En quoi consiste une ampoule à incandescence - circuit et appareil

Pour créer un éclairage artificiel, une lampe à incandescence conventionnelle est souvent utilisée. Cet élément est connu de tous depuis l'époque de l'URSS. L'ampoule en verre, la cartouche et la spirale sont les principales parties visibles du produit. Le fonctionnement d'une lampe à incandescence de l'intérieur est intéressant à la fois pour un maître novice et un professionnel.

L'histoire de l'invention de l'ampoule

Le produit a été conçu et affiné par de nombreux scientifiques à différentes époques. Le premier arc électrique a été allumé par le scientifique V.V. Petrov. en 1802. L'invention consistait en deux tiges de carbone qui étaient reliées aux pôles d'une batterie galvanique. Au moment de leur approche, une décharge électrique s'est produite et un arc lumineux s'est formé au-dessus des éléments. L'utilisation d'une telle lampe dans la vie quotidienne était impossible pour un certain nombre de raisons - l'inconvénient de la conception, l'épuisement rapide des tiges de charbon. Mais les scientifiques du monde entier ont commencé à comprendre de quoi fabriquer une lampe.

70 ans plus tard, en 1872, Lodygin A.N. a reçu un brevet pour une lampe à incandescence. En tant que spirale, une barre de charbon de cornue y a été utilisée, qui a été placée sous un couvercle en verre.

Déjà en 1880, le 10 mai, la lampe de Lodygin était équipée d'un éclairage public à Saint-Pétersbourg sur le pont Liteiny. La durée de vie de la source lumineuse n'était que de 2 mois (jusqu'à ce que la tige de carbone brûle).

En 1880, Thomas Edison a introduit une lampe à incandescence Lodygin améliorée aux États-Unis. Il a réussi à éliminer l'air de l'ampoule de verre, ce qui a assuré une combustion plus longue de la spirale et sa lueur plus brillante. Edison a également développé une base filetée pour visser la lampe dans la douille.

En 1910, il a été décidé de tordre le filament de tungstène en spirale pour augmenter sa durée de vie. Ainsi, le produit fonctionne maintenant au lieu des 50 à 100 heures initiales pendant 1 000 heures complètes.

Le principe du rayonnement thermique est également utilisé dans la production de lampes halogènes fluorescentes.

En quoi consiste la lampe

La structure et le circuit d'une lampe à incandescence ressemblent à ceci :

• bulbe de verre en forme de poire ou rond;
• corps de filament (filament de tungstène ou de carbone) situé dans celui-ci sur deux supports à crochets;
• deux électrodes;
• fusible;
• jambe;
• base (boîtier) avec un isolant;
• son contact (en bas).

L'oxydation du filament de tungstène (spirale, filament) est exclue en le plaçant sous vide ou en milieu gazeux. Ils remplissent un flacon en verre.

Paramètres électriques

Toutes les ampoules sont fabriquées pour différentes tensions. Étant donné que le tungstène métallique réfractaire a une faible résistivité, un long fil est nécessaire pour le dispositif de l'élément léger. Ainsi, le filament d'une ampoule atteint souvent 50 micromètres. Lorsque la lumière est allumée, un courant traverse le corps du filament, qui dépasse celui de travail de 10 à 14 fois. Plus le fil chauffe, plus la résistance du fil augmente et le courant diminue.

Le principe de fonctionnement d'une lampe électrique à incandescence

Après avoir examiné en quoi consiste l'ampoule, il est important de comprendre le principe de son fonctionnement:

• Lorsque la lumière est allumée, un courant traverse le bas de la base jusqu'au corps du filament.
• Le filament de tungstène est très chaud après la fermeture du circuit électrique, ce qui conduit à son incandescence.
• À ce stade, la température du fil atteint 570 degrés.
• Ainsi, le spectre de lueur des ampoules est décalé vers des températures chaudes.

Pour référence : plus le degré du filament tungstène/carbone est faible, plus faible sera la fraction d'énergie qui va au corps incandescent et provoque son rayonnement visible. Les lampes rétro diffèrent en ce qu'elles réchauffent la spirale plus lentement et plus faiblement.

Variétés d'éléments légers

Tous les produits sont classés selon différents paramètres. Par le type de remplissage du flacon, on distingue les lampes suivantes :

• les plus simples sous vide (lorsqu'ils sont fabriqués, tout l'air est aspiré hors du ballon);
• rempli de gaz argon;
• xénon halogène;
• rempli de krypton.

Par type d'utilisation, les ampoules sont divisées en les types suivants:

• Décoratif. Ils fonctionnent selon le principe habituel. Le flacon est réalisé sous la forme d'une bougie ou d'une boule.

  

• Usage général. Ce sont des éléments communs familiers à tout le monde qui sont vissés dans un lustre ou une applique. Souvent, le maître s'inquiète de la question de savoir combien de watts une ampoule consomme. Vous pouvez acheter un produit pour 40, 60, 90, 100, 120, 150, 200 watts et plus. Plus l'indicateur est élevé, plus la lueur sera brillante.
• Lampes pour éclairage local. Structurellement, ils ne sont pas différents des éléments ordinaires. Mais la tension de fonctionnement pour eux est comprise entre 12 et 42 V.
• Ampoules pour l'éclairage. Ils ont un flacon peint de couleurs vives. Puissance de travail dans la plage de 10-25 W.
• Signal. Ils ont une puissance extrêmement faible et sont utilisés pour les dispositifs de signalisation lumineuse. Aujourd'hui, ces produits sont remplacés en toute confiance par des lampes à LED modernes.
  
