灯泡的描述和原理
什么是白炽灯
白炽灯是一种人造光源，其中光通量是通过将细金属灯丝加热到发光金属的辉光温度而产生的。为了加热灯丝，需要通过电流。第一盏灯有一根烧焦的有机材料灯丝，例如竹子，呈纤维形式。
为了防止灯丝快速燃烧，将空气从灯泡中抽出并密封。或者烧瓶中充满了没有氧化剂的气体组合物 - 氧气。这些气体被称为惰性气体——氩气、氖气、氦气、氮气等。这些气体之所以如此命名是因为它们不与金属反应，即它们是惰性的。
第一个碳丝灯 碳丝灯的使用寿命不到十几个小时。用细金属丝代替碳丝后，它显着增加。
这种光称为辉光，即发光金属的光。这种灯丝被称为白炽灯。例如，钢加热到 1200°C 时会发出黄白色光，而在 1300°C 时它几乎是白色的。
19世纪后期，燃烧迅速的碳丝被钨、钼、锇等难熔金属或锆、镁、钇等金属氧化物取代。
用惰性气体填充烧瓶会降低金属从发光灯丝中蒸发的速度，因此增加了其操作的持续时间。
在高功率下，灯丝被制成“分支”形状。用于产生定向通量的投影光源具有复杂配置的灯丝，形成垂直于辐射轴的平面结构。灯泡内部是一个光反射器，例如一层薄薄的喷涂金属，如银或铝。
需要一根细长的金属灯丝直接从当时存在的电网为灯供电，该电网具有 110 V 的恒定电压。这提供了增加的电阻，因此加热灯所需的电流更少。
为了在小体积的透明玻璃烧瓶中密集“包装”，通过反复弯曲将灯丝放置在线架上。
灯丝的这种弯曲使第一个光源的设计变得复杂，它的工作时间比“木炭”光源长得多。白炽灯泡设计的一个突破是提出将灯丝拧成螺旋状。这将其尺寸缩小了很多倍。
通过将细螺旋盘绕成直径更大的第二个螺旋，可以获得更小的辉光体。双螺旋称为双螺旋。
光源发展的下一个阶段是过渡到交流电网络和使用变压器来降低灯的电源电压。
白炽灯的主要部件
白炽灯结构的主要部分包括：
- 灯丝或灯丝体；
- 固定灯丝的配件；
- 保护灯丝免受快速燃烧和外部影响的灯泡；
- 用于安装在插座中并连接到电源的插座
- 插座触点 - 螺钉体和插座底部的中央触点。
该配件旨在固定灯丝并创建所需的光通量配置和方向性。
需要插座将其固定在安装插座中并将其连接到灯泡。在改装灯（类似于白炽灯）中，插座容纳部分功率设备。
基地
上 卤素灯泡卤素灯泡，根据电源电压、瓦数和灯泡设计，有几种类型的底座，如螺纹底座、插脚底座、卡口底座、插脚底座等。
底座上的触点系统需要连接到电源或电源单元。
电灯泡
透明 LN 灯泡用于：
- 保护灯丝免受含有氧化剂、氧气的外部气氛的影响；
- 创造和保持真空或气体成分；
- 将不同类型的电磁能转换为可见辐射的磷光体和/或涂层的放置，将热量返回到灯丝，将不可见的紫外线和红外线辐射转换为光，校正灯罩 - 红色，绿色，蓝色。
白炽灯体
灯丝体是盘绕成螺旋或双螺旋或薄金属带的灯丝。
气体介质
填充灯泡灯泡的惰性气体，例如氮气、氩气、氖气、氦气。将卤素物质添加到惰性气体混合物中。
白炽灯是如何构成的，它是如何工作的？
白炽灯泡的结构在其发展过程中几乎没有变化。根据发光物质的发光原理工作的基本元素是白炽灯的灯丝或主体。这是一根细钨丝，直径为 30-40，最大为 50 微米或微米（百万分之一米）。
白炽灯的颜色从红色开始，随着温度的升高，从橙色、黄色变为白色。随着温度的进一步升高，发光体的金属首先熔化，然后在氧气存在下燃烧。
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冷钨丝具有低电阻率。与大多数金属一样，钨具有正温度系数的电阻 TCS。这意味着当灯丝被电流加热时，其电阻会增加。
