Лампа накаливания. Характеристики ламп накаливания.
Лампа накаливания — это электрический источник света, который излучает световой поток в результате накала проводника из тугоплавкого металла (вольфрама). Вольфрам имеет самую высокую температуру плавления среди всех чистых металлов (3693 К). Нить накала находится в стеклянной колбе, заполненной инертным газом (аргоном, криптоном, азотом). Инертный газ предохраняет нити накаливания, от окисления. Для ламп накаливания небольшой мощности (25 Вт) изготавливают вакуумные колбы, которые не заполняются инертным газом. Стеклянная колба препятствует негативному воздействию атмосферного воздуха на вольфрамовую нить.
Для расчёта освещенности помещения вы можете воспользоваться калькулятором расчета освещенности помещения.
Разновидности ламп накаливания.
Лампы накаливания делятся на:
- Вакуумные;
- Аргоновые (азот-аргоновые);
- Криптоновые (+10 % яркости от аргоновых);
- Ксеноновые (в 2 раза ярче аргоновых);
- Галогенные (состав I или Br, в 2,5 раза ярче аргоновых, высокий срок службы);
- Галогенные с двумя колбами (улучшенный галогенный цикл за счёт лучшего нагрева внутренней колбы);
- Ксенон-галогенные (состав Xe + I или Br, до 3х раз ярче аргоновых);
- Ксенон-галогенные с отражателем ИК-излучения;
- Накаливания с покрытием, преобразующим ИК-излучение в видимый диапазон. (новинка)
Достоинства и недостатки ламп накаливания.
- невысокая стоимость;
- мгновенное зажигание при включении;
- небольшие габаритные размеры;
- широкий диапазон мощностей.
- большая яркость (негативно воздействует на зрение);
- небольшой срок службы — до 1000 часов;
- низкий КПД. (только десятая часть потребляемой лампой электрической энергии преобразуется в видимый световой поток) остальная энергия преобразуется в тепловую.
Характеристики ламп накаливания.
Световой поток – это физическая величина, характеризующая количество «световой» мощности в соответствующем потоке излучения.
Световая отдача – это отношение излучаемого источником светового потока к потребляемой им мощности измеряется в люменах на ватт (лм/Вт). Является показателем эффективности и экономичности источников света.
Люмен – это единица измерения светового потока, световая величина.
Параметры ламп накаливания
Параметры ламп накаливания или характеристики ламп накаливания, принято делить на три группы – электрические, световые и эксплуатационные. Электрические параметры характеризуют лампу как потребителя электрической энергии и определяют возможность ее подключения к источникам питания (электрической сети). К электрическим параметрам относят номинальное напряжение и номинальную мощность лампы, ток является величиной производной и определяется расчетом.
Световые параметры более разнообразны. Нормирование тех или иных определяет назначение лампы. У ламп накаливания, предназначенных для общего освещения, основными техническими характеристиками являются световой поток и световая отдача. Для сигнальных ламп важным параметром является яркость, для ламп-светильников – кривые силы света и тому подобное.
Эксплуатационные параметры определяют возможность и технико-экономическую целесообразность применения ламп данного типа в той или иной осветительной установке. В этом смысле к эксплуатационным параметрам следует относить и электрические, и световые параметры. Поэтому, говоря об эксплуатационных параметрах ламп, обычно имеют ввиду срок службы ламп, стабильность светового потока, параметры внешней среды и ряд дополнительных требований.
Основным электрическим параметром лампы накаливания является номинальное напряжение лампы Uл.ном. Для большинства ламп накаливания это напряжение соответствует напряжению источника питания.
Основная масса ламп накаливания общего применения работает от электрических сетей энергосистем, которые для осветительных установок можно считать источниками неограниченной мощности. Поэтому в течение длительного времени для ламп накаливания общего назначения напряжение питающей сети являлось и номинальным напряжением ламп накаливания. Все остальные электрические параметры ламп накаливания относили именно к этому номинальному напряжению. Вместе с тем, напряжение в осветительных сетях часто отличается от номинального. Поэтому в целях улучшения эксплуатационных характеристик ламп согласно ГОСТ 2239-79 введено пять интервалов напряжения питания: 125 – 135, 215 – 225, 220 – 230, 230 – 240 и 235 – 245 В, причем за номинальное напряжение ламп в соответствии с международной классификацией приняты напряжения 130, 220, 225, 235 и 240 В.
Источники питания ограниченной мощности (аккумуляторные батареи, автомобильные генераторы, сухие элементы и так далее) отличаются тем, что средние значения их фактического напряжения не соответствуют номинальному. Поэтому для ламп накаливания, предназначенных для работы от таких источников питания, помимо номинального напряжения применяют так называемое расчетное напряжение Uл.р, то есть среднее напряжение, при котором будет работать лампа накаливания. Соответственно все ее остальные параметры относят к расчетному напряжению.
Вторым важным электрическим параметром ламп накаливания является мощность. Под номинальной мощностью лампы накаливания данного типа Pл.ном понимают расчетную электрическую мощность, которая выделяется в лампе накаливания данного типа при ее включении на номинальное (или расчетное) напряжение. Практически для партии ламп – это среднее значение мощности для достаточно большой группы ламп этого типа. Возможный разброс значений мощности отдельных ламп ограничивается верхним пределом допустимой мощности для ламп данного типа.
Для отдельных типов ламп, в частности предназначенных для работы от химических источников тока, вместо номинальной мощности иногда нормируется номинальный ток Iл.ном, для которого устанавливается ограничение его верхнего значения.
Основная светотехническая характеристика ламп накаливания определяется назначением лампы. Для осветительных ламп это световой поток Фл. Практически номинальным световым потоком лампы является среднее значение светового потока большой партии ламп данного типа. Применительно к каждой лампе накаливания можно говорить о нижнем допустимом пределе светового потока. Ограничение верхнего предела не имеет смысла, так как повышение светового потока может быть достигнуто увеличением мощности лампы, верхний предел которой, ограничивается, а так же повышением температуры тела накала, что неизбежно приведет к снижению срока службы лампы и разбраковке партии по этому параметру.
Изменяя конструкцию и конфигурацию тела накала или применяя колбы специальной формы, можно получить лампы накаливания с заданной кривой силой света. Для таких ламп помимо нормирования светового потока нормируют одно или несколько значений силы света Iv в заданных направлениях. Число точек нормирования силы света определяется возможностью контроля кривой с заданной точностью.
Лампы накаливания имеют различную яркость свечения L, что связано с многообразием областей их применения. Например, прожекторные лампы, лампы для сигнальных приборов, кинопроекционной аппаратуры имеют высокую яркость, значение которой в ряде случаев нормируют. И, наоборот, для освещения жилых помещений требуется пониженная яркость, поэтому такие лампы накаливания часто выпускают в матированных колбах.
Для ламп, применяемых в оптических приборах, эффективность действия которых определяется яркостью тела накала, желательно нормирование габаритной яркости тела накала. Сложность определения такой яркости путем измерения силы света и деления результата на площадь проекции тела накала на плоскость, перпендикулярную направлению силы света, привела к тому, что от этого нормирования отказались, сведя контроль ламп к измерениям силы света в заданных направлениях и основных геометрических размеров тела накала.
Световая отдача η, являющаяся важной свето технической характеристикой качества ламп и их основным эксплуатационным показателем, в настоящее время исключена из числа нормируемых величин, так как она определяется расчетным путем как отношение светового потока к мощности лампы, измеренных при номинальном напряжении лампы. Световая отдача вместе с тем является важнейшим параметром ламп накаливания, определяющим экономичность генерирования светового потока. Световая отдача ламп накаливания растет с увеличением их мощности, для ламп одинаковой мощности она больше у ламп, рассчитанных на меньшее номинальное напряжение. Для ламп накаливания данной мощности и конструкции световой поток, определяющий световую отдачу, зависит от температуры нити накала и ее излучательных свойств. Препятствием к повышению температуры вольфрама, является увеличение скорости его испарения, что было в значительной мере преодолено при использовании галогенных циклов.
Эксплуатационные параметры
К основным геометрическим параметрам ламп накаливания относят те размеры, которые влияют на возможность их применения в тех или иных светильниках или установках. Основными из этих параметров для всех без исключения ламп накаливания являются их габаритные размеры (рисунок 1): наибольший диаметр колбы dк, измеряемый в плоскости, перпендикулярной оси лампы, полная длина лампы l, измеряемая, как правило, в направлении оси лампы, и тип цоколя. Важным геометрическим размером лампы накаливания является высота светового центра h, относительно которого дается кривая силы света лампы. Эта точка совпадает с центром тяжести тела накала, полученным геометрическим построением. Высота светового центра измеряется параллельно оси лампы и отсчитывается от той детали цоколя, которая определяет его положение в патроне. Эту деталь называют фиксирующим элементом цоколя.
