Akkor ampul - Incandescent light bulb

Orta boy E27 (Edison 27 mm) erkek vida tabanına sahip 230 voltluk bir akkor ampul . Filament, dikey besleme kabloları arasındaki çoğunlukla yatay çizgi olarak görünür.
Bir SEM görüntüsü tungsten bir akkor ampul filament

Bir akkor ampul , akkor lamba veya akkor ışık küre bir bir elektrik ışık bir tel ile filaman parlama kadar ısıtıldı. Filament, filamanı oksidasyondan korumak için vakumlu veya inert gazlı bir cam ampulün içine yerleştirilmiştir . Akım, cama gömülü terminaller veya teller tarafından filamana sağlanır. Bir ampul soketi, mekanik destek ve elektrik bağlantıları sağlar.

Akkor ampuller, 1,5 volttan yaklaşık 300 volta kadar çok çeşitli boyutlarda, ışık çıkışında ve voltaj değerlerinde üretilir . Harici düzenleyici ekipman gerektirmezler , düşük üretim maliyetlerine sahiptirler ve hem alternatif akımda hem de doğru akımda eşit derecede iyi çalışırlar . Sonuç olarak, akkor ampul, ev ve ticari aydınlatmada, masa lambaları, araba farları ve el fenerleri gibi taşınabilir aydınlatma için ve dekoratif ve reklam aydınlatması için yaygın olarak kullanılmaya başlandı .

Akkor ampuller, diğer elektrikli aydınlatma türlerinden çok daha az verimlidir ve kullandıkları enerjinin %5'inden daha azını görünür ışığa dönüştürür. Kalan enerji ısı olarak kaybolur. Işık verimi 120 V işlemi için tipik bir akkor ampulün 16 lümen bir 60 um / W ile karşılaştırıldığında watt başına, kompakt floresan ampul ya da beyaz için 150 lm / W LED lambaları .

Bazı uygulamalar filament tarafından üretilen ısıyı kullanır. Isı lambaları , kuluçka makineleri , lav lambaları ve Easy-Bake Oven oyuncağı gibi kullanımlar için yapılmıştır . Kuvars tüp halojen kızılötesi ısıtıcılar , boya kürleme veya alan ısıtma gibi endüstriyel işlemler için kullanılır.

Akkor ampuller, diğer aydınlatma türlerine kıyasla tipik olarak kısa ömürlüdür; ev tipi ampuller için yaklaşık 1.000 saat, kompakt floresanlar için tipik olarak 10.000 saat ve aydınlatma LED'leri için 20.000–30.000 saat. Akkor ampuller, floresan lambalar , yüksek yoğunluklu deşarj lambaları ve ışık yayan diyot lambalar (LED) ile değiştirilebilir. Bazı bölgelerde, enerji tüketimini azaltmak için akkor ampullerin kullanımı aşamalı olarak kaldırılmıştır .

Tarih

Tarihçiler Robert Friedel ve Paul Israel akkor lambaların mucitlerini Joseph Swan ve Thomas Edison'dan önce listeliyorlar . Edison'un versiyonunun , üç faktörün bir kombinasyonu nedeniyle diğerlerini geride bırakabildiği sonucuna varıyorlar: etkili bir akkor malzeme, diğerlerinden daha yüksek bir vakum ( Sprengel pompası kullanılarak ) ve güç dağılımını sağlayan yüksek direnç . ekonomik olarak uygun merkezi bir kaynak.

Tarihçi Thomas Hughes , Edison'un başarısını, tamamen entegre bir elektrikli aydınlatma sistemi geliştirmesine bağladı.

Lamba, elektrik aydınlatma sisteminin küçük bir parçasıydı ve etkin çalışması için Edison Jumbo jeneratörü , Edison ana ve besleyicisi ve paralel dağıtım sisteminden daha önemli değildi. Jeneratörleri ve akkor lambaları olan ve karşılaştırılabilir yaratıcılık ve mükemmelliğe sahip diğer mucitler, yaratıcıları bir aydınlatma sistemine girişlerine başkanlık etmedikleri için uzun zamandır unutuldu .

—  Thomas P. Hughes, Technology at the Turning Point'te , WB Pickett tarafından düzenlendi

Erken ticari öncesi araştırma

Thomas Edison'un Menlo Park'taki dükkanından orijinal karbon filamanlı ampul

1761'de Ebenezer Kinnersley , bir telin akkor haline getirildiğini gösterdi.

1802 yılında, Humphry Davy o "olarak nitelendirdiği kullanılan pilin Bodrum katında yer 2.000 hücrelerinden oluşan, muazzam boyutta" Kraliyet Enstitüsü ince bir şerit üzerinden akım geçirilerek bir akkor ışık oluşturmak için, Büyük Britanya platin , metalin son derece yüksek bir erime noktasına sahip olması nedeniyle seçilmiştir . Yeterince parlak değildi ve pratik olacak kadar uzun sürmedi, ancak sonraki 75 yıl boyunca çok sayıda deneycinin çabalarının ardındaki emsal oldu.

19. yüzyılın ilk üç çeyreğinde, birçok deneyci platin veya iridyum teller, karbon çubuklar ve boşaltılmış veya yarı boşaltılmış muhafazaların çeşitli kombinasyonları ile çalıştı. Bu cihazların birçoğu gösterildi ve bazıları patentlendi.

1835'te James Bowman Lindsay , İskoçya'nın Dundee kentinde halka açık bir toplantıda sürekli bir elektrik ışığı gösterdi . "Bir buçuk fit uzaklıktan kitap okuyabildiğini" belirtti. Ancak elektrik ışığını daha fazla geliştirmedi.

1838'de Belçikalı litograf Marcellin Jobard , karbon filaman kullanarak vakum atmosferi olan bir akkor ampul icat etti.

1840'ta İngiliz bilim adamı Warren de la Rue , bir vakum tüpüne sarılı bir platin filaman yerleştirdi ve içinden bir elektrik akımı geçirdi. Tasarım, platinin yüksek erime noktasının yüksek sıcaklıklarda çalışmasına izin vereceği ve boşaltılan haznenin platin ile reaksiyona girecek daha az gaz molekülü içereceği ve böylece uzun ömürlülüğünü artıracağı konseptine dayanıyordu. Uygulanabilir bir tasarım olmasına rağmen, platinin maliyeti onu ticari kullanım için elverişsiz hale getirdi.

1841'de İngiltere'den Frederick de Moleyns, bir vakum ampulü içinde bulunan platin telleri kullanan bir akkor lamba için ilk patenti aldı. O da karbon kullandı.

1845'te Amerikalı John W. Starr , karbon filamanları kullanan bir akkor ampulün patentini aldı. Buluşu asla ticari olarak üretilmedi.

1851'de Jean Eugène Robert-Houdin , Fransa'nın Blois kentindeki mülkünde akkor ampulleri halka açık bir şekilde sergiledi. Ampulleri Château de Blois müzesinde sergileniyor .

1859'da Moses G. Farmer , platin filaman kullanarak bir elektrik akkor ampulü yaptı. Daha sonra Thomas Edison tarafından satın alınan bir ampulün patentini aldı.

1951 Sovyet posta pulu Alexander Lodygin

1872'de Rus Alexander Lodygin bir akkor ampul icat etti ve 1874'te bir Rus patenti aldı. Bir cam alıcıda, hermetik olarak kapatılmış ve nitrojenle doldurulmuş, elektriksel olarak düzenlenmiş, azaltılmış kesitli iki karbon çubuğu brülör olarak kullandı. birincisi tüketildiğinde ikinci karbona geçirilir. Daha sonra ABD'de yaşadı, adını Alexander de Lodyguine olarak değiştirdi ve krom , iridyum , rodyum , rutenyum , osmiyum , molibden ve tungsten filamentleri içeren akkor lambalar için başvurdu ve patent aldı ve molibden filaman kullanan bir ampul sergilendi. 1900 yılında Paris'te düzenlenen dünya fuarı .

24 Temmuz 1874'te Henry Woodward ve Mathew Evans tarafından azotla doldurulmuş bir cam silindire monte edilmiş karbon çubuklardan oluşan bir lamba için Kanada patenti alındı . Lambalarını ticarileştirmede başarısız oldular ve 1879'da patentlerinin ( ABD Patenti 0,181,613 ) haklarını Thomas Edison'a sattılar .