• Projecteur. Le corps incandescent est posé ici d'une manière spéciale en raison de sa suspension pratique dans le flacon. En conséquence, il est possible d'obtenir une meilleure focalisation de la lueur. La puissance de ces lampes atteint 10-50 kilowatts.

  

• En miroir. Ils ont un revêtement spécial du flacon. Il est partiellement recouvert d'un film d'aluminium projeté thermiquement. Ainsi, il est possible d'obtenir une directivité étroite du faisceau lumineux. Les miroirs sont utilisés pour les dispositifs d'éclairage local.
• Transport. Ces produits se caractérisent par une résistance et une résistance aux vibrations accrues. Pour les lampes de transport, des capuchons spéciaux sont utilisés, grâce auxquels vous pouvez rapidement remplacer l'élément d'éclairage dans les conditions exiguës de la voiture. Ces éléments fonctionnent à partir d'une alimentation automatique 6-220 V.
• Produits pour appareils optiques. Aujourd'hui, ils ne sont presque jamais produits. Auparavant utilisé pour les projecteurs de films, l'équipement médical. Les lampes de ce type ont une forme spéciale de l'ampoule.
• Lampe de commutation. Appartenir à la classe de signal. Ils ont une petite taille de flacon, ce qui permet de les placer sous les boutons de panneaux de différents réglages.

  

Par le nombre de filaments, tous les éléments sont :

• Double brin. Ils ont un corps incandescent pour la lumière lointaine (forte) et un pour la lumière proche (faible). Ils sont utilisés dans les feux de circulation automobile, aéronautique, ferroviaire, dans les étoiles du Kremlin de Moscou.
• Simple brin. Ampoules habituelles avec un filament de tungstène.

Le corps chauffant des produits à faible inertie a une spirale extrêmement fine. Ils étaient auparavant utilisés pour les systèmes d'enregistrement sonore optique. Il existe également des lampes chauffantes qui sont utilisées pour les chambres de séchage, les cuisinières électriques, le matériel de bureau, etc.

Avantages et inconvénients

Les lampes à incandescence présentent de nombreux avantages :

• coût acceptable ;
• dimensions compactes;
• réponse instantanée à marche / arrêt ;
• manque de scintillement, affectant négativement les yeux;
• inertie aux surtensions;
• gamma doux de lueur, contribuant à la relaxation, créant une atmosphère de confort;
• bon indice de rendu des couleurs égal à Ra 90 ;
• travailler dans toutes les conditions (y compris une humidité élevée);
• disponibilité constante pour le consommateur;
• respect de l'environnement;
• absence de bruit pendant le fonctionnement;
• inertie aux rayonnements ionisants.

Les inconvénients des lampes à incandescence incluent les points suivants :

• fragilité, sensibilité aux dommages mécaniques;
• durée de vie relativement courte;
• faible rendement, ne dépassant pas 5-7% (rapport puissance consommée/rayonnement visible);
• risque d'incendie dû au contact direct de la lampe avec des substances combustibles (textiles, paille, etc.);
• la probabilité d'une explosion due à un choc thermique ou à une rupture de la spirale sous tension.

Malgré tous les inconvénients énumérés, les ampoules habituelles conservent leur position en toute confiance. Plus de 70 % de la population de la CEI les utilise encore.

Efficacité et durabilité

Lors de l'analyse du fonctionnement d'une lampe à incandescence, il est important de comprendre son efficacité. A une température de lumière de 3400 Kelvin, le rendement de la cellule est de 15%. Il s'agit du rapport entre la consommation d'énergie et le rayonnement lumineux visible à l'œil humain. A une température de 2700 K (moyenne normale pour une lampe domestique ordinaire), le rendement n'est que de 5%.

Plus la température du filament est élevée, plus l'efficacité sera grande. Cependant, la durée de vie du produit est réduite. Par exemple, si la tension est augmentée de 20%, la luminosité de l'éclairage deviendra plus forte - l'efficacité de l'ampoule augmentera, mais la durée de vie sera réduite de 90 à 95%. En conséquence, une diminution de la tension entraîne une diminution de l'efficacité du produit et une augmentation de sa durée de vie.

Comment prolonger la durée de vie d'une lampe à incandescence

En moyenne, une ampoule à incandescence domestique ordinaire dure 700 à 1000 heures. Mais en fait, l'élément brûle beaucoup plus rapidement. Pour prolonger la durée de vie de l'ampoule, il est nécessaire d'éviter les facteurs provoquant l'épuisement de la spirale.

• Observer la plage de tension. Il est indiqué sur le flacon du produit. En règle générale, il est égal à 125-135 W, 220-230 W, 2,3-2,4 kW. Si la tension dans la maison est dépassée, le produit brûlera plus rapidement. Par exemple, dans un appartement, la tension maximale est de 220 V et la lampe a été achetée avec une plage de 125 à 135 V. Ici, le filament brûlera nettement plus rapidement, car l'efficacité du produit augmente.
• Élimine le dysfonctionnement de la cartouche. Si les lampes grillent souvent, cela vaut la peine de les inspecter et de revérifier les contacts. Changer la cartouche si nécessaire.
• Élimine les vibrations. Ils conduisent à un épuisement rapide du filament de tungstène. Par conséquent, il est préférable d'effectuer le transfert des lampes mobiles avec la lampe éteinte.

Pour prolonger la durée de vie de la lampe à incandescence, vous pouvez réduire la tension du réseau de seulement 7 à 8 %. Dans ce cas, le produit fonctionnera 3 à 3,5 fois plus longtemps avec une consommation d'énergie économique.