Расчет сопротивления электрической лампочки. Важные параметры оценки. Светотехника и цвет свечения

Современный рынок осветительных приборов сегодня представлен не только разнообразными светильниками, но и источниками света. Одними из самых старых лампочек современности являются лампы накаливания (ЛН).

Даже беря во внимание то, что сегодня существуют более совершенные источники света, лампы накаливания все еще широко используются людьми для освещения различного рода помещений. Здесь мы рассмотрим такой важный параметр данных ламп, как температура нагрева при работе, а также цветовая температура.

Мощность равна квадрату напряжения, деленному на сопротивление. Что происходит, национальная энергосистема делает очень хорошее олицетворение постоянного источника напряжения. Независимо от того, что вы подключаете к своей линии электропередачи, если напряжение составляет 120 В, когда вы не рисуете ток, он по-прежнему будет составлять 120 В когда вы рисуете десятки или сотни ампер.

Закон Ома гласит, что если напряжение постоянное, тогда будет больше тока для меньшего сопротивления. Закон мощности говорит, что если напряжение постоянное, то больше тока означает больше мощности. Поэтому, если напряжение постоянное, будет больше потребляемой мощности меньшим резистором.

Особенности источника света

Лампы накаливания представляют собой самый первый источник электрического света, который был изобретен человеком. Данная продукция может иметь разную мощность (от 5 до 200 Вт). Но наиболее часто используются модели на 60 Вт.

Обратите внимание! Самый большой минус ламп накаливания – высокое потребление электроэнергии. Из-за этого с каждым годом уменьшается число ЛН, которые активно используются в качестве источника света.
Означает ли это, что нагревательный элемент, например, в сушилке или печи, должен иметь меньшее сопротивление, чем провода, подающие питание? Водонагреватель и провода образуют схему, называемую делителем напряжения. Физически существует три резистора; Один проводник от панели к нагревательному элементу, самому нагревательному элементу и другой провод обратно к панели.

Математика проще, хотя, если мы просто рассмотрим два резистора. Таким образом, мы действительно хотим, чтобы сопротивление проводов было намного меньше сопротивления нагревательного элемента, потому что, когда они подключены последовательно, меньший резистор рассеивает пропорционально меньшую мощность.

Перед тем, как приступать к рассмотрению таких параметров, как температура нагрева и цветовая температура, необходимо разобраться в конструкционных особенностях подобных ламп, а также в принципе ее работы.
Лампы накаливания в ходе своей работы преобразует электрическую энергию, проходящую по вольфрамовой нити (спирали) в световую и тепловую.
На сегодняшний день излучение, по своей физической характеристике, делится на два типа:

Эти клиенты и некоторые другие имеют фундаментальное непонимание ламп накаливания на 130 вольт. Однако это не их вина, это наше. Поэтому позвольте мне попытаться разобраться в этом вопросе раз и навсегда. Тем не менее, вы также можете использовать лампу с более толстой нитью, которая уменьшает сопротивление тока, так что он течет более легко. Этот метод, как указывалось ранее, является подходом, используемым лампой накаливания на 130 вольт. Поскольку ток, проходящий через более толстую нить, меньше сопротивляется, для производства света требуется меньше энергии.

Устройство лампы накаливания

тепловое;
люминесцентное.

Под тепловым, которое характерно для ламп накаливания, подразумевается световое излучение. Именно на тепловом излучении основано свечение электрической лампочки накаливания.
Лампы накаливания состоят из:

стеклянной колбы;
тугоплавкой вольфрамовой нити (часть спирали). Важный элемент всей лампы, так как при повреждении нити лампочка перестает светиться;
цоколя.

В процессе работы таких ламп происходит повышение t0 нити из-за прохождения через нее электрической энергии в виде тока. Чтобы избежать быстрого перегорания нити в спирали, из колбы выкачивают воздух.
Обратите внимание! В более продвинутых моделях ламп накаливания, коими является галогеновые лампочки, вместо вакуума в колбе закачан инертный газ.
Установка вольфрамовой нити происходит в спираль, которая закреплена на электродах. В спирали нить находится посередине. Электроды, к которым происходит установка спирали и вольфрамовой нити, соответственно, припаиваются к разным элементам: один к металлической гильзе цоколя, а второй – к металлической контактной пластине.
В результате такой конструкции электрической лампочки, ток, проходя через спираль, вызывает нагрев (повышение t0 внутри колбы) нити, так как он преодолевает ее сопротивление.