4 Mart 1880'de, Edison'un ampulünden sadece beş ay sonra, Alessandro Cruto ilk akkor lambasını yarattı. Cruto, gaz halindeki etil alkol varlığında bir elektrik akımıyla ısıtılarak ince platin filamentler üzerinde grafit biriktirerek bir filament üretti . Bu platini yüksek sıcaklıklarda ısıtmak, saf grafit ile kaplanmış ince platin filamentleri bırakır. Eylül 1881'de bu ilk sentetik filamentin başarılı bir versiyonunu elde etmişti. Cruto tarafından icat edilen ampul, Edison'un orijinal versiyonunun kırkının aksine beş yüz saat sürdü. Almanya, Baveria'daki 1882 Münih Elektrik Fuarı'nda Cruto'nun lambası Edison'unkinden daha verimliydi ve daha iyi, beyaz bir ışık üretti.

1893'te Heinrich Göbel , 1854'te, yüksek dirençli ince karbonize bambu filamenti, tamamı cam bir zarf içinde platin kurşun telleri ve yüksek vakumu olan ilk akkor ampulü tasarladığını iddia etti . Dört mahkemenin yargıçları, iddia edilen Göbel beklentisi hakkında şüpheler dile getirdi, ancak Edison'un patentinin sona erme tarihi nedeniyle hiçbir zaman nihai duruşmada karar çıkmadı. 2007 yılında yayınlanan bir araştırma çalışması, 1850'lerde Göbel lambalarının hikayesinin bir efsane olduğu sonucuna varmıştır.

ticarileştirme

Karbon filament ve vakum

Ampulün kararmasını gösteren karbon filamanlı lambalar

Joseph Swan (1828-1914), İngiliz fizikçi ve kimyagerdi. 1850'de, havası boşaltılmış bir cam ampulde karbonize kağıt filamentlerle çalışmaya başladı. 1860'a gelindiğinde, çalışan bir cihaz gösterebildi, ancak iyi bir vakum ve yeterli elektrik kaynağının olmaması, ampulün kısa ömürlü olmasına ve verimsiz bir ışık kaynağına neden oldu. 1870'lerin ortalarına gelindiğinde daha iyi pompalar kullanılabilir hale geldi ve Swan deneylerine geri döndü.

Elektrik ışıklarıyla aydınlatılan ilk ev olan Underhill'deki tarihi plaket

Swan, 1878'de vakum pompaları uzmanı Charles Stearn'in yardımıyla , erken ampul kararmasını önleyen bir işleme yöntemi geliştirdi. Bu, 1880'de bir İngiliz Patenti aldı. 18 Aralık 1878'de, Newcastle Chemical Society'nin bir toplantısında ince bir karbon çubuk kullanan bir lamba gösterildi ve Swan, 17 Ocak 1879'daki toplantısında bir çalışma gösterisi yaptı. Newcastle upon Tyne Edebiyat ve Felsefe Derneği'nin 3 Şubat 1879'daki toplantısına katılan 700 kişi . Bu lambalar, ince bir filament yerine bir ark lambasından bir karbon çubuk kullandı. Bu nedenle, düşük dirençleri vardı ve gerekli akımı sağlamak için çok büyük iletkenler gerektiriyorlardı, bu nedenle, nispeten yüksek vakum, bir karbon iletken ve platin giriş telleri ile akkor aydınlatma olanaklarının bir gösterimini sağlamalarına rağmen, ticari olarak pratik değildiler. . Bu ampul yaklaşık 40 saat sürdü. Swan daha sonra dikkatini daha iyi bir karbon filamenti üretmeye ve uçlarını tutturma araçlarına çevirdi. 1880'lerin başında 'parşömen ipliği' üretmek için pamuğu işlemek için bir yöntem tasarladı ve aynı yıl 4933 İngiliz Patentini aldı. Bu yıldan itibaren İngiltere'deki evlere ve önemli yerlere ampul takmaya başladı. Evi, Underhill, Low Fell, Gateshead , dünyada bir ampulle aydınlatılan ilk evdi . 1880'lerin başında şirketini kurdu. 1881'de Londra, Westminster Şehri'ndeki Savoy Tiyatrosu , Swan'ın akkor ampulleriyle aydınlatıldı; bu, dünyadaki ilk tiyatro ve tamamen elektrikle aydınlatılan ilk kamu binasıydı. Dünyada akkor ampulle aydınlatılan ilk cadde Mosley Street, Newcastle upon Tyne , Birleşik Krallık idi . 3 Şubat 1879'da Joseph Swan'ın akkor lambasıyla yakıldı.

Edison, Maxim ve Swan ampullerinin karşılaştırılması, 1885
Edison karbon filamanlı lambalar, 1880'lerin başı

Thomas Edison , 1878'de pratik bir akkor lamba geliştirmek için ciddi araştırmalara başladı. Edison, "Elektrik Işıklarında İyileştirme" için ilk patent başvurusunu 14 Ekim 1878'de yaptı. Birçok deneyden sonra, önce 1880'lerin başında karbon , ardından platin ve diğer metallerle. , sonunda Edison bir karbon filamana geri döndü. İlk başarılı test 22 Ekim 1879'da yapıldı ve 13,5 saat sürdü. Edison bu tasarımı geliştirmeye devam etti ve 4 Kasım 1879'a kadar "bir karbon filaman ya da şerit sarılı ve platina kontak tellerine bağlı" bir elektrik lambası için ABD patenti başvurusunda bulundu. Patent, "pamuk ve keten ipliği, ahşap atelleri, çeşitli şekillerde sarılmış kağıtları" kullanmak da dahil olmak üzere karbon filamenti yaratmanın çeşitli yollarını tanımlasa da, Edison ve ekibi daha sonra karbonize bir bambu filamentinin 1200 saatten fazla sürebileceğini keşfetti. 1880'de Oregon Demiryolu ve Navigasyon Şirketi vapuru Columbia , Edison'un akkor elektrik lambaları için ilk uygulama oldu (aynı zamanda bir dinamo kullanan ilk gemiydi ).

New Yorklu bir avukat olan Albon Man , 1878'de Elektro-Dinamik Işık Şirketi'ni , kendisinin ve William Sawyer'ın patentlerinden yararlanmak için kurdu . Haftalar sonra Amerika Birleşik Devletleri Elektrikli Aydınlatma Şirketi düzenlendi. Bu şirket, ilk ticari akkor lamba kurulumunu 1880 sonbaharına kadar, New York City'deki Mercantile Safe Deposit Company'de, Edison akkor lambaların Columbia'ya takılmasından yaklaşık altı ay sonra yapmadı . Hiram S. Maxim , Amerika Birleşik Devletleri Elektrik Aydınlatma Şirketi'nde baş mühendisti.

O sırada Edison tarafından kullanılan Lewis Latimer , kırılmayı azaltan ve Maxim filamentlerinin karakteristik "M" şekli gibi yeni şekillere kalıplanmalarına izin veren gelişmiş bir ısıl işlem karbon filament yöntemi geliştirdi. 17 Ocak 1882'de Latimer, Amerika Birleşik Devletleri Elektrik Işık Şirketi tarafından satın alınan ampul filamanlarının üretimi için geliştirilmiş bir yöntem olan "Karbon Üretimi Süreci" için bir patent aldı. Latimer, filamentleri tel desteklerine bağlamanın daha iyi bir yolu gibi diğer iyileştirmelerin patentini aldı.

Britanya'da, Edison ve Swan şirketleri Edison ve Swan United Electric Company (daha sonra Ediswan olarak bilinir ve nihayetinde Thorn Lighting Ltd'ye dahil edildi ) ile birleşti. Edison başlangıçta bu birleşmeye karşıydı, ancak Swan ona dava açıp kazandıktan sonra , Edison sonunda işbirliği yapmak zorunda kaldı ve birleşme yapıldı. Sonunda Edison, Swan'ın şirketteki tüm hisselerini satın aldı. Swan, ABD patent haklarını Haziran 1882'de Brush Electric Company'ye sattı .

Geliştirilmiş bir elektrik lambası için Thomas Edison tarafından ABD Patenti 0,223,898 , 27 Ocak 1880

Amerika Birleşik Devletleri Patent Ofisi bir iktidar 8 Ekim 1883 verdi Edison'un patent önceden sanat dayalı olduğunu William Sawyer ve geçersiz idi. Dava birkaç yıl devam etti. Sonunda 6 Ekim 1889'da bir yargıç, Edison'un "yüksek dirençli bir karbon filamanı" için elektrik ışığı iyileştirme iddiasının geçerli olduğuna karar verdi.

1896'da İtalyan mucit Arturo Malignani (1865–1939), seri üretim için 800 saat süren ekonomik ampullerin elde edilmesini sağlayan bir tahliye yönteminin patentini aldı. Patent, 1898'de Edison tarafından satın alındı.

1897'de Alman fizikçi ve kimyager Walther Nernst , seramik bir küre kullanan ve bir vakum veya soy gaz içinde muhafaza gerektirmeyen bir akkor lamba türü olan Nernst lambasını geliştirdi . Karbon filamanlı lambalardan iki kat daha verimli olan Nernst lambaları, metal filamanlı lambalar tarafından geçilinceye kadar kısa bir süre için popülerdi.