Рисунок 1. Основные размеры лампы накаливания
Для ламп с фокусирующим цоколем дополнительными геометрическим параметрами являются размеры и допуски, определяющие положение светового центра относительно цоколя и его фокусирующих элементов.
Для ламп, применяемых в оптических приборах, в которых большое значение имеет габаритная яркость тела накала, дополнительно задают размеры тела накала, в том числе длину светящейся нити, диаметр моноспирали (или биспирали), площадь, заполненную светящейся частью тела накала, и тому подобные.
Важными эксплуатационными параметрами ламп накаливания, так же как и других источников света, являются их средний срок службы τ, полный срок службы τполн, определяемый временем горения лампы до ее отказа, и полезный срок τп, определяемый временем горения до уменьшения светового потока в заданном пределе. Практическое равенство τполн = τп = τ означает оптимальное конструирование отдельных частей лампы, исключающее лишний запас по надежности отдельных частей и деталей, в основном тела накала, и стабильную технологию производства. Проверка совпадения значений τп и τполн достигается тем, что при испытании ламп на средний срок службы производят измерение конечного светового потока ламп, оставшихся целыми к моменту достижения срока, равного нормированной средней продолжительности горения.
К эксплуатационным параметрам ламп относится и минимальный допустимый световой поток, ниже которого эксплуатация ламп накаливания становится неэкономичной. Для современных ламп накаливания конечный световой поток составляет 85 – 90% начального.
В качестве примера нормирования параметров ламп накаливания в таблице 1 приведены регламентированные ГОСТ 2239-79 параметры ламп накаливания общего назначения с криптоновым наполнением.
Параметры некоторых осветительных ламп накаливания общего назначения с криптоновым наполнением по ГОСТ 2239-79.
| Типы ламп | Номинальное значение | ||
| напряжения, В | мощности, Вт | светового потока, лм | |
| БК125-135-40 БК125-135-60 БК125-135-100 БК125-225-40 БК125-225-60 БК125-225-100 | 130 130 130 220 220 220 | 40 60 100 40 60 100 | 520 875 1630 415 790 1450 |
Для ламп накаливания, применяемых для освещения транспортных средств, нормируемым эксплуатационным параметром является также динамический срок службы.
К эксплуатационным параметрам любых ламп накаливания относят характеристику климатических условий, в пределах которых обеспечиваются все перечисленные параметры. Климатические условия эксплуатации характеризуются: интервалом температур внешней среды, в пределах которого должна сохраняться работоспособность лампы; интервалом влажности, точнее, верхним пределом влажности среды; интервалом изменения давления окружающей среды.
Для изделий нормального исполнения, предназначенных для эксплуатации на всей территории страны, обычно принимают следующие значения перечисленных выше параметров: интервал температур от – 60 до + 50 °С; относительная влажность не выше 98% при 20 °С и давление не ниже 0,75 × 10 5 Па (верхний предел не оговаривается с учетом того, что давление выше максимально возможного атмосферного быть не может).
Источник: Афанасьева Е. И., Скобелев В. М., «Источники света и пускорегулирующая аппаратура: Учебник для техникумов», 2-е издание переработанное – Москва: Энергоатомиздат, 1986 – 272 с.
Белые пятна лампы накаливания
Сегодня, когда народ готовится встречать Новый год, на блоге СамЭлектрик.ру мы уже думаем о Лете. Точнее, о летнем Конкурсе статей, первая статья которого публикуется сегодня!
Статью можно считать научно-теоретической, а скорее инженерно-практической.
Не вызывает сомнения, что статья может оказаться интересной для инженеров и техников, деятельность которых связана с эксплуатацией такого простого и знакомого всем нам прибора как лампочка накаливания. А также – для всех, кто интересуется физикой.
Напоминаю, что по у меня на блоге уже была попытка исследовать данный вопрос – в моей статье “Сопротивление нити лампочки накаливания“
Не смотря на обыденнность лампочки, не смотря на ее “повседневность”, особенности ее эксплуатации имеют то, что принято называть “белыми пятнами”.
В настоящий момент электрические параметры лампы накаливания невозможно рассчитать, если режим эксплуатации отличается от паспортного (от того режима на который лампочка спроектирована). Автор предлагает физическую модель, в рамках которой удается получить ряд формул, пригодных для решения широкого круга практических инженерных задач.
Автор – Станислав Альбертович Матросов. Проживает в Санкт-Петербурге.
По образованию инженер-электрик. Закончил ЛЭТИ им. В.И.Ульянова\Ленина\ в 1977 году по специальности “Оптико-физические приборы”.
Статью не без оснований можно считать пусть маленьким, но вполне НОВЫМ словом в вопросах инженерно-практического применения таких “обычных но необычных” приборов, как лампочка накаливания.
Предоставим слово автору….
Выражаю признательность владельцу ресурса за любезно предоставленную возможность опубликования этого мемуара.
Лампа накаливания
Настоящую статью предлагается понимать как расширенное толкование (или пояснение) статьи «Закон Кеплера для лампочки накаливания» – https://www.proza.ru/2016/09/19/1858
В указанной статье приведена формула, позволяющая обсчитывать параметры лампы накаливания в произвольных режимах, в том числе и в режимах, отличающихся от паспортных.
СамЭлектрик.ру в социальных сетях:
Подписывайтесь! Там тоже интересно!
Формула зависимости напряжения и мощности лампочки
Это основная формула статьи, вывод которой будет приведён ниже. Формула выглядит так:
Для любой лампы накаливания существует параметр, стабильный в широком диапазоне электрических режимов. Этим параметром является отношение куба напряжения к квадрату мощности.
Методика использования формулы проста.
Берем лампочку, читаем на колбе или на цоколе параметры, на которые она расчитана – напряжение и мощность, рассчитываем константу, потом вставляем в формулу любое произвольное напряжение и вычисляем мощность, которая выделится на лампочке.
Зная мощность, несложно вычислить ток.
Зная ток, несложно вычислить сопротивление нити накаливания.
Вот и рассмотрим вопросы, связанные с правильной эксплуатацией формулы, а так же с теми ограничениями, котрые неизбежны ввиду того что «абсолютных» формул просто не бывает.
Однако, сначала немножко «теории»…
Базовые «теоретические» предпосылки
Формула была получена в предположении того, что в металле (из которого состоит нить накаливания) ток и сопротивление имеют единую физическую сущность.
В упрощенном виде это можно рассуждать примерно так.
Сообразно современным воззрениям, ток представляет собой упорядоченное движение носителей заряда. Для металла это будут электроны.
Было сделано предположение, что электрическое сопротивление металла определяется ХАОТИЧЕСКИМ движением тех же самых электронов.
С возрастанием температуры нити, хаотическое движение электронов возрастает, что, в конечном итоге, и приводит к возрастанию электрического сопротивления.
Еще раз. Ток и сопротивление в нити накаливания – суть одно и тоже. С той лишь разницей, что ток – это упорядоченное движение под действием электрического поля, а сопротивление – это хаотическое движение электронов.
Немножко «алгебраической схоластики»
Теперь, когда с “теорией” покончено (улыбнулся), приведу алгебраические выкладки для вывода «главной» формулы.
Каноническая запись закона Ома выглядит:
I * R = U
Для приведения в соответствие количественных значений, необходимо ввести соответствующие коэффициенты пропорциональности, для токовой компоненты – Кт и для резистивной компоненты – Кр:
Самые общие соображения подвигают к мысли, что эти коэффициенты должны быть взаимно обратными величинами, а значит:
В этом случае, попарно перемножая правые и левые части (в системе уравнений), мы возвращаемся к исходной записи закона Ома:
I * R = U
Окончательный вывод формулы
Рассмотрим подробнее систему уравнений:
Возведем в квадрат первое уравнение и попарно перемножим их.
В левой части мы видим выражение для мощности, а так же памятуя о том, что произведение коэффициентов равно единице, окончательно перепишем:
Отсюда получим выражение для токового коэффициента:
И для резистивного коэффициента (они взаимообратны): где Рном и Uном – это номинальные мощность и напряжение, маркированные на цоколе или на колбе лампы.
Осталось подставить эти значения коэффициентов в “РАСЩЕПЛЕННУЮ” формулу Закона Ома, и мы получим окончательные выражения для тока и сопротивления.
Домножая последнее соотношение на Ux, получим:
Чтобы не забивать себе голову этими квадратами, кубами и корнями, достаточно запомнить простую зависимость, которая вытекает из последнего соотношения . Возводя последнее соотношение в квадрат, мы получаем ясную и понятную формулу:
Для любой лампочки с вольфрамовой нитью накала отношение куба напряжения к квадрату мощности является величиной ПОСТОЯННОЙ.
Полученные соотношения показали прекрасное соответствие практическим результатам (измерениям) в широком диапазоне изменения параметров напряжения и для весьма различных типов ламп накаливания, начиная от комнатных, автомобильных и заканчивая лампочками для карманных фонариков…
Некоторые общие рассуждения по сопротивлению лампочек накаливания
Безусловно, для малых значений напряжения (когда приложенное напряжение ЗНАЧИТЕЛЬНО отличается от паспортного), наши формулы будут “подвирать”.