Более свободно движущийся ток также не приводит к тому, что нить накапливается так, что цветовая температура света также ниже. Очень небольшое снижение напряжения и люмен приводит к значительному увеличению срока службы и значительному снижению энергопотребления. Например, снижение напряжения только на 8% приводит к 300% -ному увеличению срока службы и почти 15% -ному снижению энергопотребления только с 25% -ной потерей светового потока!

Теперь вернемся к первоначальному вопросу: зачем покупать лампочки на 130 вольт? Ответ прост. Покупайте лампочки накаливания на 130 вольт, когда вы хотите экономить энергию, реже меняйте свои луковицы и не упустите немного меньшего светового потока и более теплую цветовую температуру.

Принцип работы лампочки

Работающая лампа накаливания

Нагрев ЛН во время работы происходит из-за конструкционных особенностей источника света. Именно из-за сильного нагрева во время работы время эксплуатации ламп значительно уменьшается, что делает их сегодня не такими выгодными. При этом из-за нагрева нити происходит повышение t0 самой колбы.

Всегда будут специальные случаи, когда некоторые особенности лампочки делают его наилучшим выбором - например, требуется широкий непрерывный спектр или свет и тепло.

Это означает, что по мере их прогрева они будут проходить больше тока и будут нагреваться дальше. Если это не удалось, это приведет к сбою по току. . Серийная схема - это схема, в которой есть только один путь от источника через все нагрузки и обратно к источнику. Это означает, что весь ток в цепи должен проходить через все нагрузки.

Принцип работы ЛН основывается на преобразовании электрической энергии, которая проходит через нити спирали, в световое излучение. При этом температура разогретой нити может достигать 2600- 3000 оС.

Обратите внимание! Температура плавления для вольфрама, из которого изготовлены нити спирали, составляет 3200-3400 °С. Как видим, в норме температура нагрева нити не может привести к началу процесса плавления.
Одним из примеров серии является цепочка старых рождественских огней. Существует только один путь прохождения тока. Открытие или размыкание последовательной цепи, такой как это в любой точке своего пути, приводит к тому, что вся цепь «открывается» или перестает работать. Это связано с тем, что основное требование к цепи для работы с непрерывным контуром замкнутого контура больше не выполняется. Это основной недостаток серии. Если какая-либо из лампочек или нагрузок выгорает или удаляется, весь цепь перестает работать.

Многие из сегодняшних схем на самом деле представляют собой комбинацию элементов последовательно и параллельно, чтобы свести к минимуму неудобства схемы с чистыми сериями. Давайте более подробно рассмотрим, как работает серия, и способ сопротивления влияет на ток.

Спектр ламп при таком строении заметно отличается от спектра дневного света. Для такой лампы спектр излучаемого света будет характеризоваться преобладанием красных и желтых лучей.
Стоит отметить, что колбы у более современных моделей ЛН (галогеновых) не вакуумируются, а также не содержат в своем составе спиральной нити. Вместо нее внутрь колбы закачивают инертные газы (аргон, азот, криптон, ксенон и аргон). Такие конструкционные усовершенствования привели к тому, что температура нагрева колбы во время работы несколько уменьшилась.

Рассмотрим простую последовательную цепь, состоящую из розетки на 120 вольт в качестве источника, переключателя и 60-ваттной лампочки. Когда переключатель разомкнут, свет не может работать, так как цепь не завершена. Существует не замкнутый путь прохождения тока по цепи. Когда переключатель закрыт, лампочка работает, так как ток протекает через цепь. Лампочка светится на полную яркость, так как она получает свои 120 вольт и имеет проектный ток.

Если к цепи последовательно подключены две лампочки, сопротивление схемы удваивается. Текущий поток теперь вдвое меньше того, что было, когда только одна лампа находилась в цепи, как и раньше. Напряжение на каждой лампе теперь составляет 60 вольт из-за уменьшения тока. Каждая лампочка работает только на половину своего предполагаемого напряжения, что уменьшит ее яркость. Поскольку каждая лампа имеет одинаковый размер, каждый из них видит равное падение напряжения.

Преимущества и недостатки источника света

Несмотря на то, что сегодня рынок источников света изобилует самыми разнообразными моделями, лампы накаливания на нем встречаются еще достаточно часто. Здесь можно найти изделия на различное количество Вт (от 5 до 200 Вт и выше). Самыми востребованными лампочками являются от 20 до 60 Вт, а также 100 Вт.

Если мы добавим третью 60-ваттную лампу в схему, то каждая лампочка получит треть от общего напряжения цепи или 40 вольт. Каждая лампочка будет давать меньше света, чем раньше, потому что мы продолжаем увеличивать сопротивление цепи каждый раз, когда добавляем лампу.