Metal filament, inert gaz

Hanaman (solda) ve Just (sağda), tungsten ampullerin mucitleri
1906'dan kalma Tungsram ampulünün Macar reklamı. Bu, karbon yerine tungstenden yapılmış bir filament kullanan ilk ampuldü . Yazıtta şunlar yazıyor: tel çekilmiş tel lamba - yok edilemez .
2200 K'de bir akkor lambanın spektrumu, emisyonunun çoğunu görünmez kızılötesi ışık olarak gösteriyor .

1902'de Siemens , daha yüksek sıcaklıkta çalışabildikleri için grafitleştirilmiş karbon filamanlarından bile daha verimli olan bir tantal lamba filamanı geliştirdi . Tantal metali karbondan daha düşük bir dirence sahip olduğundan, tantal lamba filamanı oldukça uzundu ve birden fazla dahili destek gerektiriyordu. Metal filament kullanımda giderek kısaldı; filamentler büyük gevşek halkalarla kuruldu. Birkaç yüz saat boyunca kullanılan lambalar oldukça kırılgan hale geldi. Metal filamentler, kırılma ve yeniden kaynaklanma özelliğine sahipti, ancak bu genellikle direnci azaltacak ve filamentin ömrünü kısaltacaktı. General Electric, tantal filamentlerin kullanım haklarını satın aldı ve 1913 yılına kadar ABD'de üretti.

1898'den 1905'e kadar, osmiyum Avrupa'da bir lamba filamanı olarak da kullanıldı. Metal o kadar pahalıydı ki, kullanılmış kırık lambalar kısmi kredi için iade edilebilirdi. 110 V veya 220 V için yapılamadı, bu nedenle standart voltaj devrelerinde kullanım için birkaç lamba seri olarak bağlandı.

13 Aralık 1904'te Macar Sándor Just ve Hırvat Franjo Hanaman'a daha uzun ömürlü ve karbon filamandan daha parlak ışık veren tungsten filamanlı bir lamba için Macar patenti (No. 34541) verildi . Tungsten filamanlı lambalar ilk olarak 1904'te Macar şirketi Tungsram tarafından pazarlandı. Bu tipe birçok Avrupa ülkesinde genellikle Tungsram ampulleri denir. Bir ampulü argon veya nitrojen gibi bir soy gazla doldurmak , vakumda çalıştırmaya kıyasla tungsten filamentinin buharlaşmasını yavaşlatır. Bu, daha yüksek sıcaklıklara ve dolayısıyla filament ömründe daha az azalma ile daha fazla etkinliğe izin verir .

1906'da William D. Coolidge , General Electric Company için çalışırken filamentlere dönüştürülebilen sinterlenmiş tungstenden "sünek tungsten" yapmak için bir yöntem geliştirdi . 1911'de General Electric, sünek tungsten telli akkor ampuller satmaya başlamıştı.

1913'te Irving Langmuir , bir lambayı vakum yerine inert gazla doldurmanın , ışık verimini iki katına çıkardığını ve ampul kararmasını azalttığını buldu.

1917'de Burnie Lee Benbow'a , sarmal bir filamentin daha sonra bir mandrel kullanılarak bir bobine sarıldığı sarmal bobin filamenti için bir patent verildi . 1921'de Junichi Miura , Hakunetsusha ( Toshiba'nın öncülü ) için çalışırken sarmal bobin tungsten filaman kullanarak ilk çift bobinli ampulü yarattı . O zamanlar, sarmal bobin filamentlerini seri olarak üretecek makineler mevcut değildi. Hakunetsusha, 1936 yılına kadar sargılı bobin filamentlerinin seri üretimi için bir yöntem geliştirdi.

1924 ile İkinci Dünya Savaşı'nın patlak vermesi arasında Phoebus karteli , Kuzey Amerika dışındaki ampul üreticileri için fiyat ve satış kotaları belirlemeye çalıştı.

1925'te Amerikalı bir kimyager olan Marvin Pipkin , ampullerin içini zayıflatmadan dondurmak için bir işlemin patentini aldı . 1947'de lambaların içini silika ile kaplamak için bir işlemin patentini aldı .

1930'da Macar Imre Bródy lambaları argon yerine kripton gazıyla doldurdu ve havadan kripton elde etmek için bir süreç tasarladı. Başladı onun buluşu dayalı Kripton dolu lambaların üretimi Ajka fabrika 1937 yılında, Polanyi ve Macar asıllı fizikçi tarafından eş-tasarlanmış Egon Orowan .

1964 yılına gelindiğinde, akkor lambaların verimliliğindeki ve üretimindeki gelişmeler, belirli bir miktarda ışık sağlamanın maliyetini, Edison'un aydınlatma sisteminin ortaya çıkışındaki maliyete kıyasla otuz kat azaltmıştı.

ABD'de akkor ampullerin tüketimi hızla arttı. 1885'te, tümü karbon filamanlı, tahminen 300.000 genel aydınlatma servis lambası satıldı. Tungsten filamentler piyasaya sürüldüğünde, ABD'de yaklaşık 50 milyon lamba soketi vardı. 1914'te 88,5 milyon lamba kullanıldı (sadece %15 karbon filamanlı) ve 1945'te yıllık lamba satışı 795 milyondu (yılda kişi başına 5'ten fazla lamba).

Etkinlik ve verimlilik

Halojen olmayan bir ampulün yerini alabilen E27 tabanlı ksenon halojen lamba

Tipik bir akkor ampulün tükettiği gücün %95'inden fazlası, görünür ışık yerine ısıya dönüştürülür. Diğer elektrikli ışık kaynakları daha etkilidir.

Akkor ampulün termal görüntüsü. 22–175 °C = 71–347 °F.

Belirli bir ışık miktarı için, bir akkor ampul, bir flüoresan lambadan daha fazla güç tüketir ve daha fazla ısı yayar . Klima kullanılan binalarda akkor lambaların ısı çıkışı klima sistemi üzerindeki yükü arttırır. Işıklardan gelen ısı, bir binanın ısıtma sistemini çalıştırma ihtiyacını azaltacak olsa da, ikincisi genellikle akkor lambalardan daha düşük maliyetle aynı miktarda ısı üretebilir.

Diğer akkor (halojen olmayan) ışık türleriyle karşılaştırıldığında, akkor halojen lambalar daha az güç kullanarak aynı miktarda ışık yayar ve az karartma ile zamanla daha sabit bir çıktı verir.

Bir ışık kaynağının ışık etkinliği , görünür ışığın, bir lamba gibi kaynağa verilen toplam güç girişine oranıdır. Görünür ışık, kısmen insan gözünün ışığın farklı dalga boylarına karşı farklı duyarlılığı ile tanımlanan bir birim olan lümen cinsinden ölçülür (bkz. parlaklık fonksiyonu ). Tüm dalga boyları insan gözünü uyarmada eşit derecede etkili değildir. Işık etkinliğinin birimleri watt başına lümendir (lpw). Tanım olarak, monokromatik yeşil ışık için maksimum etkinlik 683 lm/W'dir. Tüm görünür dalga boylarına sahip beyaz bir ışık kaynağı, watt başına yaklaşık 250 lümen gibi daha düşük bir etkinliğe sahiptir.

Işık verimi , ışık veriminin yeşil ışık için teorik maksimum ışık verimi olan 683 lpw'ye oranı olarak tanımlanır.

Aşağıdaki çizelge, bazı genel hizmet, 120 volt, 1000 saatlik akkor ampul ve birkaç idealleştirilmiş ışık kaynağı için ışık etkinliği ve verimliliği değerlerini listeler. Işık etkinliğinde daha uzun bir tablo, daha geniş bir ışık kaynağı dizisini karşılaştırır.

Tip Genel ışık verimliliği Genel ışık verimliliği (lm/W)
40 W tungsten akkor %1,9 12.6
60 W tungsten akkor %2.1 14.5
100 W tungsten akkor %2.6 17.5
cam halojen %2.3 16
kuvars halojen %3,5 24
Çok yüksek filament sıcaklıklarına ve kısa ömürlere sahip fotoğraf ve projeksiyon lambaları %5,1 35
4000 K'de ideal siyah gövdeli radyatör %7,0 47.5
7000 K'da ideal siyah gövdeli radyatör %14 95
İdeal monokromatik 555 nm (yeşil) kaynak 100% 683

Akkor ampullerin sıcaklığında bir kara cisim radyatörü tarafından yayılan spektrum , insan gözünün özelliklerine uymaz ve radyasyonun çoğu, gözün göremediği aralıktadır. Akkor lamba ışık verimliliği için bir üst sınır, tungstenin erime noktasında yaydığı teorik değer olan watt başına yaklaşık 52 lümendir.