Например, при расчете сопротивления комнатной лампочки накаливания 95W , 230V, подключенной к источнику напряжения 1 вольт, формула
дает значение сопротивления нити 36,7171 ом.
Если предположить, что мы подали на лампу напряжение 0,1 вольта, то расчетное сопротивление нити составит 11,611 ом…
Интуиция подсказывает, что дело обстоит не совсем не так, а скорее совсем не так…
В области малых напряжений формула будет стабильно “низить” значение расчетного сопротивления по сравнению с фактическим, и дело тут вот в чем…
В рассматриваемой концепции неявно предполагается, что хаотическое движение электронов “ЗАМРЕТ” при отсутствии внешнего приложенного напряжения. Однако, очевидно, что движение электронов не “замирает” даже в отсутствие приложенного внешнего напряжения (если лампа просто лежит на столе и никуда не включена).
Хаотическое движение электронов имеет ТЕПЛОВУЮ природу и обусловлено ЕСТЕСТВЕННОЙ ТЕМПЕРАТУРОЙ нити накаливания.
Этот момент формулой не учитывается и прямое измерение сопротивления нити прибором неизбежно покажет отличие измеренного значения сопротивления против расчетного.
Излучение и КПД лампочки накаливания
Прежде чем разобраться с вопросом применимости формулы для обсчета режимов “малого напряжения”, следует акцентировать внимание на один момент.
Лампочка представляет собой почти идеальный преобразователь электрической мощности в лучистую энергию.
То обстоятельство, что разработчики лампочек упорно бьются за повышение КПД лампочки, никоим образом не влияет на данное утверждение. Лампа накаливания – идеальный преобразователь электрической мощности в излучение.
Дело в том, что разработчики стремятся повысить выход СВЕТОВОЙ энергии, и именно в этом смысле вычисляют КПД. Разработчик стремится повысить коэффициент преобразования электрической мощности именно в СВЕТОВОЕ излучение, в излучение, находящееся в видимом диапазоне.
Этот КПД у лампочки действительно МАЛ. Однако лампочка прекрасно излучает ВО ВСЕМ спектре и очень много в инфракрасном диапазоне, там, где наш глаз не видит.
Для расчета сугубо электрических параметров нам совершенно не важно, В КАКОМ диапазоне излучает лампочка. Нам важно лишь помнить, что лампочка ИЗЛУЧАЕТ ВСЕГДА, если только на нее подано хоть какое-то (пусть даже самое малое) напряжение. И важно помнить, что подводимая мощность рассеивается именно в форме излучения.
Сколько электрической мощности подано на лампу, именно ТАКАЯ мощность и рассеется в форме излучения.
Закон сохранения энергии никто не отменял и второй закон термодинамики тоже никто не отменял. А значит, сколько прибыло – столько и убыть должно. И убудет именно в форме излучения, ибо больше энергии деваться просто НЕКУДА – только в излучение. Это очень важное обстоятельство.
Конструктивно нить накаливания представляет собой тонюсенькую вольфрамовую проволочку диаметром порядка 50 микрон и длиной порядка полуметра, свернутую в в спиральку замысловатой конфигурации.
Вакуум в колбе исключает возможность конвекционного теплообмена – ТОЛЬКО ЧЕРЕЗ ИЗЛУЧЕНИЕ.
Конечно, какая то доля тепла уходит через усики лампы, на которой крепится спиралька, но это мизер.
Чтобы наглядно представить себе эту малость, можно провести аналогию.
Повторю, сама вольфрамовая ниточка – аккурат размером с волосок из косички первоклассницы 50 см в длину и 50 микрон в диаметре.
Если наглядно увеличить этот волосок.… это как если мы имеем проводочек диаметром 1 мм и длиной 10 метров! Здравый смысл подсказывает, что охлаждаться этот проводок вовсе НЕ путем теплообмена на краях. Да, что-то уйдет и в местах контакта, но основная мощность рассеется по всей длине проводка.
Для случая спирали, расположенной в вакууме, вся мощность уйдет В ИЗЛУЧЕНИЕ и не важно в каком диапазоне спектра…
Важный эксперимент с измерением сопротивления Омметром
Любой, даже самый маленький ток БУДЕТ оказывать тепловое воздействие на проводок, НАГРЕВАЯ его…
Измеряя тестером сопротивление лампочки мы… пропускаем через нее ТОК. Ток от тестера маленький, но он ЕСТЬ. Следовательно, измеряя сопротивление нити, мы НАГРЕВАЕМ нить и, как следствие этого, меняем значение параметра самим фактом измерения.
Грубо говоря, тестер ТОЖЕ ВРЕТ. Тестер показывает НЕ ИСТИННОЕ значение сопротивления спирали.
Для того чтобы убедиться в этом обстоятельстве, можно проделать несложный эксперимент. Это доступно любому.
Можно ОДНИМ И ТЕМ ЖЕ тестером отобрать две лампочки с одинаковыми (близкими) значениями “холодного” сопротивления нити, и измерить сопротивление ДВУХ лампочек сначала каждую порознь, а потом соединенных последовательно.
Неоднократные измерения показывают, что сумма сопротивлений, измеренных порознь, НЕ СОВПАДАЕТ с суммарным сопротивлением последовательного включения…
Мы измеряем сопротивления лампочек порознь.
Затем мы измеряем сопротивление последовательного включения.
И мы УСТОЙЧИВО наблюдаем, что сумма сопротивлений измеренных “по одиночке” оказывается БОЛЬШЕ чем суммарное сопротивление лампочек, включенных последовательно.
Прибор один и тот же, диапазон измерения не переключался, так что методические погрешности измерения исключаются.
И все становится ПОНЯТНО.
Последовательное сопротивление двух спиралей УМЕНЬШАЕТ ток от тестера, и нити нагреваются меньше.
А когда мы меряем лампочки порознь, то ток измерения больше и соответственно увеличиваются показания прибора за счет пусть даже небольшого, но УВЕЛИЧЕНИЯ температуры нитей вследствие нагрева в процессе измерения…
Раньше (четверть века назад, когда еще цифровые тестеры были экзотикой) было невозможно стрелочным индикатором уловить эту разницу. Сейчас в любом доме имеется китайский цифровой тестер и любой человек, может проделать этот несложный эксперимент.
Разница в сопротивлениях невелика, но разница ОЧЕВИДНА, что исключает даже намек на возможную некорректность опыта.
Я подключил лампочки, подключил тестер и сфотографировал результаты таких экспериментов. На фотографиях прекрасно видно, что тестер показывает пониженное сопротивление лампочек, включенных последовательно.
Измерение сопротивления первой лампочки. 72 Ом.
Измерение сопротивления второй лампочки. 65,2 Ом.
На фотографиях для бытовых лампочек 60 Ватт 220 Вольт сумма сопротивлений, измеренных порознь: 72,0 + 65,2 = 137,2 ом.
Однако, измеряя сопротивление последовательно, прибор “низит” показание до 136,8 ом!
Измерение сопротивления двух последовательно соединенных лампочек. 136,8 Ом
Аналогичная картина наблюдается для гирляндных лампочек:
Две лампочки последовательно
Вывод. Расчетная формула показывает ЗАНИЖЕННОЕ значение сопротивления “холодной” спирали.
Измерение тестером показывает ЗАВЫШЕННОЕ сопротивление “холодной” спирали.
Возникает естественная мысль – Как страшно жить. Кому верить?
Попробуем разобраться в этом вопросе…
Мощность излучения по отношению к окружающему фону
Оценим мощность излучения лампы, соответствующую температуре окружающего фона.
Известно, что постоянная Стефана-Больцмана σ = 5,670373·10 -8 , тогда мощность излучения с квадратного метра
Р = σ SТ 4
В качестве произвольного оценочного значения примем диаметр спирали 40 микрон, а длину 50 см. Температура нормальных условий 293К (20С). Подставив эти данные в формулу Стефана-Больцмана, получим мощность излучения при температуре 0,026258 Ватт.
Для интереса вычислим мощность при некоторых различных температурах окружающей среды:
Минус 40 (233К) 0,0105 Ватт
Минус 20 (253К) 0,0146 Ватт
Нуль (273К) 0,0198 Ватт
Плюс 20 (293К) 0,026258 Ватт (норм.условия)
Плюс 40 (313К) 0,0342 Ватт
Для курьеза можно привести расчет излучения лампы, когда температура окружающей среды равна 2300К:
Что вобщем неплохо согласуется с реальным положением вещей – лампа, расчитанная на 100 ватт нагревается до температуры 2300К.
Можно с высокой долей уверенности заявить, что данная геометрия спирали соответствует «стоваттной» лампочке, рассчитанной на 220 вольт.