Чтобы еще раз продемонстрировать, как изменение сопротивления последовательно влияет на ток и напряжение на каждой лампе, позвольте заменить третью лампу лампой накаливания на 10 ватт. 10-ваттная лампа будет светиться ярко, а две другие будут едва светить. 10 -ваттная лампа имеет такое большое сопротивление по сравнению с двумя другими 60-ваттными лампами, что 10-ваттная лампа получает самый высокий процент напряжения. Положение ламп в цепи не имеет значения. Это сопротивления, которые определяют сколько напряжения каждая из ламп в конечном итоге получит.

Ассортимент выбора

ЛН продолжают достаточно широко использоваться потому, что у них имеются свои преимущества:

при включении зажигание света происходит практически мгновенно;
небольшие габариты;
низкая стоимость;
модели, внутри колбы которых имеется только вакуум, являются экологически чистой продукцией.

Именно такие достоинства и обусловили то, что ЛН еще являются достаточно востребованными в современном мире. В домах и на производстве сегодня легко можно встретить представителей данной осветительной продукции на 60 Вт и выше.
Обратите внимание! Большой процент использования ЛН относится к промышленности. Зачастую здесь используются мощные модели (200 Вт).
Но лампы накаливания имеют и достаточно внушительный перечень недостатков, к которым можно отнести:

В этой компоновке 10-ваттная лампочка получает 110 вольт, и каждая из 60-ваттных ламп получает 5 вольт. 5 вольт, получаемые лампами мощностью 60 ватт, заставляют их едва светиться, а 110 вольт, получаемые 10-ваттной лампой, заставляют его светиться вблизи, но не полностью, его полной, предполагаемой яркости.

На каждой плате есть три лампы мощностью 40 Вт, подключенные, как показано схемами резисторов, нанесенными на нее. На плате слева расположены луковицы, разумеется, параллельно, а правая панель справа. В этой схеме все луковицы светятся при полной яркости.

наличие слепящей яркости света, исходящего от ламп в процессе работы. В результате этого требуется использование специальных защитных экранов;
во время работы наблюдается нагревание нити, а также самой колбы. Из-за сильного нагрева колбы при попадании на ее поверхность даже незначительного количества воды, возможен взрыв. Причем нагревание колбы происходит у всех лампочек (хоть на 60 Вт, хоть ниже или выше);

Обратите внимание! Увеличение нагрева колбы еще несет в себе определенную степень опасности травмироваться. Повышенная температура стеклянной колбы, при прикосновении к ней незащищенными участками кожи, может вызвать ожог. Поэтому такие лампы не стоит ставить в те светильники, к которым может легко дотянуться ребенок. Кроме этого повреждение стеклянной колбы может вызвать порезы или спровоцировать другие травмы.
В последовательной цепи любой ток, проходящий через одну лампочку, должен проходить через другие лампы, так что каждая лампочка потребляет тот же ток. Сопротивление лампочки накаливания изменяется с температурой, но если мы не будем этого делать, мы можем, по крайней мере, приблизительно оценить рассеивание тока и мощность в последовательной цепи.

При использовании световых лампочек прямое измерение с помощью амперметра показывает, что фактический ток, протекающий в параллельном контуре, составляет 34 А для одной лампы, 68 А для двух ламп и 02 А для трех ламп, а в последовательной схеме - 196 А. ток и, следовательно, рассеиваемая мощность, в схеме серии почти вдвое превышают то, что мы достигли выше.

Накал вольфрамовой нити

высокое потребление электроэнергии;
при выходе из строя не поддаются ремонту;
низкий срок эксплуатации. Лампы накаливания быстро выходят из строя по причине того, что в момент включения или выключения света нить спирали может повредиться из-за частого нагрева.

Как видим, использование ЛН несет в себя гораздо больше минусов, чем плюсов. Самыми главными недостатками лап накаливания считается нагрев из-за повышения температуры внутри колбы, а также высокое потребление электроэнергии. Причем это касается всех вариантов ламп с мощностью от 5 до 60 Вт и выше.

«Омическое» сопротивление является постоянным, независимо от приложенного напряжения. Если бы лампочки работали таким образом, измеренный ток в последовательной схеме согласуется с приведенной выше оценкой. Несмотря на то, что это не так, эта демонстрация дает хорошее представление о различии в поведении между последовательной и параллельной цепью, выполненной с тремя идентичными резисторами.

Электроника и приборостроение для ученых, стр. 32. В этом разделе мы рассмотрим, как власть ведет себя в последовательном соединении и параллельно соединении двух резисторов. На следующем рисунке показан удивительный результат двух ламп накаливания в последовательном соединении и параллельном соединении.