Renk oluşturma

Bir akkor lamba tarafından üretilen ışığın spektrumu , aynı sıcaklıkta siyah gövdeli bir radyatörünkine çok yakındır . Renk algısı için standart olarak kullanılan ışık kaynaklarının temeli, belirli bir sıcaklıkta çalışan bir tungsten akkor lambadır.

25 W akkor ampulün spektral güç dağılımı.

Floresan lambalar, yüksek yoğunluklu deşarj lambaları ve LED lambalar gibi ışık kaynakları daha yüksek ışık verimliliğine sahiptir. Bu cihazlar lüminesans yoluyla ışık üretir . Işıkları, bir termal kaynak tarafından üretilen sürekli spektrum yerine, görünmez kızılötesi emisyonların "kuyruğu" olmadan, karakteristik dalga boylarında bantlara sahiptir. Floresan fosfor kaplamaların veya spektral dağılımı değiştiren filtrelerin dikkatli seçimiyle, yayılan spektrum akkor kaynakların görünümünü veya beyaz ışığın diğer farklı renk sıcaklıklarını taklit edecek şekilde ayarlanabilir . Bu kaynaklar, hareketli görüntü aydınlatması gibi renge duyarlı görevler için kullanıldığında, akkor aydınlatmanın görünümünü çoğaltmak için özel teknikler gerektirebilir. Metamerizm , farklı ışık spektrumu dağılımlarının renk algısı üzerindeki etkisini tanımlar.

Aydınlatma maliyeti

Bir akkor ampulün başlangıç ​​maliyeti, ömrü boyunca kullandığı enerjinin maliyetine kıyasla küçüktür. Akkor ampullerin ömrü diğer aydınlatmaların çoğundan daha kısadır; bu, değiştirmenin zahmetli veya pahalı olması durumunda önemli bir faktördür. Akkor ve floresan dahil olmak üzere bazı lamba türleri yaşlandıkça daha az ışık yayar; bu bir rahatsızlık olabilir veya tamamen arızalanmadan önce lambanın değiştirilmesi nedeniyle etkin kullanım ömrünü azaltabilir. Akkor lamba işletim maliyetinin diğer ışık kaynaklarıyla karşılaştırılması, aydınlatma gereksinimlerini, lambanın maliyetini ve lambaların değiştirilmesi için işçilik maliyetini (etkin lamba ömrü dikkate alınarak), kullanılan elektrik maliyetini, lamba çalışmasının ısıtma ve klima sistemleri üzerindeki etkisini içermelidir. . Evlerde ve ticari binalarda aydınlatma için kullanıldığında, ısıya kaybedilen enerji, bir binanın iklimlendirme sisteminin ihtiyaç duyduğu enerjiyi önemli ölçüde artırabilir . Isıtma mevsimi boyunca ampuller tarafından üretilen ısı israf edilmez, ancak çoğu durumda ısıtma sisteminden ısı elde etmek daha uygun maliyetlidir. Ne olursa olsun, bir yıl boyunca daha verimli bir aydınlatma sistemi neredeyse tüm iklimlerde enerji tasarrufu sağlar.

Kullanımı yasaklamak için önlemler

Akkor ampuller, CFL'ler ve LED lambalar gibi alternatiflerden daha fazla enerji kullandığından , birçok hükümet akkor lambaların ulaşabileceğinden daha yüksek minimum etkinlik standartları belirleyerek bunların kullanımını yasaklamak için önlemler aldı. Diğerlerinin yanı sıra Avrupa Birliği, Amerika Birleşik Devletleri, Rusya, Brezilya, Arjantin, Kanada ve Avustralya'da ampulleri yasaklayan önlemler hayata geçirildi. Yasak CO çevirisini, ekonomiye 5 milyar ila 10 avro katkıda ve her yıl elektrik 40 TWh kaydeder Avrupa'da, AK hesaplamış 2 15 milyon ton emisyon indirimleri.

Akkor ampullerin kullanımının yasaklanmasına yönelik itirazlar arasında alternatiflerin daha yüksek başlangıç ​​maliyeti ve floresan lambaların daha düşük ışık kalitesi yer alıyor. Bazı insanların floresan lambaların sağlık üzerindeki etkileri konusunda endişeleri vardır .

Etkinliği artırma çabaları

Ticari akkor lambaların etkinliğini artırmak için bazı araştırmalar yapılmıştır. 2007'de General Electric , yüksek verimli akkor (HEI) lamba projesini duyurdu ve ilk üretim hedeflerinin yaklaşık iki kat daha verimli olması olmasına rağmen, sonuçta mevcut akkor lambalardan dört kat daha verimli olacağını iddia ettiler. Yüksek öğrenim programı, yavaş ilerleme nedeniyle 2008 yılında sonlandırılmıştır.

Sandia Ulusal Laboratuarlarındaki ABD Enerji Bakanlığı araştırması, başlangıçta bir fotonik kafes filamentinden önemli ölçüde iyileştirilmiş verimlilik potansiyeline işaret etti . Ancak daha sonraki çalışmalar, başlangıçta umut verici sonuçların hatalı olduğunu gösterdi.

Ampul verimliliğinin artırılmasını zorunlu kılan çeşitli ülkelerdeki yasalar tarafından teşvik edilen hibrit akkor ampuller, Philips tarafından piyasaya sürülmüştür . HalogenA Enerji Tasarruflu incandescents 23 lm / W ile ilgili üretebilir; Eskiden boşa harcanan kızılötesi radyasyonu, bir kısmının görünür ışık olarak yeniden yayıldığı filamana geri yansıtmak için yansıtıcı bir kapsül kullanarak, geleneksel akkor lambalardan yaklaşık yüzde 30 daha verimli. Bu konsepte 1980 yılında Duro-Test tarafından 29.8 lm/W üreten ticari bir ürünle öncülük edilmiştir. Girişim filtrelerine veya fotonik kristallere dayalı daha gelişmiş reflektörler teorik olarak yaklaşık 270 lm/W (mümkün olan maksimum etkinliğin %40'ı) sınırına kadar daha yüksek verimlilikle sonuçlanabilir. Laboratuvar kavram kanıtlama deneyleri, kompakt floresan ampullerin etkinliğine yaklaşan 45 lm/W'ye kadar çıktı üretti.

Yapı

Akkor ampuller , içinden bir elektrik akımının geçtiği ampulün içinde bir tungsten tel filamanı bulunan hava geçirmez bir cam muhafazadan (zarf veya ampul) oluşur . Kontak telleri ve iki (veya daha fazla) iletkenli bir taban, filamana elektriksel bağlantılar sağlar. Akkor ampuller genellikle, elektrik kontaklarının hava veya gaz sızıntısı olmadan zarfın içinden geçmesine izin veren ampulün tabanına sabitlenmiş bir gövde veya cam yuva içerir. Gövdeye gömülü küçük teller, filamenti ve kurşun tellerini destekler.

Bir elektrik akımı, filamanı tipik olarak 2.000 ila 3.300 K'ye (1,730 ila 3.030 °C; 3,140 ila 5,480 °F), tungstenin 3,695 K (3,422 °C; 6,191 °F) erime noktasının oldukça altına ısıtır. Filament sıcaklıkları, filament tipine, şekline, boyutuna ve çekilen akımın miktarına bağlıdır. Isıtılmış filament, sürekli bir spektruma yaklaşan ışık yayar . Yayılan enerjinin yararlı kısmı görünür ışıktır , ancak çoğu enerji yakın kızılötesi dalga boylarında ısı olarak verilir .

Ampuller

Çoğu ampulde şeffaf veya kaplamalı cam bulunur. Kaplamalı cam ampullerde kaolin kili üflenir ve ampulün iç kısmında elektrostatik olarak biriktirilir. Toz tabakası, filamandan gelen ışığı yayar. Yayılan ışığın rengini ayarlamak için kile pigmentler eklenebilir. Kaolin dağınık ampuller, nispeten yumuşak ışıklarından dolayı iç aydınlatmada yaygın olarak kullanılmaktadır. "Parti ampulleri", Noel ağacı ışıkları ve diğer dekoratif aydınlatma için kullanılan çeşitli renkler de dahil olmak üzere başka türde renkli ampuller de yapılır . Bunlar , camın bir katkı maddesi ile renklendirilmesiyle oluşturulur ; genellikle kobalt (mavi) veya krom (yeşil) gibi bir metaldir . Neodimyum içeren cam bazen daha doğal görünen bir ışık sağlamak için kullanılır.

