một thiết bị nhỏ ngay lập tức lan tỏa, tràn ngập ánh sáng mọi thứ xung quanh. Điều gì khiến bạn tạo ra một bức xạ mạnh như vậy? Câu trả lời ẩn chứa trong tên của thiết bị chiếu sáng, đó là đèn sợi đốt.
Lịch sử hình thành các yếu tố chiếu sáng đầu tiên
Nguồn gốc của những chiếc đèn sợi đốt đầu tiên có từ đầu thế kỷ 19. Hay đúng hơn, chiếc đèn xuất hiện muộn hơn một chút, nhưng người ta đã quan sát thấy hiệu ứng phát sáng của thanh bạch kim và thanh cacbon dưới tác dụng của năng lượng điện. Hai câu hỏi khó đặt ra trước mắt các nhà khoa học:
- tìm vật liệu có điện trở cao có khả năng nóng lên dưới tác động của dòng điện đến trạng thái phát ra ánh sáng;
- Ngăn chặn quá trình cháy nhanh vật liệu trong không khí.
Nghiên cứu vàphát minh của nhà khoa học Nga Alexander Nikolaevich Lodygin và Thomas Edison người Mỹ.
Lodygin đề xuất sử dụng các thanh cacbon như một phần tử sợi đốt, được đựng trong một bình kín. Nhược điểm của thiết kế là khó bơm không khí ra ngoài, tàn dư của nó góp phần làm cho các thanh đốt nhanh chóng. Nhưng đèn của anh ấy vẫn cháy trong vài giờ và những phát triển cũng như bằng sáng chế đã trở thành cơ sở để tạo ra những thiết bị bền hơn.
Nhà khoa học người Mỹ Thomas Edison, sau khi làm quen với các công trình của Lodygin, đã chế tạo một bình chân không hiệu quả, trong đó ông đặt một sợi carbon làm từ sợi tre. Edison cũng cung cấp đế đèn với kết nối ren vốn có trong các loại đèn hiện đại, và phát minh ra nhiều yếu tố điện, chẳng hạn như: phích cắm, cầu chì, công tắc xoay, và nhiều hơn thế nữa. Hiệu suất của đèn sợi đốt Edison rất nhỏ, mặc dù nó có thể hoạt động lên đến 1000 giờ và được sử dụng thực tế.
Sau đó, thay vì các nguyên tố cacbon, người ta đã đề xuất sử dụng kim loại chịu lửa. Dây tóc vonfram được sử dụng trong đèn sợi đốt hiện đại cũng đã được cấp bằng sáng chế bởi Lodygin.
Thiết bị và nguyên lý hoạt động của đèn
Thiết kế của đèn sợi đốt về cơ bản không thay đổi trong hơn một trăm năm. Nó bao gồm:
- Một bình kín kín có giới hạn không gian làm việc và chứa đầy khí trơ.
- Giá đỡ cóhình xoắn ốc. Nó dùng để giữ đèn trong ổ cắm và kết nối điện với các bộ phận mang dòng điện.
- Dây dẫn dẫn dòng điện từ đế đến hình xoắn ốc và giữ nó.
- Xoắn ốc sợi đốt, sự đốt nóng của nó tạo ra sự phát xạ năng lượng ánh sáng.
Khi có dòng điện chạy qua cuộn dây, nó ngay lập tức nóng lên với nhiệt độ cao nhất lên đến 2700 độ. Điều này là do xoắn ốc có điện trở dòng điện lớn và năng lượng tiêu tốn nhiều để vượt qua điện trở này, được giải phóng dưới dạng nhiệt. Nhiệt làm nóng kim loại (vonfram) và nó bắt đầu phát ra các photon ánh sáng. Do trong bình không chứa oxi nên vônfram không bị oxi hóa trong quá trình đun nóng, không cháy hết. Khí trơ giữ cho các hạt kim loại nóng không bị bay hơi.
Hiệu suất của đèn sợi đốt là gì
Hiệu quả cho biết phần trăm năng lượng sử dụng được chuyển thành công việc hữu ích và phần nào không. Trong trường hợp của đèn sợi đốt, hiệu suất thấp, vì chỉ có 5-10% năng lượng được dùng để phát ra ánh sáng, phần còn lại được giải phóng dưới dạng nhiệt.