А теперь пересчитаем эти величины мощностей к «приведенному» напряжению. Как если бы температура окружающей среды соответствовала Абсолютному Нулю, а к лампе было приложено некоторое напряжение, нагревающее спираль.
Для пересчета используем полученное соотношение что напряжения и мощности соответствуют степеням «три» и «два».
| темпер, К | напряжение, В |
| 233 | 0,489665457 |
| 253 | 0,609918399 |
| 273 | 0,747109176 |
| 293 | 0,902119352 |
| 313 | 1,075809178 |
Из таблицы видно, что “токовая” мощность лампочки при напряжении на ней 0,902…Вольт нагревает спираль до температуры 293К. Аналогично, “токовая” мощность при напряжении 1,0758 Вольт нагреет спираль до температуры 313К (на 20 градусов выше).
Повторю еще раз, это при условии, что температура окружающей среды равна Абсолютному Нулю.
Вывод. Весьма малое изменение напряжения оказывает значительное влияние на температуру нити. Изменили напряжение на каких то семнадцать сотых Вольта (1,0758 – 0,902 = 0,1738) а температура возросла на 20 градусов.
Эти расчеты весьма условны, но в качестве ОЦЕНОЧНЫХ величин их можно использовать.
Оценка естественно очень грубая, ибо закон Стефана-Больцмана описывает излучение «идеального» излучателя – абсолютно черного тела (АЧТ), а спираль весьма отличается от АЧТ, но, тем не менее, получили «цифирь» весьма правдоподобную…
Из экселовской таблички видно, что уже при напряжении на лампе 1 вольт, температура спирали будет 40 градусов по Цельсию. Приложим больше, будет больше.
Напрашивается естественный вывод, что при напржении 10-15 вольт нить будет достаточно горячая, хотя визуально это не будет видно.
На глаз нить будет казаться «ЧЕРНОЙ» (холодной) вплоть до температур 600 градусов (начало излучения в видимом диапазоне).
Желающие «погонять цифирь» могут это сделать самостоятельно, используя формулу Стефана- Больцмана.
Результаты будут условными, ввиду того что (как было сказано выше) спираль имеет некоторое альбедо и не соответствует излучателю АЧТ, НО(!) оценка температур будет вполне достоверной…
Повторю – именно ОЦЕНКА. Нить начинает светиться примерно с 20 вольт.
Дополнительно хотел бы обратить внимание на разброс параметров лампочек.
На фотографии с тестером, маленькие лампочки (гирляндные) были мной отобраны и откалиброваны весьма тщательно. Для разных измерительных целей и опытов. Потому то они и показывают одинаковое сопротивление, что называется «пуля в пулю».
А вот большие лампочки, я их просто принес из магазина, не отбирая по параметрам и хорошо видно, что разброс магазинных лампочек наблюдается в весьма широком диапазоне. Вплоть до 10%.
Это обстоятельство дополнительно указывает, что погрешности расчета оказываются МЕНЬШЕ чем реальный разброс лампочек.
Некоторые дополнительные формулы
Выше я вывел формулу, что для любой лампочки отношение куба напряжения к квадрату мощности – есть величина постоянная .
Исключительно в целях удобства предлагаю представить эту константу в виде квадрата некоторой величины. Назовем ее параметром S и перепишем главную формулу
Удобства предлагаемой методики просматриваются вот в каком аспекте. Поскольку параметр S оказывается неизменным в широком диапазоне напряжений, то открывается возможность обсчитывать схемы из лампочек, скомбинированных произвольным образом.
Для этого будет полезен ряд формул, которые легко выводятся самостоятельно.
Для последовательного и параллельного сопротивления можно использовать формулы:
Схема с балластным сопротивлением
Для случая, когда лампа включается последовательно с балластным резистором, для расчета напряжение на ней необходимо решить простенькое квадратное уравнение приведенного вида:
U + ( Rрезист / Sлампы) * корень(U) = U питания.
Вывод формулы с балластным сопротивлением
На рисунке представлен порядок вывода формулы для случая, когда лампа последовательно соединена с балластным сопротивлением. Ток через лампу и через сопротивление одинаков.
Выражения для токов приравниваются. Небольшие алгебраические преобразования. И получается окончательное квадратное уровнение относительно неизвестного Us.
Из рисунка понятно, что Us это напряжение на лампе.
От Администратора блога.
Эта статья участвует в Конкурсе статей лета 2018 г. Подведение итогов (ориентировочно) – в июне 2018. Подписывайтесь на получение новых статей и вступайте в группу ВК, там новостей всегда больше, чем на блоге!
Рекомендую похожие статьи:
Благодарю Александра и Станислава за разъяснение “белых пятен”,давно хотел это понять!
Спасибо.
Кстати, это относится к любым лампам накаливания, любой конструкции и фирмы!
Очень интересная статья, но в некоторых рассуждениях явные ошибки. Например, у нити вольфрама толщиной 40 микрон и длиной 50см расчетное холодное сопротивление получается около 22 Ома, а это будет скорее лампа на 200 Вт (измерьте, у 100-ваттной сопротивление около 50 Ом). Видимо, не “абсолютная черность” вольфрама сказывается гораздо весомее…
Приветствую всех… я чуть попозже добавлю еще разных “пространных рассуждений” для более полного понимания процесса…
Уточню Александра – галогенные лампочки я не смотрел… там добавится еще конвекционна составляющая но НЕ СИЛЬНО…ибо даже наличие газа-наполнителя все равно не создает “ветра”… Интуитивно (от опыта) я чувствую что и галогенные лампы можно обсчитывать… а вот сберегайки нельзя…там встроенная схема…
В догонку к сказанному. Описываемая автором спираль (на деле 200Вт) при 200 Ваттах нагреется до 2735 К или 2362 градуса по Цельсию. Возможно, это и есть реальная рабочая температура спирали лампы 200Вт. А автор слегка подогнал (без обид) выводы. Но повторюсь, статья хорошая!
Тьфу, ошибся. 2462 по Цельсию , а не 2362!
Уважаемый Башир (наверное так пишется кириллицей)))
Я не то что бы обижаюсь, я СЧАСТЛИВ вашему замечанию)))
Да…я подгонял, но подгонял под ПОЭТИЧЕСКУЮ АЛЛЕГОРИЮ “волосок из косички первоклассницы”)))
И то что фактически делая этот абсолютно ДИКИЙ пересчет, пренебрегая погрешностями отклонения от АЧТ и массой прочих допущений… То что я “ПОПАЛ В МИШЕНЬ” и это подтверждаете даже Вы, сторонний эксперт, это меня бесконечно РАДУЕТ.
Честное слово говорю…
Я же не ставил целью попасть “в десятку”… Я ставил целью “попасть в мишень”.
Эти расчеты мне нужны были для ОЦЕНКИ НИЖНЕГО предела мощности…
Нижнего предела, при котором формула начнет давать “непредсказуемый” результат…и я там нашел порядок этой величины 0,0262 Ватта…
Вот ЭТУ цифирь я и пытался “ущучуть”… Ну пусть она будет не 0,0262…пусть 0,05 Ватт или 0,01 Ватт
Окончательно, можно смело прогнозировать, что это будут ДЕСЯТКИ миллиВатт…
А это в свою очередь пересчитывается на ОДИН (или доли) Вольт приложенного напряжения…
Вот к чему я подкрадывался…
При каком напряжении надо СОМНЕВАТЬСЯ в результатах расчета?
И для ламы на 220 вольт это оказывается 1 вольт… Значит если будет приложено 10 вольт – то все уже будет стрелять гораздо точнее…
Огромное вам спасибо…
Потому что, вы сами понимаете, когда варишься “в собственном соку”, то глаз “замыливается” и ваше замечание уместно и очень очень ПОЛЕЗНО.
Спасибо, Станислав, за адекватную реакцию на моё замечание! Я надеюсь создать с помощью Вашей формулы Spice модель лампы накаливания – готовую не нашёл нигде. Если в Вашей формуле использовать вместо Ux сумму Ux+U0, где U0 – соответствующая температуре воздуха “приведенное напряжение”, возможно формула будет корректна для ВСЕХ значений напряжения? Тогда U0 можно вычислить прямо из Вашей формулы, подставив туда Ux=0 (либо, если совсем точнее, напряжению на лампе при измерении сопротивления, которое обычно ничтожно) и измеренное начальное сопротивление спирали ! Что Вы об этом думаете?
Приветствую, Башир…
Я не очень понимаю что такое Спайс-модель, но ориентируясь на формульную запись (Ux + U0), я считаю что в области малых напряжений это будет некоторое подспорье…
Вот смотрите.
Александр в ссылке на свою работу (в самом начале моей статьи есть ссылка на его статью, где он достаточно скурпулезно провел снятие ВАХ для лампочки ЛИСМА…
Я из “спортивного” интереса решил ПРОВЕРИТЬ его АККУРАТНОСТЬ и пересчитал значение S для каждой точки.