Akkor ampul.svg
  1. Cam ampulün ana hatları
  2. Düşük basınçlı soy gaz ( argon , nitrojen , kripton , ksenon )
  3. tungsten filaman
  4. Kontak teli (gövdeden çıkar)
  5. Kontak teli (gövdeye girer)
  6. Destek telleri (bir uç gövdeye gömülüdür; akım iletmez)
  7. Gövde (cam montaj)
  8. Kontak teli (gövdeden çıkar)
  9. Kap (kol)
  10. Yalıtım ( vitrit )
  11. Elektrik kontağı

Genel servis lambasının cam ampulü, 200 ve 260 °C (392 ve 500 °F) arasındaki sıcaklıklara ulaşabilir. Yüksek güçte çalıştırılması amaçlanan veya ısıtma amacıyla kullanılan lambalar, sert camdan veya erimiş kuvarsdan yapılmış zarflara sahip olacaktır .

Bir ampul zarfı sızarsa, sıcak tungsten filamanı hava ile reaksiyona girerek kahverengi tungsten nitrür , kahverengi tungsten dioksit , menekşe mavisi tungsten pentoksit ve sarı tungsten trioksit aerosolü verir ve daha sonra yakın yüzeylerde veya ampulün içinde birikir.

Gaz doldurma

Hava penetrasyonu nedeniyle bir lamba filamanının tahrip olması

Çoğu modern ampul , filamentin buharlaşmasını azaltmak ve oksidasyonunu önlemek için inert bir gazla doldurulur . Gaz yaklaşık 70 kPa (0,7 atm) bir basınçtadır.

Gaz, filamentin buharlaşmasını azaltır, ancak önemli ısı kayıplarını önlemek için dolgu dikkatli seçilmelidir. Bu özellikler için kimyasal eylemsizlik ve yüksek atomik veya moleküler ağırlık arzu edilir. Gaz moleküllerinin varlığı, serbest kalan tungsten atomlarını filamente geri gönderir, buharlaşmasını azaltır ve ömrünü azaltmadan daha yüksek sıcaklıkta çalışmasına izin verir (veya aynı sıcaklıkta çalışmak için filament ömrünü uzatır). Öte yandan, gazın varlığı, ısı iletimi ve ısı taşınımı yoluyla filamandan ısı kaybına ve dolayısıyla azalan akkorluk nedeniyle verim kaybına yol açar .

İlk lambalar ve bazı küçük modern lambalar, filamanı oksijenden korumak için yalnızca bir vakum kullandı. Vakum, filamanın buharlaşmasını arttırır, ancak iki ısı kaybını ortadan kaldırır.

En sık kullanılan dolgular şunlardır:

  • Vakum , küçük lambalarda kullanılır. Filamentin en iyi ısı yalıtımını sağlar ancak buharlaşmasına karşı koruma sağlamaz. Dış ampul yüzey sıcaklığının sınırlandırılması gereken daha büyük lambalarda da kullanılır.
  • Argon (%93) ve nitrojen (%7), burada argonun eylemsizliği, düşük ısı iletkenliği ve düşük maliyeti için kullanılır ve arıza gerilimini artırmak ve filamanın parçaları arasında ark oluşmasını önlemek için nitrojen eklenir.
  • Azot, örneğin projeksiyon lambaları gibi bazı yüksek güçlü lambalarda ve filaman parçalarının veya giriş kablolarının yakınlığı nedeniyle daha yüksek arıza voltajının gerekli olduğu yerlerde kullanılır.
  • Daha yüksek atom ağırlığı ve daha düşük termal iletkenliği (daha küçük ampullerin kullanımına da izin verir) nedeniyle argondan daha avantajlı olan kripton , ancak kullanımı çok daha yüksek maliyet nedeniyle engellenir ve çoğunlukla daha küçük boyutlu ampullerle sınırlandırılır.
  • Kripton, ksenon ile karıştırılır , burada ksenon, daha yüksek atom ağırlığı nedeniyle gaz özelliklerini daha da geliştirir. Ancak kullanımı çok yüksek maliyeti nedeniyle sınırlıdır. Xenon kullanarak yapılan iyileştirmeler, maliyetine kıyasla mütevazı.
  • Hidrojen , hızlı filament soğutmanın gerekli olduğu özel flaşör lambalarda; yüksek ısı iletkenliğinden burada yararlanılır.

Gaz dolgusu, ampul kararmasını büyük ölçüde hızlandıran su kalıntıları içermemelidir (aşağıya bakın).

Filamente yakın gaz tabakası (Langmuir tabakası olarak adlandırılır) durgundur ve ısı transferi sadece iletimle gerçekleşir. Ampulün zarfına ısı taşımak için sadece belli bir mesafede konveksiyon meydana gelir.

Filamentin yönü verimliliği etkiler. Filamente paralel gaz akışı, örneğin dikey (veya eksenel) filamanlı dikey olarak yönlendirilmiş bir ampul, konvektif kayıpları azaltır.

Lambanın verimliliği, daha büyük bir filament çapı ile artar. İnce filamanlı, düşük güçlü ampuller bir doldurma gazından daha az yararlanır, bu nedenle genellikle yalnızca boşaltılır.

Karbon filamanlı erken ampuller ayrıca karbon monoksit , nitrojen veya cıva buharı kullandı. Bununla birlikte, karbon filamentler tungsten olanlardan daha düşük sıcaklıklarda çalışır, bu nedenle ısı kayıpları herhangi bir faydayı dengelediğinden dolgu gazının etkisi önemli değildi.

Üretme

1902 tantal filamentli ampul, metal bir filamana sahip olan ilk ampuldü. Bu 1908'den.

Erken ampuller zahmetle elle monte edildi. Otomatik makineler geliştirildikten sonra ampullerin maliyeti düştü. 1910'a kadar, Libbey'in Westlake makinesi üretime geçtiğinde, ampuller genellikle üç kişilik bir ekip (iki toplayıcı ve bir usta gaffer) tarafından, ampulleri macunla kaplanmış ahşap veya dökme demir kalıplara üfleyerek üretilirdi. 1880'lerde Corning Glass Works'te elle üfleme işlemiyle saatte yaklaşık 150 ampul üretildi.

Libbey Glass tarafından geliştirilen Westlake makinesi, Owens-Libbey şişe üfleme makinesinin bir uyarlamasına dayanıyordu. Corning Glass Works, kısa süre sonra, üretimde kullanılacak olan ilk E-Machine olan rakip otomatik ampul üfleme makineleri geliştirmeye başladı. Corning, 1926'da Wellsboro , Pennsylvania'daki fabrikasına Kurdele Makinesini kurarak otomatik ampul üretim makineleri geliştirmeye devam etti . Şerit Makinesi, ampul üretimini otomatikleştirmeye yönelik önceki tüm girişimleri geride bıraktı ve 21. yüzyılda akkor ampuller üretmek için kullanıldı. Mucit William Woods, Corning Glass Works'teki meslektaşı David E. Gray ile birlikte 1939'da dakikada 1.000 ampul üreten bir makine yaratmıştı.

Şerit Makinesi , bir taşıyıcı bant boyunca sürekli bir cam şeridi geçirerek , bir fırında ısıtılarak ve daha sonra, konveyör kayışındaki deliklerden tam olarak hizalanmış hava memeleriyle kalıplara üflenerek çalışır. Böylece cam ampuller veya zarflar oluşturulur. Bu türden tipik bir makine, ampulün boyutuna bağlı olarak saatte 50.000 ila 120.000 ampul üretebilir. 1970'lere gelindiğinde, dünyanın dört bir yanındaki fabrikalarda kurulu 15 şerit makinesi, tüm akkor ampul arzını üretti. Filament ve destekleri, daha sonra ampule kaynaştırılan bir cam gövde üzerine monte edilir. Hava, ampulden dışarı pompalanır ve gövde presindeki tahliye borusu bir alevle kapatılır. Ampul daha sonra lamba tabanına yerleştirilir ve tüm tertibat test edilir. Osram-Sylvania'nın Wellsboro, Pensilvanya fabrikasının 2016 yılında kapanması , Amerika Birleşik Devletleri'nde kalan son şerit makinelerinden birinin kapatıldığı anlamına geliyordu.

filament

tungsten filaman nasıl yapılır

İlk ticari olarak başarılı ampul filamanları, karbonize kağıt veya bambudan yapılmıştır . Karbon filamentler negatif bir sıcaklık direnç katsayısına sahiptir - ısındıkça elektriksel dirençleri azalır. Bu, lambayı güç kaynağındaki dalgalanmalara karşı hassas hale getirdi, çünkü voltajdaki küçük bir artış, filamanın ısınmasına, direncinin azalmasına ve daha da fazla güç ve ısı çekmesine neden olacaktı.