开灯前，灯丝是冷的，电阻很小。因此，在开启的瞬间施加 10-15 倍标称电流的电流。这种浪涌称为启动浪涌。这通常是原因 通常是倦怠的原因 的灯丝。
灯丝预热需要几分之一秒。在此期间，它的阻力增加。最初流过灯的电流很大，随着气体、灯泡和所有结构元件的升温，它会降低到额定电流。从而使光源达到指定模式并给出额定光通量。发光的色调也变得标称，即对应于 2000 到 3500 K 的色温。它被称为暖白，在这个范围内有几个色温等级，有原始名称和缩写。例如：
- 超暖白 - 2200-2400 K，称为 S-Warm 或 S-W，也就是非常暖白或 Warm 2400；
- 暖色 - 2600-2800 K 或暖色 2700；
- 暖白 - 2700-3500 K 或暖白 (WW)；
- 另一个温暖的 2900-3100 K 或温暖的 3000 (W)。
单个灯元件的温度
LON灯泡的外表面取决于灯的瓦数，可以加热到250-300℃或更高。
灯丝加热到2000-2800℃，钨熔点3410℃。
在某些设计中，灯丝由熔点为 3045℃ 的锇或熔点为 2174 的铼制成。这会将 LN 的发光光谱转移到可见光谱的红色区域。
灯泡里有什么气体
在第一盏灯中，空气从灯泡中抽出。现在只疏散（抽出空气）低功率灯泡，不超过 25 瓦。
当钨丝加热到2-3千度时，金属从其表面强烈蒸发。它的蒸汽沉积在灯泡内部并降低其透光率。
上世纪初进行的研究表明，如果在烧瓶中填充惰性气体，蒸发会减少，光产率会增加。因此，烧瓶开始填充惰性气体中的一种或其混合物。最常见的是氩气、氮气、氙气、氪气、氦气等。氦气用于对新型 LED 改装灯的内部元件进行有效的被动冷却。
这个实验断然不推荐家庭使用
它们的主要发光元件 - 人造蓝宝石或玻璃的细棒，LED 的晶体位于其上。这种发射器称为灯丝。一些“专家”混淆了本质 灯丝灯 并称它们为“带有蓝宝石发光体的灯”。尽管这些灯中的人造蓝宝石仅用作 LED 晶体的安装底座和被动散热器。
在大多数情况下，LN 的故障不是由于金属从灯丝体表面蒸发，而是由于灯丝厚度扰动区域中这一过程的加速。这发生在导线急剧弯曲或其断裂的区域。此时其电阻局部增加，电压、功耗和金属温度增加。蒸发加速，变成雪崩状，灯丝厚度迅速减小并烧毁。
这个问题在 1950 年代末和 1960 年代初随着卤素灯泡的大量生产而得到解决。
卤素如氯、溴、氟或碘被添加到惰性气体或混合物中。结果，金属蒸发过程完全停止或显着减慢。这些添加剂的原子与钨蒸气结合，形成不稳定化合物的分子。它们沉积在发光体的表面上。在高温的作用下，分子解体，释放出卤素原子和纯金属，沉淀在灯丝的热表面，使汽化层部分再生。
这个过程通过增加压力来加强。这增加了灯丝温度、寿命、光输出、效率和其他特性。发射光谱向白色侧移动。在充气灯中，钨蒸气从内部使灯泡表面变暗的速度减慢。这种光源称为卤素光源。
电气规格
白炽灯的电气特性包括：
- 电功率，以瓦特为单位 - W，可用型号的范围 - 从几瓦（手电筒灯泡 - 1 W）到 500 甚至 1000 瓦；
- 光通量 Lm（流明）与功率有关：从 5 W 时的 20 Lm 到 200 W 时的 2500 Lm，功率越大，光通量越高；
- 光效，能源效率或效率因子，Lm/W - 以光通量的形式有多少流明的光可以使网络或电源消耗的每瓦功率