Согласно моей модели S должно быть постоянно во всем диапазоне измерения…
Вот что я получил. Приведу результат моей проверки:
напр 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
S 2,571 2,857 2,916 2,916 2,928 2,911 2,901 2,899 2,886 2,885 2,878 2,882
(таблицу не удалось втиснуть… разберетесь)
Усредненное значение S = 2,869
Хорошо видно, что в левой части имеем “завал” характеристики.
При напряжении 2 вольта параметр S падает на 11%
А в остальном диапазоне имеем достаточно ровную “полку”.
Если использовать формулу для вычисления сопротивления
Rx = S * корень( Ux + Uo )
ТО завал слева можно как то компенсировать ибо по моим соображеним значение Uo будет порядка одного Вольта, и его влияние скажется ТОЛЬКО на левой части характеристики.
Но тут есть одно “подводное место”.
Дело в том что параметр S некоторым образом характеризует энергоемкость спирали. Не мощность, а именно энергоемкость. И этот параметр “завязан” на ГЕОМЕТРИЮ спирали, на размер, а точнее на массивность спирали…
И я опасаюсь, что вам придется вводить значение Uo РАЗЛИЧНОЕ для каждого типа лампы…
Вот в чем тонкость.
Для одного типа лампы будет одно значение Uo, а для другого типа лампы – другое…
И второй момент будет связан с тем, что разброс конкретных ЭКЗЕМПЛЯРОВ лампочек очень велик…
Делают их НЕБРЕЖНО (плюс-минус лапоть) и индивидуальные характеристики могут отличаться даже и на 10%. Это я проверял… Стабильный разброс – 7%
——–
Но для одного типа ламп такую обобщенно-уточненную модель построить можно.
Это я опять высказал интуитивное соображение.
=============
Но вообще мне понравилась ваша задумка ввести КЛИМАТИЧЕСКУЮ составляющую… Я честно признаюсь я УПЕРСЯ в проблему климатики и даже делал опыты давно… Клал лампочку в морозилку и выводил проводки наружу, “вымораживал” лампочку и измерял)))
И пришел к выводу что климатика дело такое непредсказуемое, что отыскав формулу постоянства параметра S в РАБОЧИХ диапазонах, я “воодушевился” настолько, что плюнул на климатику и сказал сам себе – И так сойдет))))))))
И в самом деле… поведение лампы при малых напряжениях радикально отличается – или я делаю в комнате на столе…или я делаю зимой на балконе)))
Но мне было бы интересно узнать результаты ваших изысканий… если что-то вытанцуется, то предлагал бы обменяться информацией на страницах этого блога…
использование лампочки при малых напряжениях выводит на совершенно иной круг задач…я то ориентировался на “осмысленное” построение бареттерных схем…
А в малом сигнале лампочку можно использовать например, как датчик… или какой-либо климатический компенсатор… то есть совсем ИНАЯ СФЕРА вопросов)))
Да, статья интересная…оригинальный подход автора… И самое главное – ФОРМУЛА РАБОТАЕТ. Она приведена как раз для быстрых практических расчетов и действует в широком диапазоне напряжений. Респект, Станислав. 🙂
От себя хочу лишь добавить, что характеристики ЛН при напряжении отличном от рабочего, вобщем-то давно уже известны. И это не такое уж “туманное” дело. 😉 К примеру вот обобщенные характеристики ЛН (ток, мощность, светоотдача, световой поток, срок службы) при напряжении от 80% до 120% от номинального.
Формулы тока, мощности и т.д ЕЩЕ могут быть получены методом простой апроксимации (подгонки) подходящей функции.
Вот например приближенные формулы для тех, кого волнует срок службы ЛН:
Срок службы (относительно 1):
T
Формула дающая более точный результат для ПОНИЖЕННОГО напряжения:
T
=2,045*10^6/exp(14,51*U/Uном)
-эта формула получена мной простой подгонкой функции по точкам. И тоже лет 20 назад. 🙂
Световой поток:
L
Дмитрий, приветствую вас и с Новым Годом наступающим…
Вы верно отметили… хотелось отыскать ПРОСТУЮ формулу “для калькулятора”))) чтоб если компутера под рукой нет, чтоб можно было “прикинуть цифирь”…
я не без удовлетворения где то и написал – ПРОСТАЯ И ПОНЯТНАЯ зависимость)))
Сейчас Новый Год наступает со стремительностью “падающего домкрата”)))
После НГ я с интересом ознакомлюсь с вашими наработками)))
и в самом деле с интересом, потому что эти лампочки мне “всю жизнь переехали”)))
кстати Башир сделал весьма ценное замечание …вводить поправку
вместо “Корень (U)” использовать Корень “(U+Uо)”, если дело касается малого сигнала… где Uo – это проста маленькая добавка на тепловую добавку резистивности…
Ну так… один вольт вставить и не заморачиваться…
Да и сам тестер порядка 1 вольта дает подпор на лампу…
Ну…ладно…все это потом… после НГ)))
Поздравлю вас и ВСЕХ кто заглянул в статью :
С НАСТУПАЮЩИМ Новым Годом.
Приветствую, Станислав и С Наступающим Новым Годом. А также поздравляю Александра и всех кто заглянул сюда… 😉 И спасибо отдельно Вам за отличную статью, а Александру за публикацию и хороший сайт.
Меня тогда в основном интересовала долговечность ЛН как функция от напряжения: что бы можно было прикинуть сколь долго будет работать лампа при таком-то напряжении.) Была проделана обычная подгонка подходящей кривой (функции) под уже известные точки графиков, в результате чего была получена вышеупомянутая формула… Такую же подгонку можно проделать и для графиков тока, мощности и тд. Если конечно Вам интересен сам процесс подгонки, расскажу подробнее сей алгоритм… 🙂
Еще раз: с Наступающим Вас и всех прочитавших! 🙂
Всем спасибо!
Хорошо отпраздновать, и в Новый год – с новыми силами!
Хорошая статья, спасибо, сейчас проблемы часто с энергосберегающими лампочками)
Я вроде бы указал в статье, что на сберегайки этот метод не распространяется.
Сберегайки это “обманка”. Они выдуманы чтобы взвинтить цены.
Срок службы сберегайки очень сильно зависит от интенсивности включений и выключений.
Поэтому радикального выигрыша не получается.
Цена обычной лампочки 15 рублей, а сберегайка 150.
Выигрывая в стоимости электроэнергии мы проигрываем в стоимости лампочек.
Во всяком случае, лично по моим наблюдениям получается “шило на мыло”
Абсолютно согласен.
Пишу об этом в статье о мнимой экономии .
Спасибо автору за труд.
Меня заинтересовал помимо прочего этот отрывок:
“И важно помнить, что подводимая мощность рассеивается именно в форме излучения.
Сколько электрической мощности подано на лампу, именно ТАКАЯ мощность и рассеется в форме излучения.”
Вот какой вопрос я хочу задать. Известно, что в космосе, как и в лампочке, вакуум. И если к космическому кораблю подводится мощность от солнца посредством светового излучения, то он должен нагреваться. Вспомните, как нагреваются металлические предметы в летний полдень, а в космосе нагрев должен быть ещё больше, поскольку нет атмосферы.
Вопрос. Куда девается эта тепловая энергия? она должна ведь излучаться, причем со стороны, обратной солнцу? И это должен быть активный излучатель, ведь мощность излучения должна быть немалой! А посредством теплового контакта, как на земле, нагрев не устранить, ведь вокруг вакуум. Значит, отдать энергию можно только за счет излучаемой (переизлучаемой) энергии.
Интересны ваши мысли, коллеги.
Спасибо.
Уважаемый Валентин Петрович, я не спец по космическим кораблям (улыбнулся), но рискну ответить…
В конце сообщения вы сами употребили слово ПЕРЕИЗЛУЧАЕТ…
Температурный баланс космического корабля НУ ОЧЕНЬ напоминает температурный баланс той же лампочки накаливания, ЛЕЖАЩЕЙ НА ПОДОКОННИКЕ и никуда не подключенной.
Ночью нить (и вообще все “внутренности”) лампочки охлаждается до тех пор пока не наступает ВЫРАВНИВАНИЕ ночного притока тепла и собственного излучения нити.
Днем солнце начинает нагревать спираль находящуюся в вакууме НО(!) нагревает не до “безумно горячей” температуры, а до тех пор пока собственное излучение не уравновесит приток энергии извне (от солнца).
То же самое и с космическим кораблем…
Солнце нагревает его обшивку до тех пор пока подводимая мощность излучения от солнца не уравновесится собственным излучением космического корабля…
Резюме. Если наблюдаем НАГРЕВ, значит приток энергии больше чем потери. Если имеем ОХЛАЖДЕНИЕ, значит приток энергии извне меньше собственного излучения…
И третья ситуация – если тело находится в равновесном температурном режиме – значит сколько приходит ИЗВНЕ, столько же излучается и ВОВНЕ….