Важные параметры оценки

Одним из наиболее важных параметров работы ЛН является световой коэффициент. Этот параметр имеет вид отношения мощности излучения видимого спектра и мощности потребленной электроэнергии. Для данной продукции это достаточно малая величина, которая не превышает 4%. То есть, для ЛН характерна низкая светоотдача.
К другим важным параметрам работы можно отнести:

На первом рисунке показаны две лампочки, соединенные последовательно с 230 вольтами. Однако горит только лампа мощностью 25 Вт. Чтобы понять это наблюдение, мы должны еще раз вспомнить, что происходит, когда два резистора соединены последовательно. Ток через оба резистора равен, но напряжение делится между двумя резисторами.

Примечание. В случае серии, в которой интенсивность тока одинакова, чем больше сопротивление, тем больше электрическая мощность. Поэтому у нас уже есть объяснение, почему лампа накаливания мощностью 25 Вт освещена из-за ее большего сопротивления. Поскольку сопротивление 25-ваттной лампы в четыре раза больше, чем сопротивление 100-ваттной лампы, выход на 100-ваттной лампе составляет всего лишь 1 4 от мощности на 25-ваттной лампе.

световой поток;
цветовая t0 или цвет свечения;
мощность;
срок службы.

Рассмотрим первые два параметра, так как со сроком службы мы разобрались в предыдущем пункте.

Световой поток

Световой поток представляет собой физическую величину, которая определяет количество световой мощности в конкретном потоке излучения света. Кроме этого здесь имеется еще один важный аспект, как световая отдача. Она определяет для лампы отношение излучаемого лампочкой светового потока к мощности, которую она потребляет. Световая отдача измеряется в лм/Вт.

Он показывает одинаковые лампочки параллельно. Как насчет параллельного подключения резисторов? Мощность лампочек точно соответствует условиям здесь, поэтому оба лампы загораются. Поэтому мощность и сопротивление ведут себя косвенно пропорционально друг другу. Если напряжение одинаковое, чем выше сопротивление, тем меньше мощность. Таким образом, лампа мощностью 25 Вт имеет в четыре раза больше сопротивления, чем лампа мощностью 100 Вт.

Четыре электрических количества играют важную роль в строительстве и эксплуатации электронных схем. Разность напряжений между полюсами источника напряжения описывается электрическим напряжением. Типичным источником напряжения является аккумулятор. Разница в количестве носителей заряда, присутствующих на полюсах «плюс» и «минус», Например, напряжение 9 вольт.

Обратите внимание! Световая отдача служит показателем экономичности и эффективности источников света.

Таблица светового потока и световой отдачи ламп накаливания

Как видим, для нашего источника света вышеперечисленные величины находятся на низком уровне, что свидетельствует об их небольшой эффективности.

Цвет свечения лампочек

Цветовая температура (t0) также является важным показателем.
Цветовая t0 представляет собой характеристику хода интенсивности светового излучения лампочки и является функцией длины волны, определенной для оптического диапазона. Данный параметр измеряется в кельвинах (К).

Имена и напряжения обычных батарей. Электрическое напряжение может возникать либо как напряжение постоянного тока, либо переменное напряжение. Символ переключателя батареи или источника постоянного напряжения. Если подключены два полюса источника напряжения, то носители заряда перетекают с одного полюса на другой - происходит выравнивание заряда. Электрический ток течет во время этого процесса. Электрический ток или электрический ток часто упоминаются как ток.

Для того, чтобы электрический ток протекал, в материале, в котором происходит соединение между положительным и отрицательным полюсами, должны присутствовать свободные носители заряда - Например, в металлах или жидкостях. Наличие свободных носителей заряда делает разницу между проводящими и непроводящими материалами.

Цветовая температура для лампы накаливания

Стоит отметить, что цветовая температура для ЛН находится примерно на уровне 2700 К (для источников света с мощностью от 5 до 60 Вт и выше). Цветовая t0 ЛН находится в красной и тепловой оттеночной области видимого спектра.
Цветовая t0 полностью соответствует степени нагревания вольфрамовой нити, что не дает возможность ЛН быстро выйти из строя.

Обратите внимание! Для других источников света (например, светодиодные лампочки) цветовая температура не отображает степень их прогрева. При параметре нагрева ЛН в 2700 К светодиод прогреется всего лишь на 80ºС.

Таким образом, чем больше будет мощность ЛН (от 5 до 60 Вт и выше), тем больше будет происходить нагревание вольфрамовой нити и самой колбы. Соответственно, тем больше будет цветовая t0. Ниже приведена таблица, по которой можно сравнить эффективность и потребление мощности разных видов лампочек. В качестве группы контроля, с которой ведется сравнение, здесь взяты ЛН мощностью от 20 до 60 и до 200 Вт.