- 光强度或亮度，cd（坎德拉）；
- 色温 - 发射具有特定阴影的光的传统黑体的温度。
电灯的用途
电灯可以根据应用分为几种类型 - 用于公共、技术和特殊用途。
主要的公共用途是在夜间或房间内的黑暗地方为任何人、动物和鸟类提供人造光。
使用光，人们可以将日常活动延长几个小时。这可以是工作和学习过程，家务活。道路安全、晚上和夜间提供医疗服务的能力等得到提高。
灯在牲畜场和家禽场积极使用，用于生长 植物 在温室综合体中。它们被具有一定光谱和光通量大小的光照亮。养鱼还需要具有特定光谱成分的光。
技术目的。在制造过程中，发出可见光和不可见光的设备用于技术目的。例子：
- 一个人在工作场所需要高水平的照明才能进行精确而重要的工作；
- 红外 - 红外辐射用于工业，例如，用于建筑部件的非接触式加热或在气候工程中用于加热在露天寒冷的空气中工作的人，用于军事和狩猎工程 - 用于武器的夜视仪、夜视仪等;
- 紫外线- 辐射在牙科中用于快速硬化填充物、假牙制造等，在医学和卫生方面 - 用于 用于对房间、仪器、衣服和表面进行消毒的医学和卫生设施。在医药和卫生领域，对房间、工具、衣物、家具表面、空气、水、药品等进行消毒。
专用灯用于户外和室内灯光广告、取证、航空航天、演出灯光伴奏等。
主要类型及特点
白炽灯的主要类型包括：
- 通用灯具。简称 LON。通常这些设备的功率为 25、40、60、75 和 100 瓦。最常见的是 60 W。但工业生产的 LON 的额定功率为 150、200、500 甚至 1000 瓦。
- 卤素白炽灯。它们可在 220 或 110 V 高压和低压下运行。在这种情况下，它们由降压变压器供电。
低压卤素灯的品种：
- 胶囊，具有不同底座的全玻璃管形式 - 端销 GY6.35 或 G4；
- 反射器，具有反射元件，直径为 35 至 111 毫米，GZ10 插座与选项。
高压。主电压为 220-230 V，50 Hz。这些灯有更多版本：
- 呈带有 R7S 底座的玻璃管形式的线性；
- 圆柱形 - E27、E14 或 B15D 插座；
- 带有可拆卸或额外的灯泡。
最后一个型号有一个紧凑的卤素灯泡或灯管，牢固地安装在灯内。它焊接到常规 LON 灯泡的中心核心，并具有连接到标准 Edison E27 或 E14 底座的柔性引线。功耗为 70-100W，比传统白炽灯泡多提供 20-30% 的光通量。
这些型号的能效更高，达到 12-25 Lm/W，而普通 LON 光源则为 3-4 到 10-12 Lm/W。
卤素型号的使用寿命为 4-5 至 10-12 千小时。
灯具按功能和设计分类
装饰灯泡
近年来，出现了模仿老式爱迪生灯泡的复古灯。
此外，他们还通过灯泡的形状来模仿“蜡烛”、“风中的蜡烛”、“圆锥”、“梨”、“球”等。
镜像
镜面灯的灯泡的一部分在内部覆盖有反射层。大多数情况下，它是金属涂层——银、铝、金等。该层可以是薄而半透明的，也可以是厚而不透明的。
镜像设计用于制造绝对纯的工艺加热，例如具有最高材料纯度的半导体制造。在这种情况下，白炽灯的缺点 - 红外辐射的高通量 - 成为其无与伦比的优势。
这种灯用于具有窄旋转光束的灯具中。
信号
信号灯是闪烁的光源。通常以闪烁信标的形式，例如在公司的汽车、飞机和直升机上，用于在海军中传输光信息等。它们有一个薄的白炽灯丝，可提供快速的亮度增益。
运输