Спасибо, но Вы не ответили в полной мере на вопрос.
Космический корабль не имеет светового излучения, которое, как в лампочке, могло бы компенсировать тепловой баланс. Получается, должно только передаваться по обшивке нагревом на “холодную” сторону, но такая теплопередача ничтожна по сравнению с с нагревом горячей солнечной стороны!
И в космосе нет дня и ночи. Получается, что косм.корабль (спутник) разогрет с одной стороны до очень высокой температуры (гораздо больше 100С), с другой – близко к абсолютному нулю.
Станислав, интересно, если Вы пришли к этому 20 лет назад, то не пытались ли опубликовать все в научно-технических журналах? Таких как скажем “Радио”, “Техника молодежи”, “Изобретатель-рационализатор” и тд?… Эта основная формула сняла бы очень многие вопросы по расчету эл.цепей с ЛН…
Последняя выкладка ЛН резистор…она, к примеру, помогла бы расчитать резистор или даже цепочку резисторов для ограничения тока в моменты включения ЛН…
Лет 10 назад использование ЛН в быту было правилом, а теперь “лампочка Ильича” уже “уходит в лету” в связи с запретом производства…ее почти заменили светодиодные…
Вопрос кАшешно интере-е-е-есный)))
Дмитрий, я не скрою, было такое поползновение, но, признаюсь честно, я ОСТЕРЕГСЯ…
Первые лет 10 я еще сомневался – а не проглядел ли я чего-нибудь…
сам пользовался этой формулой – в частности определял остаточные емкости аккумулятора, зная что стоваттная лампочка дает разрядный ток ровно сто миллиампер на батарее в 12 вольт…и, засекая время, я вполне точно узнавал “насколько дохлый” у меня аккумулятор…
Ну и вообще – по мелочам…
Лет через 10 я убедился что формула “работает”, но потом настали некоторые личные события – так, что стало не до лампочек…
а потом …вот наткнулся в сети на статью Александра про то как он снял ВАХ лампочки..
Прикинул цифирь на калькуляторе и мгновенно понял что его данные дают ОБОБЩЕННОЕ ПРАКТИЧЕСКОЕ обоснование моих “многомудрствований” по утрам за чашкой кофе)))
И предложил Александру опубликовать.
И результат обозначился – ДРУГИЕ люди, в частности вы, НЕПРЕДВЗЯТО проверили и ТОЖЕ пришли к выводу что я не ошибся…
Полагаю что НАШЕ СОВОКУПНОЕ и независимое суждение (и ваше в том числе) привнесет элемент объективности в проблему…
Кстати про балластный резистор мне надо дополнить статью… Александр, указал мне что неплохо было бы расписать эту формулу подробнее… Сделаю в ближайшее время.
А ваши прогнозы про “скорую смерть” ламп накаливания…Хм… не думаю что она так близка…
Да, в вопросах освещения лампа накаливания постепенно будет вытеснена светодиодной технологией… Все упирается в “световое КПД”.
Но!
Лампочка это же не только освещение.
Лампочка – это в большей степени ТЕХНОЛОГИЯ. Наработана обширная технология изготовления и уже это обстоятельство предрекает некоторую устремленность в перспективу.
Другой вопрос связан вот с чем. Например профессиональные музыканты В ОДИН ГОЛОС заявляют что качество звука от ламповых усилителей не идет ни в какое сравнение с транзисторными…
Или еще момент.
Последовательное соединение лампы и терморезистора дает просто потрясающее расширение динамического диапазона “плавающей точки”.
вот соедините термосопротивление с лампочкой и вы увидите как плавно перемещается потенциал “средней точки” от нуля до потенциала источника питания…
Применений может быть масса…
———-
А в вопросе, что формула вполне может быть пригодна для широкого распубликования – это я согласен…
Я уже и Александру писал – пусть “двигает” формулу. Во всяком случае ссылка из Википедии на эту формулу была бы вполне уместна…
Связываться с журналами мне, честно говоря, ЛЕНЬ)))
Они там требуют каких то экспертиз… А какие экспертизы? ЛЮБОЙ может “ткнуть тестером” и убедиться – вот и вся экспертиза)))
Я уже старичок… И несколько далек от этой суеты по “продвижению”…
Люди меня выучили…дали мне образование…
и мне приятно что я ХОТЬ ЧТО-ТО СМОГ ВЕРНУТЬ людям))) Улыбнулся.
Пользуйтесь на здоровье)))
Это да, Станислав, в журналах советского времени проверяли и перепроверяли всё прям сверх-тщательно…) Доходило до абсурда: из очевидного делали невероятное!)) Но при этом ошибки в журнальных статьях, и при том очень грубые ошибки, так или иначе все равно были…)))
И, конечно же, Вы правы насчет технологии – лампы накаливания, радиолампы и т.д ПОЛНОСТЬЮ не исчезнут, потому как иногда им нет равноценной замены… Но в бытовом освещении лет через 10 их вероятней всего уже не будет… К примеру я уже как 2 года сменил все лампочки в своей квартире на LED “теплого” света… Вобщем-то доволен, хотя знаю о некотором вреде LED-света для здоровья…
Станислав, может было бы неплохо дополнить статью не просто подробным расписанием формулы с балластным резистором, а ИМЕННО расчетом резистора, который будет ограничивать ток в момент включения? Ну, сначала напряжение подается на лампу через резистор и она прогревается…затем подается полное напряжение: тем самым пусковой ток резко уменьшается…
Хотя очевидно, что для поддержания тока на уровне номинального ОДНОГО резистора будет мало – броски тока равно будут несколько больше… Но можно например сделать расчет ОПТИМАЛЬНОГО его сопротивления, когда эти броски тока будут минимальны…ну или цепочки из 2 резисторов (думаю этого будет достаточно чтобы броска не было вообще)…
Расчет такого резистора дополнительно покажет практическую ценность выкладки… Это так…мысли в слух…)
Ну, а вообще, еще раз спасибо за Ваш труд, Станислав…статья действительно ПОЛЕЗНАЯ, ИНТЕРЕСНАЯ И НУЖНАЯ. Скопировал ее и сохранил себе в файлы компьютера и телефона – это на будущее… Теперь, я знаю, что “лампочка Ильича” подчиняется третьему закону Кеплера)))
Со своей стороны постараюсь при случае “продвигать” Вашу формулу и ссылаться на статью в этом блоге, ну или статью на проза.ру…)))
Дмитрий, приветствую…
Я отправил Александру свой должок по расшифровке формулы для включения с балластным сопротивлением.
Думаю он оперативно выложит в форме приложения или просто подкорректирует статью…
Там ничего сложного нет – обычная АЛГЕБРА.
Я подвел решение к неизвестному “напряжение на лампе”, а можно развернуть формулу для любого параметра. Хоть относительно тока, хоть относительно сопротивления…
Моя цель простая – показать формулу что и будет означать ПРЕДСКАЗУЕМОСТЬ параметра.
———-
Теперь относительно ваших ограничителей “первого броска тока”.
Я думаю там нет ничего сложного…надо “впендюрить” (смеюсь) последовательно с лампой ТЕРМОРЕЗИСТОР и все произойдет “под полонез Огинского”)))
ну давайте поразмыслим.
Пусть лампа 100 ватт. паспортный ток в установившемся режиме – пол Ампера.
Значит надо включать через термосопротивление номиналом ну так… ом 390-430…
Это НОМИНАЛ.
Можно взять какое-нибудь ММТ или КМТ… у них рабочие температурные диапазоны превышают сто градусов. А коэффициент изменения параметра порядка 3-5 % на градус…
значит, нагревшись на сто градусов, термосопротивление практически уйдет В НУЛЬ. Уменьшит значение параметра на ТРИСТА процентов от номинала
Ну я думаю это будет меньше ома.
ВОТ И ВСЁ.
Я сейчас вынужденно нахожусь “вдали от Родины”)))
Но в феврале появлюсь дома в Питере и – вы заинтересовали меня – если окажусь рядом с магазином “ЧИП” то возьму несколько терморезисторов ДЛЯ ПРОБЫ)))
я почти уверен что все будет хорошо и термосопротивление не перегорит…
Они расчитаны примерно на 1 ватт… при токе в полампера и сопротивлении 1 ом это будет четверть ватта.
Единственно что надо будет помнить – после выключения надо будет сделать паузу, для охлаждения терморезистора.
вот и все…
Схема примитивнее не бывает.