Karbon filamanları, güçlerini ve tekdüzeliklerini geliştirmek için bir hidrokarbon buharında (genellikle benzin) ısıtılarak "parlatıldı". Metalize veya "grafitize" filamentler, önce filamanı daha da güçlendiren ve pürüzsüzleştiren grafite dönüştürmek için yüksek sıcaklığa ısıtıldı . Bu filamentler, besleme voltajındaki küçük değişikliklere karşı lambaların çalışma özelliklerini stabilize eden metalik bir iletken gibi pozitif bir sıcaklık katsayısına sahiptir.

Metal filamentler, 1904'ten başlayarak karbonun yerini aldı. Tungsten, mevcut en yüksek erime noktasına sahiptir. 1910'a gelindiğinde , General Electric'te William D. Coolidge tarafından sünek bir tungsten formunun üretimi için bir süreç geliştirildi . İşlem, tungsten tozunun çubuklara preslenmesini, ardından birkaç adım sinterleme, dövme ve ardından tel çekmeyi gerektiriyordu. Çok saf tungstenin kullanımda sarkan filamentler oluşturduğu ve potasyum, silikon ve alüminyum oksitlerle milyonda birkaç yüz parça düzeyinde çok küçük bir "doping" işleminin tungstenin ömrünü ve dayanıklılığını büyük ölçüde iyileştirdiği bulundu. filamentler.

Sarmal bobin filamenti

Lambanın verimini artırmak için, filaman genellikle 'sarmal bobin' olarak da bilinen çoklu sarmal ince tel bobinlerinden oluşur. Sarmal bobin filamanları kullanan ampullere bazen 'çift bobinli ampuller' denir. 60 watt'lık 120 voltluk bir lamba için, tungsten filamentinin sarılmamış uzunluğu genellikle 580 milimetredir (22,8 inç) ve filament çapı 0,046 milimetredir (0,0018 inç). Sarmal bobinin avantajı, tungsten filamanının buharlaşmasının, sarmal bobinin çapına eşit bir çapa sahip bir tungsten silindir hızında olmasıdır. Sarmal bobin filamanı, aynı yüzey alanına ve ışık yayma gücüne sahip düz bir filamandan daha yavaş buharlaşır. Sonuç olarak, filaman daha sonra daha sıcak çalışabilir, bu da aynı sıcaklıkta düz bir filamandan daha uzun süre dayanırken daha verimli bir ışık kaynağı ile sonuçlanır.

Üreticiler, alfanümerik bir kodla farklı lamba filaman biçimleri belirler.

Yüksek derecede büyütülmüş 200 watt'lık bir akkor ampulün sarmal bobin filamanı
Bir anaglif görüntüsü olarak sunulan, stereoskopik modda bir SEM'de yanmış 50 watt'lık akkor ampulün filamanı . Bu görüntüyü doğru görebilmek için 3D kırmızı camgöbeği gözlük tavsiye edilir.3d gözlük kırmızı camgöbeği.svg
Bir anaglif görüntüsü olarak sunulan, stereoskopik modda bir SEM'de 50 watt'lık bir akkor ampulün filamanı . Bu görüntüyü doğru görebilmek için 3D kırmızı camgöbeği gözlük tavsiye edilir.3d gözlük kırmızı camgöbeği.svg

Elektrik lifleri de, kullanılan sıcak katodu arasında floresan lambalar ve vakum tüpleri bir kaynağı olarak elektron bir elektron yayıcı elektrodu ısıtmak için veya vakum tüpleri içinde. Elektron kaynağı olarak kullanıldıklarında elektron üretimini artıran özel bir kaplamaya sahip olabilirler.

Filament buharlaşmasını azaltmak

Olağan çalışma sırasında, filamentin tungsteni buharlaşır; daha sıcak, daha verimli filamentler daha hızlı buharlaşır. Bu nedenle, bir filaman lambanın ömrü, verimlilik ve uzun ömür arasında bir dengedir. Takas, genel aydınlatma için kullanılan lambalar için tipik olarak 1.000 ila 2.000 saat kullanım ömrü sağlayacak şekilde ayarlanmıştır. Tiyatro, fotoğraf ve projeksiyon lambaları, yalnızca birkaç saatlik kullanım ömrüne sahip olabilir ve kompakt bir biçimde yüksek çıktı için ticari ömür beklentisi olabilir. Uzun ömürlü genel servis lambaları daha düşük verimliliğe sahiptir, ancak akkor ve LED lambaların geliştirilmesinden önce, ampulün değiştirilmesinin zor olduğu uygulamalarda kullanışlıydılar.

Irving Langmuir , vakum yerine soy gazın buharlaşmayı geciktireceğini buldu. Derecelendirmesi yaklaşık 25 watt'ın üzerindeki genel hizmet akkor ampulleri artık çoğunlukla argon ve bir miktar nitrojen veya bazen de kripton karışımı ile doldurulmaktadır . Soy gaz filamentin buharlaşmasını azaltırken, aynı zamanda filamandan ısıyı ileterek filamanı soğutur ve verimi düşürür. Sabit basınç ve sıcaklıkta, bir gazın termal iletkenliği, gazın moleküler ağırlığına ve gaz moleküllerinin kesit alanına bağlıdır. Molekül ağırlığı daha yüksek olan gazların ısıl iletkenliği daha düşüktür, çünkü hem moleküler ağırlık hem de kesit alanı daha yüksektir. Ksenon gazı, yüksek moleküler ağırlığı nedeniyle verimliliği artırır, ancak aynı zamanda daha pahalıdır, bu nedenle kullanımı daha küçük lambalarla sınırlıdır.

Filament çentiği , filamanın eşit olmayan buharlaşmasından kaynaklanır. Filament boyunca özdirençteki küçük farklılıklar , daha yüksek özdirençli noktalarda "sıcak noktaların" oluşmasına neden olur; sadece %1'lik bir çap değişikliği hizmet ömründe %25'lik bir azalmaya neden olacaktır. Filament direnci yüksek oranda sıcaklığa bağlı olduğundan, daha yüksek sıcaklığa sahip noktalar daha yüksek dirence sahip olacak ve bu da daha fazla enerji yaymalarına neden olarak onları daha sıcak hale getirecektir - pozitif bir geri besleme döngüsü. Bu sıcak noktalar, filamentin geri kalanından daha hızlı buharlaşır ve bu noktada direnci kalıcı olarak arttırır. İşlem, sağlıklı görünen bir filamentteki tanıdık küçük boşlukta sona erer.

Doğru akımla çalıştırılan lambalar, filaman yüzeyinde AC çalışmasına kıyasla kullanım ömrünü yarı yarıya azaltabilen rastgele merdiven basamağı düzensizlikleri geliştirir; etkiyi gidermek için farklı tungsten ve renyum alaşımları kullanılabilir.

Gazla doldurulmuş bir ampulde bir filaman kopması , terminaller arasında yayılabilen ve çok ağır akım çekebilen bir elektrik arkı oluşturabileceğinden, kasıtlı olarak ince giriş kabloları veya daha ayrıntılı koruma cihazları, bu nedenle , ampulün içine yerleştirilmiş sigortalar olarak sıklıkla kullanılır. . Ark olasılığını azaltmak için yüksek voltajlı lambalarda daha fazla nitrojen kullanılır.

ampul kararması

Geleneksel bir lambada, buharlaşan tungsten sonunda cam zarfın iç yüzeyinde yoğunlaşarak onu karartır. Vakum içeren ampuller için, koyulaşma zarfın tüm yüzeyi boyunca aynıdır. Bir soy gaz dolgusu kullanıldığında, buharlaştırılmış tungsten gazın termal konveksiyon akımlarında taşınır ve tercihen zarfın en üst kısmında biriktirilir, zarfın sadece o kısmını karartarak. Nominal ömrünün %75'inde ilk ışık çıkışının %93'ünü veya daha azını veren bir akkor lamba, IEC Yayını 60064'e göre test edildiğinde yetersiz olarak kabul edilir. Işık kaybı, filament buharlaşmasından ve ampul kararmasından kaynaklanır. Ampul kararması probleminin incelenmesi, Edison etkisinin, termiyonik emisyonun ve vakum tüpünün icadının keşfedilmesine yol açtı .

Bir ampulün içindeki çok az miktarda su buharı, lambanın kararmasını önemli ölçüde artırabilir. Su buharı , sıcak filamentte hidrojen ve oksijene ayrışır . Oksijen, tungsten metaline saldırır ve ortaya çıkan tungsten oksit parçacıkları, lambanın daha soğuk kısımlarına gider. Su buharından gelen hidrojen oksidi azaltır, su buharını yeniden oluşturur ve bu su döngüsünü devam ettirir . 500.000 lambaya dağıtılan bir damla su miktarı, kararmayı önemli ölçüde artıracaktır. Lambanın içine, çalışma sırasında lamba bileşenlerinden fırınlanabilecek herhangi bir oksijenle reaksiyona girecek bir alıcı olarak zirkonyum gibi az miktarda madde yerleştirilir .

Sinemada, projeksiyonda, projektörde ve deniz fenerinde kullanılan ağır, sağlam filamentli bazı eski, yüksek güçlü lambalar, zarf içinde gevşek tungsten tozu içeriyordu. Operatör zaman zaman ampulü çıkarır ve sallar, tungsten tozunun zarfın iç kısmında yoğunlaşan tungstenin çoğunu temizlemesine izin verir, kararmayı giderir ve lambayı tekrar aydınlatırdı.

Halojen lambalar

Halojen lambanın içindeki tungsten filamanının yakından görünümü . Sol ve sağdaki halka şeklindeki iki yapı filament destekleridir.

Halojen lamba düzensiz filamanın buharlaşmasını ve bir lamba ile doldurarak zarfın koyulaşması ortadan kaldırır azaltır halojen bir atıl gaz ile birlikte, düşük basınç altında bir gaz. Halojen döngüsü ampul ömrünü artırır ve filament üzerine ampul arka iç tungsten tekrar birikmesi ile koyulaşması önler. Halojen lamba, çalışma ömrü kaybı olmadan, benzer güce sahip standart bir gaz dolu lambadan daha yüksek bir sıcaklıkta filamentini çalıştırabilir. Bu tür ampuller, normal akkor ampullerden çok daha küçüktür ve sınırlı bir alanda yoğun aydınlatmanın gerekli olduğu yerlerde yaygın olarak kullanılır. Optik mikroskopi için fiber optik lambalar tipik bir uygulamadır.

Akkor ark lambaları

Akkor lambanın bir varyasyonu, sıcak tel filamanı kullanmadı, bunun yerine ısı üretmek için küresel bir boncuk elektrotuna vurulan bir ark kullandı. Elektrot daha sonra akkor hale geldi ve ark üretilen ışığa çok az katkıda bulundu. Bu tür lambalar, mikroskoplar gibi bilimsel araçların projeksiyonu veya aydınlatması için kullanıldı . Bu ark lambaları, zarf içinde iyonizasyonu başlatmak için nispeten düşük voltajlarda ve birleşik tungsten filamanlarında çalıştı. Bir ark lambasının yoğun yoğun ışığını sağladılar, ancak kullanımları daha kolaydı. 1915 civarında geliştirilen bu lambaların yerini cıva ve ksenon ark lambaları aldı .

Elektriksel özellikler

Güç ile etkinliğin karşılaştırılması
120 voltluk lambalar 230 voltluk lambalar
Güç (W) Çıktı ( lm ) Etkinlik (lm/W) Çıktı ( lm ) Etkinlik (lm/W)
5 25 5
15 110 7.3
25 200 8.0 230 9.2
40 500 12.5 430 10.8
60 850 14.2 730 12.2
75 1.200 16.0
100 1.700 17.0 1.380 13.8
150 2.850 19.0 2,220 14.8
200 3.900 19.5 3.150 15.8
300 6.200 20.7 5.000 16.7
500 8.400 16.8

Güç

Akkor lambalar, güç faktörü 1 olan neredeyse saf dirençli yüklerdir . Deşarj lambaları veya LED lambaların aksine, tüketilen güç devredeki görünen güce eşittir . Akkor ampuller genellikle tüketilen elektrik gücüne göre pazarlanmaktadır . Bu esas olarak filamentin çalışma direncine bağlıdır . Aynı voltaj ve tipteki iki ampul için, daha güçlü ampul daha fazla ışık verir.

Tablo, çeşitli güçlerde standart 120 volt akkor ampullerin lümen cinsinden yaklaşık tipik çıktısını göstermektedir . Benzer 230 V ampullerin ışık çıkışı biraz daha azdır. Daha düşük akım (daha yüksek voltaj) filamanı daha incedir ve aynı yaşam beklentisi için biraz daha düşük bir sıcaklıkta çalıştırılması gerekir, bu da enerji verimliliğini azaltır. "Yumuşak beyaz" ampullerin lümen değerleri, genellikle aynı güçteki şeffaf ampullerden biraz daha düşük olacaktır.

Akım ve direnç

Filamentin direnci sıcaklığa bağlıdır. Tungsten filamanlı lambaların soğuğa karşı direnci, çalışırken direncin yaklaşık 1/15'idir. Örneğin, 100 watt, 120 voltluk bir lamba yandığında 144 ohm'luk bir dirence sahiptir , ancak soğuk direnci çok daha düşüktür (yaklaşık 9,5 ohm). Akkor lambalar dirençli yükler olduğundan, parlaklığı kontrol etmek için basit faz kontrollü TRIAC dimmerler kullanılabilir. Elektrik kontakları, tungsten lambaların yüksek ani akım özelliğine sahip devreleri kontrol etmek için tasarlandıklarını belirten bir "T" derecelendirme sembolü taşıyabilir. 100 watt'lık, 120 voltluk bir genel servis lambası için, akım yaklaşık 0,10 saniyede sabitlenir ve lamba yaklaşık 0,13 saniye sonra tam parlaklığının %90'ına ulaşır.

Fiziksel özellikler

Güvenlik

Bir tungsten ampuldeki filamanın ampul soğukken kırılması kolay değildir, ancak akkor metal daha az sert olduğu için filamanlar sıcak olduklarında daha savunmasızdır. Ampulün dışına bir darbe, filamanın kırılmasına veya elektrik akımında bir kısmının erimesine veya buharlaşmasına neden olan bir dalgalanma yaşamasına neden olabilir . Modern akkor ampullerin çoğunda, ampulün içindeki telin bir kısmı sigorta görevi görür : kırık bir filaman ampulün içinde bir elektrik kısa devresi oluşturursa, telin eriyebilir kısmı eriyecek ve besleme hatlarının zarar görmesini önlemek için akımı kesecektir.

Sıcak bir cam ampul, soğuk nesnelerle temas ettiğinde kırılabilir. Cam zarf kırıldığında, ampul patlayarak filamenti ortam havasına maruz bırakır . Hava genellikle oksidasyon yoluyla sıcak filamanı yok eder .

Ampul şekilleri

Akkor ampuller çeşitli şekil ve boyutlarda gelir.

Ampul şekli ve boyutu, ulusal standartlarda verilmiştir. Bazı gösterimler, bir veya daha fazla harfin ardından bir veya daha fazla sayıdır, örneğin A55 veya PAR38, burada harflerin şekli ve sayıların bazı karakteristik boyutları tanımladığı.

ANSI C79.1-2002, IS 14897:2000 ve JIS C 7710:1988 gibi ulusal standartlar , ampul şekilleri için ortak bir terminolojiyi kapsar.

Örnekler
Açıklama İnç Detaylar
"Standart" ampul A60 E26 A19 E26 60 mm (~⌀19/8 inç) A serisi ampul , ⌀26 mm Edison vida
Mum alevi ampulü CA35 E12 CA11 E12 ⌀35 mm (~⌀11/8 inç) mum alevi şekli, ⌀12 mm Edison vidası
Sel ışığı BR95 E26 BR30 E26 ⌀95 mm (~⌀30/8 inç) projektör, ⌀26 mm Edison vidası
Halojen paletli ampul MR50 GU5.3 MR16 GU5.3 ⌀50 mm (~⌀16/8 inç) çok yönlü reflektör , 5,33 mm aralıklı 12 V çift ​​pimli konnektör

