РОЗЖАРЮВАННЯ

МЕТА РОБОТИ: навчитися обґрунтовувати можливості та особливості включення ламп розжарювання різних потужностей в різноманітних схемах.

СТИСЛІ ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ

Будь-яке тіло, температура якого вища абсолютного нуля, здатне до теплового випромінювання. Теплове випромінювання несе з собою енергію випромінювання. Потужність енергії випромінювання та спектральний склад випромінювання даного тіла визначається його тепловим станом, тобто температурою. При невисоких температурах тіла ми маємо діло переважно з інфрачервоним випромінюванням. При збільшенні температури до визначених значень збільшується випромінювання у видимій області спектра (α = 380...770 нм) і воно починає сприйматися як світло.

Однією з найважливіших властивостей теплового випромінювання є те, що воно малоселективне, тобто його енергія розприділена в широкій спектральній області. Зміщення максимума цього спектра по мірі зміни температури абсолютно чорного тіла описується законом Віна

α _т= 2896/Т, (1)

де α _т - довжина хвилі (мкм); Т - температура (°К).

Для слабо нагрітих тіл (Т = 300°К) максимум теплового випромінювання розташований поблизу 10...11 мкм, а для електричних ламп розжарювання (ЛР)

(Т = 2500...2800°К) близько 1,1...1,3 мкм (рис. 2.1).

% Спектральна чутливість променевого та світлового

потоку, відносні одиниці

Рис. 2.1

Лише для такого сильно розігрітого тіла, як сонце (Т ~ 6100°К) максимум випромінювання припадає на видиму область спектра (0,38...0,78 мкм). Одним з найбільш розповсюджених джерел світла є ЛР.

Теплове випромінювання - це випромінювання, яке виникає внаслідок теплового збудження атомів та молекул. Воно випромінюється всіма тілами при любих температурах, більших від абсолютного нуля. Теплове випромінювання тіла характеризується його температурою і є рівноважним: убування енергії, а відповідно, і зниження температури тіла при випромінюванні компенсується за рахунок поглинання енергії. Теплове випромінювання твердих та рідких тіл має безперервний спектр. Для ЛР він має вигляд,зображений на рис. 2.2а. З рис. 2.2а видно, що випромінювання ЛР знаходиться,в основному, в червоній та інфрачервоній областях спектра. До інфорачервоних променів людське око не чутливе. Око не могло б працювати як орган зору, якби воно сприймало інфрачервоні промені. Максимум власного теплового випромінювання ока при температурі тіла людини 36,6°С припадає на довжини хвиль 9...10 мкм. Якщо б око сприймало інфрачервоні промені з такою чутливістю, яку воно має до жовто-зелених, то власне випромінювання ока склало б 5 млн. кД! Природно, що при наявності такого потужного "прожектора" у власному оці, ми не могли б бачити нічого навкруги. Око не могло б виконувати функції органу зору

Інтенсивність випромінювання

Рис. 2.2

Ультрафіолетові промені також не попадають в око тому, що поглинаються "хрусталіком". І хоча сітківка чутлива до ультрафіолетових променів, світловий діапазон, завдяки захисній ролі кришталика, обривається на 0,38 мкм.

Таким чином, людське око сприймає випромінювання тільки в таких вузьких границях,як 0,38...0,77 мкм, а ЛР завжди дають жовто-червоне забарвлення усіх предметів.

Середній строк служби ЛР знаходиться в межах від декількох десятків годин до 1...3 тис. годин. На основі багаторічного досвіду прийнято, що ЛР загального призначення доцільно розраховувати на середній строк служби приблизно рівний 1000 год.

Головним показником економічності ЛР, як і інших джерел світла, є світлова віддача. Номінальна світлова віддача ЛР загального призначення знаходиться в межах від 6,7 лм/Вт до 19,1 лм/Вт (див. рис. 2.2б). Відносно невисока світлова віддача ЛР в значній мірі пояснюється їх фізичною природою: світловий ККД вакуумних ЛР дорівнює 1,5 %, а газонаповнених 2-4 %. Одначе і ці рубежі далеко не досягнуті.

Рис. 2.2б

Велика зацікавленість в створенні нових більш ефективних ЛР пояснюється тим, що саме ЛР на сьогоднішній день в Україні є найбільш популярним джерелом світла не тільки в житлових приміщеннях (99 %), але і в промислових будівлях (44%).

Як правило, ЛР включаються, мережу заданої напруги паралельно. При відомому значенні напруги мережі (U_m) і потужності ЛР (Р) можна знайти не тільки струм (І), який протікає через ЛР, а й його (R) тіла розжарювання

I= , А (2)

R=U_m/I = U²_m/P, (3)

Підбираючи ЛР з однаковим струмом, незалежно від напруги, на яку вони розраховані, можна проводити послідовне включення ЛР. При послідовному з'єднанні ЛР необхідно пам'ятати про те, що опір холодного вольфрамового тіла розжарювання помітно нижчий, ніж гарячого. Формула (2) дозволяє визначити струм лампи в усталеному режимі при розігрітому тілі розжарювання. Тому при послідовному включенні в мережу двох ЛР (див. рис.2.3), одна з яких ЛР1 потужністю 40 Вт і розрахована для вмикання в мережу з напругою 127 В, а друга ЛР2 для кишенькового ліхтаря на напругу 2,5 В і струм 0,29 А, при попередньо замкнутому ключі К, який потім розмикається через 1...2 сек.,- лампи ЛР1 та ЛР2 горять нормально. Якщо ж напругу на лампи подати при розімкнутому ключі К., то лампочка від кишенькового ліхтаря може перегоріти.

ЛР1 – БК 127-40

ЛР – МН 2,5-0,29

Рис. 2.3

При послідовному включені двох ЛР різної потужності, розрахованих на одну й ту ж напругу, яскравість горіння буде різною, яскравіше буде горіти ЛР меншої потужності. Це пояснюється тим, що у ЛР меншої потужності опір тіла розжарювання завжди більший, ніж у ламп більшої потужності. Тому потужність, яка виділяється на ЛР меншої потужності, завжди ближча до номінальної, ніж у ЛР більшої потужності.

Наприклад. Визначити,як будуть горіти ЛР1 (Г 200-100) та ЛР2 (Г 200-15) в схемі рис. 2.3 при розімкнутому ключі К і подачі напруги U_M = 200 В.

Поиск по сайту: