Краткие теоретические сведения. В лампах накаливания всегда используется тепловое излучение, характер которого зависит от температуры тела нити накала

В лампах накаливания всегда используется тепловое излучение, характер которого зависит от температуры тела нити накала. Показателями теплового излу­чения при работе лампы накаливания являются спектральный со­став, величина потока излучения и к. п. д. В излучении имеются видимые и невидимые лучи, причем лишь небольшая часть излуче­ния заключена в видимой части спектра.

Коэффициент полезного действия лампы накаливания невысок и составляет примерно 3—5%. При повышении температуры нити накала повышается к. п. д. и улучшается спектр излучения, но при этом сокращается срок службы лампы, так как нагревание мате­риала нити накала связано с распылением и испарением материа­ла нити.

Основными характеристиками ламп накаливания являются: номинальное напряжение, световой поток, световая отдача, мощ­ность и средний срок службы.

Номинальное напряжение — то напряжение, на которое рассчи­тана лампа для работы. Отечественная промышленность выпуска­ет лампы накаливания на различные величины номинального на­пряжения в зависимости от типа и назначения ламп. Так, автомо­бильные лампы изготавливаются на номинальное напряжение 6 или 12 в; железнодорожные— на 24, 50 и 75 в; лампы для местно­го освещения — на 12 и 36 в, а лампы накаливания осветительные общего назначения — на 127 и 220 в.

Световой поток — это лучистый поток, излучаемый лампой на­каливания. Он оценивается по производимому им световому ощу­щению и зависит от температуры нагрева материала нити накали­вания и мощности лампы. Световой поток обозначается буквой F и измеряется в люменах (лм).

С течением времени (в процессе работы лампы) световой поток лампы снижается вследствие уменьшения излучения нити накала и загрязнения внутренней поверхности колбы.

Световая отдача лампы представляет собой отношение излучае­мого ею светового потока к электрической мощности, потребляе­мой лампой:

H = F/P₀, (1)

где F — световой поток, лм; P₀ — мощность, потребляемая лампой, вт.

Величина световой отдачи находится в сложной зависимости от температуры тела накала лампы. Лампы накаливания большой мощности, а также источники света низкого напряжения, обладаю­щие более толстой нитью и, следовательно, допускающие более высокую температуру нагрева, имеют более высокую световую от­дачу, чем источники малой мощности и с более высоким номиналь­ным напряжением.

Средний срок службы, В процессе горения лампы происходит распыление материала нити, ведущее к постепенному разрушению ее и к уменьшению светового потока. Согласно действующему стандарту (ГОСТ 2239—60) номинальная средняя продолжитель­ность горения нормальных осветительных ламп накаливания со­ставляет 1000 ч. Взаимная связь отдельных характеристик ламп накаливания от напряжения может быть выражена графически и с некоторым приближением аналитически. Для приближенного ана­литического расчета применительно к газонаполненным лампам с температурой накала нити 7 = 2800 К можно пользоваться следую­щими соотношениями:

при определении тока

I/Io = (U/U₀)^0,53;

при определении мощности лампы

P/Po = (U/(Jo)^1,53;

при определении светового потока

F/F₀=(U/U₀)^3.67; (2)

при определении световой отдачи

H/H₀=(U/U₀)^2.14;

при определении срока службы лампы

L/L₀ = (U/U₀)^-14.8;

в этих формулах F—световой поток, лм; Н — световая отдача лампы, лм/вт; L — срок службы лампы, ч; I — ток лампы, a; U—напряжение лампы, в; Р — мощность лампы, вт. Индекс «0» обоз­начает значение характеристики при номинальном режиме.

Конструкция лампы накаливания, а также перечень материа­лов, потребных для ее изготовления, представлена на рис. 2. Про­цесс производства нормальных ламп накаливания состоит из под­готовительных операций и сборки. К подготовительным операциям относятся: изготовление спирали, заготовка стекла, мойка и об­резка колб, изготовление электродов и цоколя. Сборка ламп меха­низирована.

В зависимости от мощности и назначения ламп применяются различные типы и размеры цоколей. Осветительные лампы общего назначения имеют цоколь с винтовой нарезкой. Железнодорожные, трамвайные и автомобильные—штыковой с одним или двумя кон­тактами, а софитные и некоторые специальные — со специальным цоколем. Для цоколей принята заводская маркировка: Е—резь­бовой цоколь; 1С — штыковой одноконтактный; 2С — штыковой двухконтактный; Ф — фокусиру­ющий; СФ — софитный; Ц — цилиндрический; М — для мощных ламп.