Ortak şekil kodları

Genel Servis
Işık (neredeyse) her yöne yayılır. Şeffaf veya buzlu olarak mevcuttur.
Tipler: Genel (A), Mantar, elips (E), işaret (S), boru (T)
120 V boyutları: A17, 19 ve 21
230 V boyutları: A55 ve 60
Yüksek Watt Genel Servis
200 watt'tan büyük lambalar.
Türler: Armut biçimli (PS)
Dekoratif
avizelerde kullanılan lambalar vb. Daha küçük mum boyutundaki ampuller daha küçük bir soket kullanabilir.
Türler: mum (B), bükülmüş mum, kıvrık uçlu mum (CA & BA), alev (F), küre (G), fener bacası (H), süslü yuvarlak (P)
230 V boyutları: P45, G95
Reflektör (R)
Ampulün içindeki yansıtıcı kaplama, ışığı ileriye doğru yönlendirir. Sel türleri (FL) ışık yayar. Spot türleri (SP) ışığı yoğunlaştırır. Reflektörlü (R) ampuller, aynı watt'taki Genel Servis (A) olarak ön orta alana ışık miktarını (ayak-mumları) yaklaşık iki katına çıkarır.
Tipler: Standart reflektör (R), şişkin reflektör (BR), eliptik reflektör (ER), taç gümüşlü
120 V boyutları: R16, 20, 25 ve 30
230 V boyutları: R50, 63, 80 ve 95
Parabolik alüminize reflektör (PAR)
Parabolik alüminize reflektör (PAR) ampuller ışığı daha hassas bir şekilde kontrol eder. Genel hizmetin (A) konsantre ışık yoğunluğunun yaklaşık dört katını üretirler ve gömme ve ray aydınlatmasında kullanılırlar. Dış mekan spot ve sel armatürleri için hava koşullarına dayanıklı muhafazalar mevcuttur.
120 V boyutları: PAR 16, 20, 30, 38, 56 ve 64
230 V boyutları: PAR 16, 20, 30, 38, 56 ve 64
Çok sayıda spot ve sel ışını yayılımında mevcuttur. Tüm ampuller gibi, sayı ampulün çapını 18 inç olarak temsil eder . Bu nedenle, bir PAR 16 51 mm (2 inç) çapındadır, bir PAR 20 64 mm (2,5 inç) çapındadır, PAR 30 95 mm (3,75 inç) ve bir PAR 38 121 mm (4,75 inç) çapındadır. .
Dört adet 60 watt'lık ampul paketi
Çok yönlü reflektör (MR)
Çok yönlü reflektör ampullerin boyutu genellikle daha küçüktür ve genellikle 12 V gibi daha düşük bir voltajda çalışır.
Soldan sağa: GU10 tabanlı MR16, GU5.3 tabanlı MR16, GU4 veya GZ4 tabanlı MR11
HIR/IRC
"HIR", kızılötesi yansıtıcı kaplamaya sahip bir lamba için bir GE tanımıdır . Daha az ısı kaçtığından, filaman daha sıcak ve daha verimli yanar. Osram benzer bir kaplama kullanıldığı üzere "IRC" dir.

Lamba tabanları

Standart E10, E14 ve E27 Edison vida tabanına sahip 40 watt'lık ampuller
Akkor ampul üzerinde çift kontaklı süngü kapağı

Büyük lambaların tabanında bir veya daha fazla kontak bulunan bir vida tabanı veya bir bayonet tabanı olabilir. Kabuk bir elektrik kontağı olarak veya sadece mekanik bir destek olarak hizmet edebilir. Bayonet taban lambaları, otomotiv lambalarında titreşimle gevşemeye karşı direnç sağlamak için sıklıkla kullanılır . Bazı boru şeklindeki lambaların her iki ucunda da elektrik kontağı bulunur. Minyatür lambaların kama tabanı ve tel kontakları olabilir ve bazı otomotiv ve özel amaçlı lambalarda kablolara bağlantı için vidalı terminaller bulunur. Çok küçük lambalar, bağlantılar için lambanın tabanından uzanan filament destek tellerine sahip olabilir. Halojen veya reflektör lambalar için genellikle bir bipin tabanı kullanılır.

19. yüzyılın sonlarında, üreticiler çok sayıda uyumsuz lamba tabanı tanıttı. General Electric'in " Mazda " standart taban boyutları kısa süre sonra ABD'de benimsendi.

Lamba tabanları, bir çimento ile ampule sabitlenebilir veya cam ampulde kalıplanmış girintilere mekanik kıvırma ile sabitlenebilir.

Optik sistemlerde kullanılması amaçlanan lambalar, filamanın optik sistem içinde doğru bir şekilde konumlandırılması için hizalama özelliklerine sahip tabanlara sahiptir. Vida tabanlı bir lamba, lamba sokete takıldığında filamanın rastgele bir yönelimine sahip olabilir.

Ampul soketindeki kontaklar , elektrik akımının tabandan filamana geçmesine izin verir. Priz, elektrik bağlantıları ve mekanik destek sağlar ve yandığında lambanın değiştirilmesine izin verir.

Işık çıkışı ve kullanım ömrü

Akkor lambalar, besleme voltajındaki değişikliklere karşı çok hassastır. Bu özellikler büyük pratik ve ekonomik öneme sahiptir.

Lambanın anma gerilimine yakın bir V besleme gerilimi için:

  • Işık çıkışı yaklaşık olarak V 3.4 ile orantılıdır
  • Güç tüketimi yaklaşık olarak V 1.6 ile orantılıdır
  • Ömür yaklaşık olarak V -16 ile orantılıdır
  • Renk sıcaklığı yaklaşık olarak V 0.42 ile orantılıdır

Voltajda %5'lik bir azalma, ampulün ömrünü iki katına çıkaracak, ancak ışık çıkışını yaklaşık %16 oranında azaltacaktır. Uzun ömürlü ampuller, trafik sinyal lambaları gibi uygulamalarda bu ödünleşimden yararlanır. Elektrik enerjisi, ampulün maliyetinden daha fazla maliyet kullandıklarından, genel servis lambaları, uzun çalışma ömrü üzerinden verimliliği vurgular. Amaç, lambaların maliyetini değil, ışık maliyetini en aza indirmektir. İlk ampullerin ömrü 2500 saate kadar vardı, ancak 1924'te Phoebus karteli ömrü 1000 saatle sınırlamayı kabul etti. 1953'te bu ortaya çıktığında General Electric ve diğer önde gelen Amerikalı üreticilerin ömrü kısıtlaması yasaklandı.

Yukarıdaki ilişkiler, standart anma koşulları etrafında yalnızca birkaç yüzde voltaj değişimi için geçerlidir, ancak bunlar, düşük voltajda çalıştırılan bir lambanın, büyük ölçüde azaltılmış ışık çıkışına rağmen, anma voltajdan çok daha uzun süre dayanabileceğini gösterir. " Centennial Işık " tarafından kabul edilen bir ampul olan Guinness Rekorlar Kitabı bir neredeyse sürekli yanan bir gerçek gibi itfaiye de Livermore, California 1901. Ancak, ampul dört watt ampul eşdeğer ışık yayar beri, . Benzer bir hikaye, Teksas'ta 21 Eylül 1908'den beri aydınlatılan 40 watt'lık bir ampul için de anlatılabilir. Bir zamanlar ünlü ünlülerin parıltısını almak için durduğu bir opera binasında yaşıyordu ve 1977'de bir bölge müzesine taşındı.

Fotoğraf aydınlatması için kullanılan fotosel lambaları , bazıları yalnızca iki saat süren, kullanım ömrü boyunca ışık çıkışını destekler. Filament için üst sıcaklık limiti metalin erime noktasıdır. Tungsten, 3.695 K (3.422 °C; 6.191 °F) en yüksek erime noktasına sahip metaldir. Örneğin, 50 saatlik ömrü olan bir projeksiyon ampulü, bu erime noktasının yalnızca 50 °C (122 °F) altında çalışacak şekilde tasarlanmıştır. Böyle bir lamba, 750 saatlik bir genel servis lambası için 17,5'e kıyasla, watt başına 22 lümene kadar ulaşabilir.

Aynı güç değerine sahip ancak farklı voltajlar için tasarlanmış lambalar farklı ışık verimliliğine sahiptir. Örneğin, 100 watt'lık, 1000 saatlik, 120 voltluk bir lamba, watt başına yaklaşık 17,1 lümen üretecektir. 230 V için tasarlanmış benzer bir lamba, watt başına yalnızca yaklaşık 12,8 lümen üretecek ve 30 volt (tren aydınlatması) için tasarlanmış bir lamba, watt başına 19,8 lümen üretecektir. Düşük voltajlı lambalar, aynı güç derecesi için daha kalın bir filamana sahiptir. Filament buharlaşmadan önce aynı kullanım ömrü boyunca daha sıcak çalışabilirler.

Filamenti desteklemek için kullanılan teller, onu mekanik olarak daha güçlü hale getirir, ancak ısıyı ortadan kaldırarak verimlilik ve uzun ömür arasında başka bir ödünleşim yaratır. Birçok genel hizmet 120 voltluk lamba ek destek kablosu kullanmaz, ancak " kaba hizmet " veya "titreşim hizmeti" için tasarlanmış lambalarda beş taneye kadar olabilir. Düşük voltajlı lambalar, daha ağır telden yapılmış filamanlara sahiptir ve ek destek telleri gerektirmez.

Çok düşük voltajlar, kurşun teller filamandan çok fazla ısı ileteceğinden verimsizdir, bu nedenle akkor lambalar için pratik alt sınır 1,5 volttur. Yüksek voltajlar için çok uzun filamanlar kırılgandır ve lamba tabanlarının yalıtılması daha zor hale gelir, bu nedenle aydınlatma lambaları 300 voltun üzerindeki nominal voltajlarla yapılmaz. Bazı kızılötesi ısıtma elemanları daha yüksek voltajlar için yapılmıştır, ancak bunlar geniş ölçüde ayrılmış terminallere sahip boru şeklindeki ampulleri kullanır.

Ayrıca bakınız

Açıklayıcı notlar

Referanslar

Dış bağlantılar