这种类型的灯设计用于不同类型的交通工具——汽车、铁路和地铁、河流和海上船只。对它们的主要要求是抗振动和抗冲击。为此，灯丝被制成较短并安装在许多支撑元件上。这种灯的底座是卡口天鹅、销或拱腹。它们可防止设备从插座中拧下并掉出。
照明
从名字可以看出，灯是用来照明的。因此，他们的灯泡由不同颜色的玻璃制成——蓝色、绿色、黄色、红色等。
双股
这种白炽灯的示意图：一个灯泡中有两个独立的灯丝。例如，在汽车前照灯中，双灯丝灯泡的使用如下：
- 当对一根灯丝施加电压时，近光灯就会亮起——光线“压”在路面上，光束传播数十米；
- 切换到第二根灯丝后，光线上升，射程可达数百米，光通量会大很多。
这种灯也可以在尾灯中。第一个灯丝用于停车灯，第二个灯丝用于停车灯。
在交通信号灯中，双灯丝灯提高了它们的可靠性。复制允许设备使用一根灯丝运行，或者在第一个灯丝烧毁后打开第二个灯丝。而且，例如在铁路上，信号的可靠性是运输安全的保证。
通用的本地用途
顶行，从左到右 - 带 E14 插座的灯 - 用于吊灯、壁灯和小灯，带 E27 插座 - 通用，绿色、红色、黄色 - 照明。
底行：蓝色 - 用于手术的医疗用途，带反射镜的镜子 - 用于摄影作品或特殊照明，带有紫罗兰色玻璃，两个外部 - 用灯泡“蜡烛”和插座 E27 和 E14 装饰。
优点和缺点
白炽灯泡的优点：
- 低廉的价格 - 简单而廉价的材料，设计和技术已经制定了几十年，大规模自动化生产；
- 相对较小的尺寸；
- 电源中的电压浪涌不会立即导致故障；
- 启动，以及重新启动 - 瞬时；
- 当由频率为 50-60 Hz 的交流电供电时，亮度脉动几乎不明显；
- 发光亮度可通过调光器调节；
- 发射光谱是实心的并且是眼睛熟悉的——类似于太阳光谱；
- 几乎完全重复不同制造商的灯具特性；
- 显色指数 Ra 或 CRI - 被照物体的色调再现质量 - 等于 100，完全对应于太阳的指标；
- 紧凑灯丝的小尺寸提供清晰的阴影；
- 在严重霜冻和高温条件下具有高可靠性；
- 设计允许批量生产工作电压从几分之一到数百伏的模型；
- 在没有启动装置的情况下提供交流或直流电源
- 灯丝电阻的有源特性提供等于 1 的功率因数（余弦 φ）；
- 对辐射、电磁脉冲、干扰不敏感；
- 辐射中几乎没有紫外线成分；
- 提供正常操作，频繁开/关灯和许多其他。
缺点包括：
- LON 的标称寿命 - 1000 小时，在卤素白炽灯中 - 从 3 到 5-6 千，在 荧光的 - 长达 10-5 万小时，LED 灯 - 30-15 万小时及以上；
- 玻璃灯泡和细灯丝对冲击很敏感，振动可能会在某些频率引起共振；
- 能源效率和寿命对电源电压的高度依赖；
- 功率转化为可见光的效率不超过3-4%，但随着功率的增加而增加；
- 灯泡表面温度取决于功率，为：100W - 290°C，200W - 330°C，25W - 100°C；
- 开启时，灯丝升温前的电流跳变可达到额定电流的十倍；
- 灯具插座和配件必须是耐热的。
如何增加灯泡寿命
有很多方法可以延长灯泡寿命。最常用的是：
- 通过包含与灯串联的热敏电阻来限制浪涌电流，其高电阻会随着浪涌电流的加热而降低；
- 通过晶闸管或可控硅调光器手动调光软启动；
- 通过强大的整流二极管为灯供电，即半正弦波的整流电压；
- 多灯灯具中成对的灯串联连接，例如在枝形吊灯中。
现代工业生产大量不同类型的白炽灯，具有广泛的工作电压和瓦数，具有不同的发光深浅、灯泡和底座的配置。这样的分类允许 选择 任何用途的必要灯。