Стоит термосопрот …не знаю… думаю что 20-30 рубликов…соизмеримо с лампочкой и монтировать его можно прямо в выключатель…
Памятуя что он все таки нагреется…чтоб не касался пластмассы и не сильно вонял)))
Насчет терморезистора согласен… у Вас несомненно получится его “впендюрить” и ход рассуждения абсолютно правильный, потому как…..потому как я уже не раз видел подобные практические схемы))) Он работают “на ура”, но как Вы сами указали их недостаток – надо ждать пока деталька остынет…
А вот в схеме с обычным резистором (резисторами) этого недостатка не будет… Вобщем идея “оптимального резистора” у меня появилась и я как освобожусь, на досуге “прикину цифирь” опираясь на Вашу формулу…
Кстати, ведь существуют и схемы “плавного пуска” на тиристорах и даже на высоковольтных транзисторах, однако и они имеют недостатки…
Ну, я вижу, статья уже дополнена…поэтому вобщем-то все уже хорошо)))
Александр, очень оперативно провернули эту добавку
формулу для балластного сопротивления присовокупили и расписали…
Здравствуйте, Валентин Петрович…
Зато я ответил что я НЕ специалист по космическим кораблям)))
Ладн… Шутки в сторону…
Вы неявно отождествляете “излучение” и “свет”…
Сказать про свет, что это излучение будет корректно, а сказать про излучение, что это свет – уже не вполне корректно…
Потому что излучение это…НЕ ТОЛЬКО свет…
Утюг стоит в темной комнате… и совершенно замечательно излучает, хотя его совсем не видно…
Есть такие устройства ночного видения …тепловизоры всякие…
Они ловят излучение в другом диапазоне… За пределами видимого диапазона…
Температура “темной стороны корабля” вовсе не абсолютный нуль, вследствие теплопроводности обшивки корабля…
То что нагревается солнцем, за счет естественной теплопроводности “перетекает” и на “холодную сторону и …ИЗЛУЧАЕТСЯ.
равно тому, “внутренняя” температура корабля за счет естественной теплопроводности ТОЖЕ “проникает” на обшивку и тоже излучается…
Ну как сковородка на плите. Плита нагревает сковородку, а ручка то почему горячая?
Вот… За счет естественной теплопроводности сковородки…
Так же и любой предмет…и космический корабль в том числе…
Вы пишете что теплопередача по обшивке у корабля ничтожна.
Смею вас уверить что она ЗНАЧИТЕЛЬНА… Сковородка – тому пример.
Минимизировать стараются потери “изнутри”, типа “утепляют” корабль как мы утепляем квартиры)))
Повторю, я не спец по космическим кораблям, но опираясь на самые общие соображения могу предположить что температура “темной” стороны корабля ну так… может быть градусов СТО… МОРОЗА))) То есть минус 100 по Цельсию…
Почему я так предполагаю? В справочниках пишут, что температура неосвещенной поверхности Луны – минус 150 Цельсия.
Неосвещенная поверхность космического корабля ТЕПЛЕЕ чем неосвещенная поверхность Луны.
Теплее потому что космический корабль МЕНЬШЕ по размерам и теплота от нагретой стороны быстрее “перемещается” на холодную сторону…
Самый удачный аналог космического корабля – это именно …сковородка)))
То, что ближе к нагревателю – горячее, то что дальше от нагревателя – холоднее, но тоще ВЕСЬМА теплое…
Поэтому ваш тезис о том, что температура неосвещенной стороны космического корабля близка к Абсолютному Нулю, этот ваш тезис считаю НЕ СОСТОЯТЕЛЬНЫМ…
Статья хорошая, но зачем так все усложнять? Учитывая, что P=U*I, а U/I=R, получаем из “главной” формулы более простое и наглядное выражение R/I=const. Т.е. значение сопротивления нити накала находится в линейной зависимости от тока нити и, следовательно, ее температуры. И данный факт давно известен.
Ну, как видите, главная формула подобрана автором специально для ПРАКТИЧЕСКИХ расчетов, ибо на лампах с питаем от сети обычно указана мощность и напряжение…
И, насколько помню, давно известен факт линейной зависимости сопротивления металлов от температуры, а не сопротивления от тока и следовательно температуры… Или я не прав?)
в вашем рассуждении все замечательно.
А особенно замечательно то, что оно базируется на фразе
“получаем ИЗ ГЛАВНОЙ ФОРМУЛЫ”…
А целью статьи как раз и является – получить эту самую главную формулу…
БЕЗ статьи главной формулы НЕТ. Она ЕЩЕ НЕ получена…
Как без экспериментальных данных Александра нет твердого убеждения, что зависимости тока и сопротивления именно квадратичные…
Потому то и ваше утверждение о том, что “факт давно известен” вызывает сомнение.
От “лампочки Ильича” до космического корабля оказывается всего-то один шаг…)))
Кстати, на низковольтных мини-лампах обычно указывается напряжение и ТОК. Поэтому для практики будет удобен еще и такой вид полученной константы:
Это как небольшое дополнение статьи…
Дмитрий, совершенно не протестую против вашего варианта начертания формулы, ибо
В параграфе “некоторые дополнительные формулы”
я указал и ЭТОТ вариант, и даже пометил его номером 2 в скобочках.
===> тока через лампу I = корень( U ) / S (2)
Ваша запись это вариант записи (2).
Да, вы правы что на “маленьких” лампочках часто пишут (например) 6,3 V и ток 0,2 А
Бывают и такой вид “паспортизации”. И в таком варианте предлагаемая вами запись будет предпочтительнее (удобнее).
——————
Дмитрий, и вы совершенно правы в том, что в статье затрагиваются вопросы СУГУБО ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ параметров лампы.
Безотносительно к вопросу температуры нити.
Вопрос температуры “возник” как следствие попытки ОЦЕНИТЬ “мощность на лампе”, когда к ней НЕ ПРИЛОЖЕНО напряжение…
Для того, чтобы сориентироваться в динамическом диапазоне мощностей.
“Прикидка” с помощью закона Стефана-Больцмана дала мощность фонового излучения на уровне десятков миллиВатт (это для сто-ваттной лампочки) – 0,0262 Ватт.
Таким образом, динамический диапазон “допустимой применимости” формулы можно ОЦЕНИТЬ более чем в три порядка для перепада мощностей.
———–
Разговоры про “космические корабли” предлагаю считать офф-топом…
Станислав, да, в статье затрагиваются сугубо вопросы электрических параметров ЛН, но теперь можно смело утверждать о линейной зависимости температуры нити от тока, конечно в определенном диапазоне…
Также читателям возможно будут полезны и интересны все основные нормированные параметры ЛН как функции от напряжения (решил написать их и здесь, если Вы и Александр непротив):
Ф = U^4 (световой поток)
n = U^2,5 (световая отдача)
T = 1/U^13 (наработка на отказ)
Формулам можно верить
Александр, вот и я малость ошибся в комментарии выше…) Если нетрудно – исправьте? И извините за ошибку))
Открыл свои бумажные архивы и увидел что ошибся, увы…)
Квадрат мощности связан с ВОСЬМОЙ степенью температуры (закон Стефана-Больцмана).
Квадрат мощности связан с КУБОМ напряжения (моя формула).
Таким образом, мы обязаны констатировать, что температура нити и напряжение на лампе связаны степенями “ВОСЕМЬ” и “ТРИ”
Как бы мы не исхитрялись “пришпандорить” КОРЕНЬ из напряжения, линейная зависимость температуры ОТ ТОКА “НЕ ВЫТАНЦОВЫВАЕТСЯ”.
Мы получаем связь температуры и тока как степени “восемь” и “шесть” (или же “четыре” и “три”).
===> Ни о какой линейной зависимости температуры ОТ ТОКА говорить не приходится.
Связь степеней “четыре” и “три” БЛИЗКА к линейной, но (увы) не линейная…
======================
В очередной раз настоятельно прошу НЕ УВЯЗЫВАТЬ мою статью с вопросами температуры нити.
Станислав, я рассуждал проще. Вы установили линейную зависимость сопротивления от тока, т.е. R = K1*I, в свою очередь известно, что сопротивление металлов ПОЧТИ линейно зависит от температуры т.е. R = K2*t, из чего следует:
Строго говоря, зависимость сопротивления от температуры НЕ СОВСЕМ линейна, но в большинстве случаев расчетов считается, что она линейна. Характеристикой этой зависимости, как Вы наверно знаете, является температурный коэфициент сопротивления (TКС) и считается что он ПОСТОЯНЕН для широкого диапазона температур…
Дмитрий…
Этот коэффициент НЕ постоянен…
Там все значительно сложнее…
Все упирается не только в электропроводность (то что мы связываем с сопротивлением), но и в ТЕПЛОпроводность – тот параметр, который определяет способность металла рассеивать мощность.
Закон Видемана – Франца гласит что ОТНОШЕНИЕ теплопроводности и электропроводности пропорционально температуре.
Но и этот закон можно уверенно применять лишь в диапазоне 100-400 градусов Кельвина.
Есть металлы которые вообще не подчиняются закону Видемана- Франца.
———–
Все эти полуэмпирические формулы где участвует Rо – сопротивление при температуре То (таяния льда), все эти формулы пригодны для расчета “ближайших” температур – двести, триста, четыреста градусов Цельсия.