Все характеристики ламп накаливания имеют прямую связь с напряжением, приложенным к лампе. При повышении напряжения по сравне­нию с номинальным сокращается срок службы, повышается световой поток, излучаемый лампой, мощность и световая отдача, причем рост свето­вого потока происходит быстрее, чем рост мощ­ности. При понижении напряжения против номи­нального наблюдается обратное явление.

Рисунок 2 - Конст­рукция лампы на­каливания:

1 - никель; 2 — мо­либден; 3 - спираль; 4 — колба; 5 — медь; 6 - - цоколь; 7 — изо­лятор; 8 — контакт

Методические указания

При работе на лабо­раторной установке следует предварительно вы­яснить, как устроен люксметр и как пользовать­ся им при измерении освещенности. Ознакомить­ся с устройством, па котором закрепляется испы­туемая лампа. Изучить схему установки для про­ведения опыта. Записать паспорта электроизме­рительных приборов, аппаратуры управления и защиты.

Изучение конструкций и устройств ламп накаливания различ­ных типов производится по каждому типу ламп — нормальные, биспиральные, газонаполненные, лампы низкого напряжения для мест­ного освещения, автомобильные и тракторные, железнодорожные, прожекторные. Необходимо выяснить особенности конструкций и их отличие друг от друга. Записать характеристики ламп накали­вания и выяснить, чем обусловливается выбор той пли иной конст­рукции и типа лампы. Следует ознакомиться с каталожными дан­ными ламп накаливания.

Опыт по определению светоотдачи ламп накаливания различ­ных типов при различных значениях напряжения питания произ­водится в следующем порядке:

1) собирается электрическая схема, согласно рис. 1;

2) подбираются лампы накаливания двух-трех типов;

3) руководитель занятия проверяет собранную учащимися элек­трическую схему;

4) заготавливается таблица для занесения данных опыта, вы­ясняются (по каталогу) поминальные значения светового потока испытуемых ламп накаливания; эти данные заносятся в таблицу 1;

5) устанавливается испытуемая лампа накаливания, включает­ся схема и проводится опыт определения светоотдачи при различ­ных значениях напряжений: 0,9, 0,8 и 0,7 от номинального и при* значениях выше номинального от 1,1 и до 1,4.

При проведении опыта фиксируются показания амперметра, вольтметра, ваттметра и люксметра. Данные опыта и расчетов за­носятся в таблицу 1.

Таблица 1 – Данные опыта

№ п.п.	U, в	I, а	P, вт	E, лк	F, лм	H, лм/вт	Тип лампы

В лабораторных условиях непосредственное измерение светового потока и световой отдачи невозможно, так как для этого потребовалось бы специальное оборудование. Известно, что световая отдача

H = F/Po. (3)

С некоторым приближением можно считать, что между световым пот жом F и освещенностью' Е существует прямая зависимость F = Е. При этом допущении световой поток при различных значе­ния ч напряжений определяется следующим выражением:

F = (E/E₀)F₀, (4)

где F — световой поток лампы при напряжении, не равном номи­нальному, лм; F₀—световой поток лампы при номинальном на­пряжении, лм; Е — освещенность, измеренная люксметром при на­пряжении, отличном от номинального, лк; Е₀ — освещенность, из­меренная люксметром при номинальном напряжении, лк. Световая отдача при номинальном напряжении

H₀ = Fo/Po; (5)

при напряжении, отличном от номинального,

Н = Н₀(Е/Е₀)(Р₀/Р), (6)

где Н — светоотдача при испытуемом напряжении, лм/вт; Но — све­тоотдача при номинальном напряжении, лм/вт; Pq — мощность лампы при номинальном напряжении, вт; Р — мощность лампы при испытуемом напряжении, вт.

Отчет по работе составляется по форме, указанной в приложе­нии 1. В отчете необходимо привести паспорта всех аппаратов и приборов, вычертить электрическую схему соединений, привести заполненную таблицу наблюдений и расчетов, кратко описать со­держание работы и порядок ее проведения. Необходимо сделать выводы по работе и ответить на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

6.1 На каком принципе работают лампы накаливания?

6.2 Чем объясняется, что у более мощных ламп светоотдача выше?

6.3 Перечислите основные характеристики ламп накаливания.

6.4 Почему лампы накаливания работают при низком к. п. д.?

6.5 Какие материалы используются для нити накала лампы?

Федеральное агентство по образованию

ФГОУ СПО «Астраханский колледж вычислительной техники»

Специальность 140613

Лабораторная работа №2