Сравнительная таблица мощностей разных источников света

Как видим, лампы накаливания по данному параметру значительно проигрывают в плане потребления мощности другим источникам света.

Светотехника и цвет свечения

В светотехнике важнейшим параметром для источника света является его цветовая t0. Благодаря ей можно определить цветовую тональность и цветность источников света.

Варианты цветовой температуры

Цветовая t0 лампочек определяется цветовой тональностью и бывает трех видов:

холодной (от 5000 до 120000К);
нейтральной (от 4000 до 50000К);
теплой (от 1850 до 20000К). Его дает стеариновая свеча.

Обратите внимание! Рассматривая цветовую температуру ЛН, следует помнить, что она не совпадает с реальной тепловой температурой изделия, которая ощущается при прикосновении к ней рукой.

Для ЛН цветовая температура располагается в диапазоне от 2200 до 30000К. Поэтому они могут иметь излучение, близкое к ультрафиолетовому.

Заключение

Для любых типов источников света важным параметром оценки является цветовая температура. При этом для ЛН она служит отражением степени нагрева изделия в процессе его работы. Такие лампочки характеризуются повышением температуры нагрева в ходе функционирования, что служит явным недостатком, которого лишены современные источники света, такие как светодиодные лампочки. Поэтому сегодня многие отдают свое предпочтение люминесцентным и светодиодным лампочкам, а лампы накаливания постепенно уходят в прошлое.

Бра в интерьере ванной: правильный выбор и установка

Решил я как-то проверить закон Ома. Применительно к лампе накаливания. Измерил сопротивление лампочки Лисма 230 В 60 Вт, оно оказалось равным 59 Ом. Я было удивился, но потом вспомнил слово, которое всё объясняло — бареттер .

Дело в том, что сопротивление вольфрамовой нити лампы накаливания сильно зависит от температуры (следствие протекания тока). В моем случае, если это бы был не вольфрам, а обычный резистор, его рассеиваемая мощность при напряжении 230 Вольт была бы P = U 2 /R = 896. Почти 900 Ватт!

Кстати, именно поэтому производители датчиков с транзисторным выходом рекомендуют соблюдать осторожность .

Как же измерить рабочее сопротивление нити лампы накаливания? А никак. Его можно только определить косвенным путем, из закона знаменитого Ома. (Строго говоря, все омметры используют тот же закон — прикладывают напряжение и меряют ток). И мультиметром тут не обойдешься.

Используя косвенный метод и лампочку Лисма 24 В с мощностью 40 Вт, я составил вот такую табличку:

Зависимость сопротивления нити лампы накаливания от напряжения

Напряжение	2	4	6	8	10	12	14	16
% напряжения	8.3	16.7	25.0	33.3	41.7	50.0	58.3	66.7
Ток	0.55	0.7	0.84	0.97	1.08	1.19	1.29	1.38
Сопротивление	3.6	5.7	7.1	8.2	9.3	10.1	10.9	11.6
Мощность	1.1	2.8	5.04	7.76	10.8	14.28	18.06	22.08

(продолжение таблицы)

Напряжение	18	20	22	24	26	28	30	32
% напряжения	75.0	83.3	91.7	100.0	108.3	116.7	125.0	133.3
Ток	1.47	1.55	1.63	1.7	1.77	1.84	1.92	2
Сопротивление	12.2	12.9	13.5	14.1	14.7	15.2	15.6	16.0
Мощность	26.46	31	35.86	40.8	46.02	51.52	57.6	64

(Номинальные параметры выделены)

Как видно из таблицы, зависимость сопротивления лампочки от напряжения нелинейная. Это может проиллюстрировать график, приведенный ниже. Рабочая точка на графике выделена.

25 40 60 75 100 R холодной нити,Ом 150 90-100 60-65 45-50 37-40 R горячей
нити, Ом 1930 1200 805 650 490 Rгор./Rхол. 12 12 13 13 12

Из этой таблицы видно, что сопротивление нити лампы накаливания в холодном и горячем состоянии отличается в 12-13 раз. А это значит, что во столько же раз увеличивается потребляемая мощность в первоначальный момент.

Стоит отметить, что сопротивление в холодном состоянии измерялось мультиметром на пределе 200 Ом при выходном напряжении мультиметра 0,5 В. При измерении сопротивления на пределе 2000 Ом (выходное напряжение 2 В) показания сопротивления увеличиваются более чем в полтора раза, что опять же укладывается в идею статьи.

«Горячее» сопротивление измерялось косвенным методом.