Hiệu suất của đèn sợi đốt đầu tiên, nơi thanh cacbon đóng vai trò như dây tóc, thậm chí còn thấp hơn so với các thiết bị hiện đại. Điều này là do tổn thất bổ sung do đối lưu. Các sợi xoắn ốc có tỷ lệ tổn thất này thấp hơn.
Hiệu suất của đèn sợi đốt phụ thuộc trực tiếp vào nhiệt độ đốt nóng của vòng xoắn. Theo tiêu chuẩn, cuộn dây đèn 60 W làm nóng lên đến 2700 ºС, ởhiệu suất này chỉ là 5%. Có thể tăng giá trị sưởi ấm lên 3400 ºС bằng cách tăng điện áp, nhưng điều này sẽ làm giảm tuổi thọ của thiết bị hơn 90%, mặc dù đèn sẽ sáng hơn và hiệu suất tăng lên 15%.
Thật sai lầm khi nghĩ rằng việc tăng công suất đèn (100, 200, 300 W) chỉ dẫn đến tăng hiệu suất vì độ sáng của thiết bị đã tăng lên. Đèn bắt đầu sáng hơn do sức mạnh của bản thân xoắn ốc lớn hơn, và kết quả là lượng ánh sáng phát ra lớn hơn. Nhưng chi phí năng lượng cũng đã tăng lên. Do đó, hiệu suất của đèn sợi đốt 100 W cũng sẽ nằm trong khoảng 5-7%.
Các loại đèn sợi đốt
Đèn sợi đốt có nhiều kiểu dáng và mục đích chức năng khác nhau. Chúng được chia thành các thiết bị chiếu sáng:
- Công dụng chung. Chúng bao gồm đèn sử dụng trong gia đình với các nguồn điện khác nhau, được thiết kế cho điện áp chính là 220 V.
- Thiết kế trang trí. Họ có các loại bình không tiêu chuẩn ở dạng nến, hình cầu và các hình dạng khác.
- Loại chiếu sáng. Đèn màu công suất thấp cho ánh sáng đầy màu sắc.
- Điểm đến địa phương. Các thiết bị điện áp an toàn lên đến 40 V. Chúng được sử dụng trên bàn sản xuất, để chiếu sáng nơi làm việc của máy công cụ.
- tráng gương. Đèn tạo ánh sáng định hướng.
- Loại tín hiệu. Được sử dụng để làm việc trên bảng điều khiển của nhiều thiết bị khác nhau.
- Đối với phương tiện di chuyển. Một loạt các loại đèn có khả năng chống mài mòn và độ tin cậy cao hơn. Có thiết kế thân thiện với người dùng để thay thế nhanh chóng.
- Đối với đèn sân khấu. Đèn tăng công suất, đạt tới 10.000 W.
- Đối với các thiết bị quang học. Đèn cho máy chiếu phim và các thiết bị tương tự.
- Cổ góp. Được sử dụng như các phân đoạn của màn hình kỹ thuật số của các dụng cụ đo lường.
Mặt tích cực và tiêu cực của đèn dây tóc
Thiết bị chiếu sáng kiểu sợi đốt có những đặc điểm riêng. Tích cực bao gồm:
- đánh lửa tức thì của cuộn dây;
- an toàn với môi trường;
- kích thước nhỏ;
- giá hợp lý;
- khả năng tạo ra các thiết bị có công suất và điện áp hoạt động khác nhau của cả AC và DC;
- tính linh hoạt của ứng dụng.
Để phủ định:
- đèn sợi đốt hiệu suất thấp;
- nhạy cảm với sự gia tăng điện năng tiết kiệm;
- giờ làm việc ngắn không quá 1000;
- nguy cơ cháy đèn do bóng đèn bị đốt nóng mạnh;
- thiết kế mỏng manh.
Các loại thiết bị chiếu sáng khác
Có các loại đèn chiếu sáng, về cơ bản nguyên lý hoạt động của nó khác với hoạt động của đèn sợi đốt. Chúng bao gồm xả khí và đèn LED.
Có rất nhiều đèn phóng điện hồ quang hoặc khí đốt, nhưng chúng đều dựa trên sự phát sáng của khí khi hồ quang xảy ra giữa các điện cực. Sự phát sáng xảy ra trong quang phổ tia cực tím, sau đó được chuyển đổi thành quang phổ có thể nhìn thấy được bằng mắt người.bằng cách đi qua lớp phủ phosphor.
