Лампа накаливания является источником искусственного света. Внутри нее находится спираль из тугоплавкого вольфрама. Данный элемент помещается в колбу, заполненную инертным газом.
Особенность лампы накаливания в том, что она мягко рассеивает свет, но выделяет много тепла. Используют ее в разных сферах жизни: в быту и на промышленных предприятиях.
В статье поговорим о КПД лампы накаливания.
Содержание
Определение понятия
Лампа накаливания является электрическим источником света, в котором спираль прогревается до высокой температуры, так как через нее протекает электрический ток. В результате излучается видимый свет.
Простая конструкция состоит из:
- стеклянной колбы;
- инертного газа;
- нити накаливания;
- контактного провода;
- держателя;
- стеклянной ножки;
- вывода контакта;
- цоколя;
- изоляции;
- контакта.
КПД (коэффициент полезного действия) ламп накаливания демонстрирует, какой процент энергии преобразуется в полезную работу, а какой нет. У лампы накаливания данный коэффициент небольшой: 20 % уходит на излучение света, а 80 % – это выделение тепловой энергии.
Самые первые лампочки с телом накала в виде угольного стержня обладали еще меньшим КПД, если сравнивать с современными устройствами. У спиральных нитей накала более низкий процент потерь.
КПД лампочки зависит от температуры нагрева спирали. Например, если спираль лампы 60 Вт прогревается до 2700 ℃, то ее КПД равняется 5 %. При поднятии величины нагрева устройства и при повышении напряжения, лампочка будет ярче светить, ее КПД увеличится до 15 %, но срок службы уменьшится.
Светит устройство ярче не за счет увеличения мощности, а за счет большей мощности спирали и световой отдачи.
От чего зависит?
КПД относится к техническим характеристикам лампы. Коэффициент полезного действия заложен в самой ее конструкции, поэтому влиять на него нельзя.
В чем измеряется?
Параметр КПД характеризует результативность преобразования электрической энергии в световую.
Чем выше КПД, тем меньше потерь уходит на тепло. Самым низким коэффициентом полезного действия обладают лампы накаливания, у них он составляет 4-5 %.
Во время работы они сильно нагреваются, так как излучают больше тепла. Измеряется КПД в процентах, так как это отношение мощностей (энергии), которую лампочка потратила с пользой.
Какой максимальный и минимальный коэффициент имеют лампочки?
Лампа накаливания выпускает от 0,1 Вт до 23000 Вт. Наименьшая мощность у ламп-индикаторов, а самая высокая – у ламп накаливания для маяков, прожекторов, театральных ламп.
От технических характеристик лампочки зависит ее работоспособность, от них же зависят преимущества и недостатки.
Плюсы ламп:
- Нечувствительность к перепадам сети.
- Быстрое включение и выключение.
- Бесшумная работа.
- Отсутствие мерцания.
- Отсутствие пускорегулирующей аппаратуры.
- Приятный спектр излучения.
Минусы:
- Небольшой срок службы.
- От напряжения зависит световая отдача.
- Большая часть электроэнергии уходит в тепловую.
- Хрупкость.
- Пожароопасность.
Формула для расчетов
Напряжение и мощность лампочки измеряется в Ваттах (Вт), а световой поток в Люменах (Лм). Формула: ɳ = Лм/Вт.
Коэффициент полезного действия рассчитывают следующим образом:
- включают лампу;
- измеряют ее электрическую мощность (Ватты);
- измеряют световой поток (Люмены);
- разделяют Люмены на Ватты.
Практически вся энергия, которая уходит в лампочку, затрачивается на излучение, и лишь небольшая часть уходит на конвекцию и теплопроводность.
Примеры
Чтобы определить КПД лампы накаливания, необходимо знать температуру нити и распределение излучаемой энергии. В процентном соотношении лампочка 40 Вт отдает 1,9 % света, 60 Вт – 2,1 % света, 100 Вт – 2,6 % света.
Примеры расчетов КПД:
- ɳ = 20 Лм/5 Вт = 4 %;
- ɳ = 50 Лм/10 Вт = 5 %;
- ɳ = 90 Лм/ 15 Вт = 6 %.
Почему важно знать и уметь определять показатель?
Когда растет температура и КПД лампочки накаливания, то снижается ее долговечность. Показатель позволяет определить, сколько прослужит лампочка. Например, если температура нити составляет 3400 К, то лампочка прослужит всего несколько часов, то есть срок службы изделия сократится на 95 %.
Если температура составляет 2700 К, то изделие проработает 1000 часов. При поднятии напряжения на 20 % яркость увеличивается в два раза. Низкое напряжение снижает КПД, но лампочка прослужит дольше.
При понижении напряжения КПД падает в пять раз, но лампа гораздо дольше сохраняет работоспособность. Такой вариант работы является эффективным, если требований к освещению не предъявляют (освещение лестничной площадки, гаражей).
Заключение
Коэффициентом полезного действия называют показатель, который используется для измерения эффективности устройства или процесса.
Основная формула выглядит следующим образом: КПД = Выходная энергия/Входная энергия x 100 %. Зная коэффициент лампы накаливания, можно оценить ее результативность, снизить расходы на электроэнергию и оптимизировать процесс.
Лампа накаливания равномерно излучает теплый рассеянный свет. Его испускает тело накала, которое нагревается электрическим током до определенной температуры. Чем выше температура, тем сопротивление тела накала будет выше.
Коэффициент полезного действия у лампочек низкий. Под КПД в данном случае понимают отношение мощности видимого излучения к полной потребляемой энергии. КПД может зависеть не только от мощности самой лампочки, но и особенностей светильника.