Дальше все сложнее…
———–
Поэтому то я так упорно (и упрямо) ДИСТАНЦИРУЮСЬ от вопросов “углубления в температуру”)))
Да, я абсолютно соглашусь с вами, что температуру можно ОЦЕНИВАТЬ (именно оценивать) по сопротивлению.
Простой умозрительный пример.
Стоваттная лампочка. Сопротивление 45 ом (холодная) и 450 ом (горячая)
Перепад сопротивлений – в десять раз.
температура “холодной” лампы 293 К, температура “горячей” лампы 2930 К.
Тоже КАК БЫ в десять раз…
НО (. )
Я взял эту цифирь “от балды” по критерию “плюс-минус лапоть”.
—————
Потому то и повторю что температуру можно лишь ОЦЕНИВАТЬ.
Типа, если будет сопротивление 250 ом, то можно ОЖИДАТЬ, что температура составит но что-нибудь порядка… ну так… 1200-1500 Кельвина.
===========================
Я готов считаться с такой ОЦЕНКОЙ, но я категорически против утверждения, что зависимость сопротивления от температуры подчиняется линейному закону…
===========================
Дмитрий, давайте рассуждать “сермяжно”))) Без “высоких материй”)))
Вот мы берем проволочку и пропускаем через нее ток.
Она нагревается.
Сопротивление увеличилось.
Проволочка продолжает нагреваться… ДО КАКИХ ПОР?
До того момента пока ПОДВОДИМАЯ мощность не уравняется мощностью РАССЕИВАНИЯ.
Вот мы и подошли к вопросу соотносимости удельных теплопроводностей и электропроводностей (закон Видемана-Франца)…
А второй момент будет связан с окружающей средой – или эта проволочка у нас в герметичном кожухе, или она обдувается ветерком на воздухе?
Чувствуете какая тут палитра условий возникает?
————–
Потому то и упрямлюсь…
Дмитрий, …ррррр (рычу и смеюсь) ради Бога не втравливайте меня в обсуждение зависимости температуры нити накаливания от тока через лампочку)))
ОЦЕНИВАТЬ по линейному закону МОЖНО, но не более того.
Оценивать можно, а УТВЕРЖДАТЬ НЕЛЬЗЯ…
Даже по моей методе (степени “три” и “четыре”) – это все равно грубовато, ибо мы не знаем АЛЬБЕДО нити накаливания…
Станислав…так я как раз и говорю про эти самые
“ближайшие двести, триста, четыреста
градусов Цельсия”…ну, может 500…700*C)))
Я же так и написал: “можно смело утверждать о линейной зависимости температуры нити от
тока, НО, КОНЕЧНО, В ОПРЕДЕЛЕННОМ ДИАПАЗОНЕ”…)) Это и есть достаточно широкий диапазон, в котором можно считать зависимость почти линейной и и сей коэффициент постоянным…)
И я абсолютно согласен, что в гораздо большем диапазоне температуры нити (скажем дельта = 2500*С) эту зависимость уже нельзя считать линейной – она станет ГРУБО линейна и соответственно годится только для грубой оценки… Все правильно: много факторов, плюс растет диапазон, – растет и погрешность)))
Но все-таки ошибка оценки рабочей температуры нити по такой формуле, вероятнее всего, будет не сотни, а максимум десятки градусов…
Так ведь и “идеальных” формул не существует – все они в большей или меньшей степени “эмпирические”. Вот возьмем даже Вашу: при малом напряжении (токе) – И ОНА становится некорректна. Или вот моя формула наработки на отказ – она еще более приближенная, т.к тут замешано еще больше влияющих на результат факторов. При расчетном напряжении лампа может сгореть при первом же включении, а может проработать и в несколько раз больше пресловутых 1000 часов…
Так что, все “точные” формулы имеют и свою погрешность, Станислав… Всё зависит от того с какой точностью подходить к расчетам…)))
Ну наконец-то мы пришли к консенсусу)))
И я писал что все эти “танцы вокруг температуры” возникли именно по причине желания ОЦЕНИТЬ нижний предел применимости формулы…
Как получил десятки миллиВатт так и УСПОКОИЛСЯ – динамический диапазон по мощности перекрывает более чем три порядка)))
И даже перегружать формулу нет никакого желания…
Ибо изначально ставилась задача инженерно-калькуляторной оценки параметра…
Взял калькулятор, три кнопки нажал и ситуация ПРОЯСНИЛАСЬ…
———–
Хорошо что мы пришли к консенсусу…а то я и впрямь “рычать” начал и думал про себя – Ну достал он меня этой температурой)))
\улыбнулся\
Станислав, так мы и не теряли этот самый консенсус) Я просто недостаточно полно конкретизировал, ну а Вы поняли по-своему)))
Поздравляю Вас, Александра и всех мужчин, прочитавших эти строки с Праздником 23 февраля. Крепкого всем здоровья, удачи и мирного неба над головой.
В тексте: “Ток и сопротивление в нити накаливания – суть одно и тоже.”
Скорее, это обратно пропорциональные величины: “ток” характеризует степень упорядоченности, а “сопротивление” – степень хаотичности движения электронов.
———
Мне статья понравилась как с практической, так и с теоретической стороны.
Что касается “отклонений” от формулы U^3/P^2 =const и её алгебраических производных в области малых токов (напряжений), то в диапазоне ПРАКТИЧЕСКИХ приложений (эксплуатации) лампы актуальность расчетов никак не умаляется!
В лампе накаливания не вакуум, иначе её мгновенно бы смяло давление воздуха, а инертный газ, например, азот или аргон. Так что ещё и немного энергии уйдёт ещё и через теплопроводность газа.
Николай: “В лампе накаливания не вакуум, иначе её мгновенно бы смяло давление воздуха”.
Отнюдь, шарообразная форма лампы способна выдержать давление гораздо больше атмосферного!
А можешь объяснить, почему происходит разрыв колбы при перегорании спирали?
Попробую.
Шарообразная (сферическая, арочная) форма/конструкция хорошо работает на избыточное ВНЕШНЕЕ давление (нагрузки), некое “самозапирание”, но ВНУТРЕННИЙ импульс/скачок давления при перегорании спирали иногда губителен для такой конструкции. При этом большую роль играют микротрещины и дефекты колбы, невидимые невооруженным глазом.
Понятно, спасибо. Вакуумными были радиолампы и не сферические, там стекло толще.
При таких тоненьких стенках, как у обычных ЛОН – смяло бы. Иначе зачем ухудшают характеристики ламп, закачивая в них инертные газы?
ЛОН – это Лампа Обычная Накаливания?
Не уверен, что в ОБЫЧНЫЕ лампы накаливания что нибудь закачивают. Насколько тонкие стенки тоже судить не могу.
Я исхожу из того, что эти лампы до сих пор изготавливают на прежних линиях, на прежнем (устаревшем) оборудовании по старой “проверенной” годами технологии. Закачка инертных газов и тонкие стенки маловероятны.
Совершенствовать старую линию нет смысла, перспективнее переходить на светодиодную технологию.
С другой стороны, именно закачка в колбу газа повышает вероятность ее разрушения изнутри. Раздавить/смять колбу снаружи обычным атмосферным давлением невозможно (Вы видели “смятую” лампу?).
“смятую” не видели, как и “вспученную”. Только осколки после разрыва, а как ее разорвало, внутрь или наружу не известно.
Предлагаю мысленный эксперимент.
[У кого хватит духу провести реально, ОБЕСПЕЧИВ БЕЗОПАСНОСТЬ, большой респект. Если эксперимент проводить на открытом воздухе, то опасности минимум.]
Берем обычную рабочую, но не подключенную к вольтажу лампочку накаливания, и медленно и равномерно нагреваем ее на пламени конфорки газовой плиты/паяльной лампы. Когда прочность стекла перейдет в пластическую область, по внешнему виду мысленно станет ясно, вовнутрь или наружу было направлено разрушающее действие ДАННОЙ колбы.
Забудем дурацкое слово “вольтаж”, тут всё же нормальный сайт про электричество.
Теперь про нагрев над газовой плитой. Зачем? Лампы имеют внутреннее давление примерно равное атмосферному.
“Зачем?”.
Согласен. Николай, Вы спец по лампочкам.
Ни в коем случае не сомневаюсь в Вашей компетенции, наоборот, готов консультироваться.
Замер напряжение на лампах фар, все в норме! А какое напряжение у вас?
Наткнулся как то на очень интересное видео, где говорится о том, что яркость лампочки в фаре зависит от напряжения.
Это и понятно каждому, вот там производили замеры мультиметром. У меня дорогой мультиметр, проверял несколько раз его на точность, показания не врут.
Решил померить и у себя, а вдруг мало приходит напряжения?
В видео приведена таблица никого, оптимального и максимально высокого напряжения.
Напряжение на АКБ у меня 14.2В при включенных фарах.
На самих лампах фар, у меня получается 13.2В, чуть чуть ниже оптимального напряжения. Все в норме.