Quá trình xảy ra trong đèn phóng điện bao gồm hai giai đoạn công việc: tạo ra phóng điện hồ quang và duy trì sự ion hóa và phát sáng của khí trong bóng đèn. Vì vậy, tất cả các loại thiết bị chiếu sáng đó đều có hệ thống điều khiển hiện tại. Các thiết bị huỳnh quang có hiệu suất cao hơn đèn sợi đốt, nhưng không an toàn vì chúng chứa hơi thủy ngân.
Thiết bị chiếu sángLED là hệ thống hiện đại nhất. Hiệu suất của đèn sợi đốt và đèn LED là không thể so sánh được. Sau này, nó đạt 90%. Nguyên lý hoạt động của đèn LED dựa trên sự phát sáng của một loại chất bán dẫn nhất định dưới tác động của điện áp.
Bóng đèn sợi đốt gì mà không thích
Tuổi thọ của bóng đèn sợi đốt thông thường sẽ bị rút ngắn nếu:
- Điện áp trong mạng liên tục bị phóng đại so với mức danh định, mà thiết bị chiếu sáng được thiết kế. Điều này là do sự gia tăng nhiệt độ hoạt động của thân sưởi và kết quả là, sự bay hơi của hợp kim kim loại tăng lên, dẫn đến sự hỏng hóc của nó. Mặc dù hiệu suất của đèn sợi đốt sẽ lớn hơn.
- Lắc mạnh đèn trong quá trình hoạt động. Khi kim loại được nung nóng đến trạng thái gần nóng chảy, và khoảng cách giữa các vòng xoắn bị giảm do sự giãn nở của chất, thì bất kỳ chuyển động cơ học, đột ngột nào cũng có thể dẫn đến một mạch liên động mà mắt thường không thể nhận thấy được. Điều này làm giảm điện trở tổng thể của cuộn dây đối với dòng điện, góp phần làm cho nó nóng hơn và nhanh chóngkiệt sức.
- Nước sẽ vào bình đun nóng. Sự chênh lệch nhiệt độ xảy ra tại điểm va chạm, làm cho kính bị vỡ.
- Chạm ngón tay vào bóng đèn halogen. Đèn halogen là một loại đèn sợi đốt nhưng có công suất phát sáng và tỏa nhiệt cao hơn đáng kể. Khi chạm vào, một vết nhờn vô hình từ ngón tay vẫn còn trên bình. Dưới tác động của nhiệt độ, chất béo bị cháy hết, tạo thành các cặn cacbon ngăn cản quá trình truyền nhiệt. Kết quả là, tại điểm tiếp xúc, thủy tinh bắt đầu nóng chảy và có thể vỡ hoặc phồng lên, phá vỡ chế độ khí bên trong, dẫn đến cháy vòng xoắn. Đèn sợi đốt halogen có hiệu suất cao hơn đèn thường.
Cách thay đèn
Nếu đèn bị cháy hết mà bóng đèn vẫn chưa bị sập thì bạn có thể thay bóng mới sau khi đã nguội hoàn toàn. Trong trường hợp này, hãy tắt nguồn. Khi vặn đèn, mắt không cần phải nhìn theo hướng của nó, đặc biệt nếu không thể tắt điện.
Khi bóng đèn bị nổ nhưng vẫn giữ nguyên hình dạng, nên lấy một miếng vải cotton, gấp thành nhiều lớp và quấn quanh đèn, cố gắng lấy kính ra. Tiếp theo, sử dụng kìm có tay cầm cách nhiệt, cẩn thận tháo phần đế và ốc vít trong một chiếc đèn mới. Tất cả các hoạt động phải được thực hiện khi tắt nguồn.
Kết
Mặc dù thực tế là hiệu suất của đèn sợi đốt chỉ chiếm một tỷ lệ nhỏ và ngày càng có nhiều đối thủ cạnh tranh nhưng nó lại phù hợp trong nhiều lĩnh vực của cuộc sống. Thậm chí có bóng đèn cổ nhất, hoạt động liên tục hơn trăm năm. Đây không phải là sự xác nhận và duy trì sự tồn tại của tư tưởng thiên tài của một người đang nỗ lực thay đổi thế giới sao?
