Лампа накаливания. Нагревательные приборы. Предохранители

Основная часть современной лампы накаливания — спираль из тонкой вольфрамовой проволоки. Вольфрам — тугоплавкий металл, его температура плавления 3387 °С. В лампе накаливания вольфрамовая спираль нагревается до 3000 °С, при такой температуре она достигает белого каления и светится ярким светом. Спираль помещают в стеклянную колбу, из которой выкачивают насосом воздух, чтобы спираль не перегорала. Но в вакууме вольфрам быстро испаряется, спираль становится тоньше и тоже сравнительно быстро перегорает. Чтобы предотвратить быстрое испарение вольфрама, лампы наполняют азотом, иногда инертными газами — криптоном или аргоном. Молекулы газа препятствуют выходу частиц вольфрама из нити, т. е. препятствуют разрушению накалённой нити.







Газонаполненная лампа накаливания изображена на рисунке 87.

Выдающимся изобретением в области освещения было создание русским инженером Александром Николаевичем Лодыгиным электрической лампы накаливания. Лампу, удобную для промышленного изготовления, с угольной нитью создал американский изобретатель Томас Эдисон.

Промышленность выпускает лампы накаливания на напряжение 220 В (для осветительной сети), 50 В (для железнодорожных вагонов), 12 В (для автомобилей), 3,5 и 2,5 В  (для карманных фонарей).

Сегодня лампы накаливания, имеющие малый срок службы, а также низкую световую отдачу, вытесняются люминесцентными и светодиодными лампами.

Энергосберегающие лампочки (люминесцентные) более экономичны и служат гораздо дольше (рис. 88). В них 70% энергии преобразуется в свет, а в лампочке накаливания только 5%, остальная часть энергии (90—95%) переводится в тепло.

Энергосберегающая лампочка состоит из колбы, наполненной парами ртути и аргона, и пускорегулирующего устройства. На внутреннюю поверхность колбы нанесено специальное вещество — люминофор, которое при воздействии ультрафиолетового излучения испускает видимый свет.

В светодиодных лампах электрический ток пропускают не по нити накала, а через миниатюрное электронное устройство (ЧИП — от англ, chip — миниатюрный), нанесённое на полупроводниковый кристалл. При прохождении электрического тока светодиод испускает свет.

В последние годы светодиодные лампы находят применение при освещении помещений, их устанавливают в светофорах, фарах автомобилей. Светодиоды используют как индикаторы включения на панелях приборов, цифровых и буквенных табло, подсветке мобильных телефонов, мониторов и др.

Тепловое действие тока используют в различных электронагревательных приборах и установках. В домашних условиях широко применяют электрические плиты, утюги, чайники, кипятильники. В промышленности тепловое действие тока используют для выплавки специальных сортов стали и многих других металлов, для электросварки. В сельском хозяйстве с помощью электрического тока обогревают теплицы, кормозапарники, инкубаторы, сушат зерно, приготовляют силос.

Основная часть всякого нагревательного электрического прибора — нагревательный элемент. Нагревательный элемент представляет собой проводник с большим удельным сопротивлением, способный, кроме того, выдерживать, не разрушаясь, нагревание до высокой температуры (1000 – 1200 °С). Чаще всего для изготовления нагревательного элемента применяют сплав никеля, железа, хрома и марганца, известный под названием «нихром». Удельное сопротивление нихрома ρ = 1,1 Ом ∙ мм2/м, что примерно в 70 раз больше удельного сопротивления меди. Большое удельное сопротивление нихрома даёт возможность изготовлять из него весьма удобные — малые по размерам — нагревательные элементы.

В нагревательном элементе проводник в виде проволоки или ленты наматывается на пластинку из жароустойчивого материала: слюды, керамики. Так, например, нагревательным элементом в электрическом утюге служит нихромовая лента, от которой нагревается нижняя часть утюга.

Короткое замыкание. Предохранители.

Электрические цепи всегда рассчитаны на определённую силу тока. Если по этой или иной причине сила тока в цепи становится больше допустимой, то провода могут значительно нагреться, а покрывающая их изоляция — воспламениться.

Причиной значительного увеличения силы тока в сети может быть или одновременное включение мощных потребителей тока, например электрических плиток, или короткое замыкание.

Коротким замыканием называют соединение концов участка цепи проводником, сопротивление которого очень мало по сравнению с сопротивлением участка цепи.

Короткое замыкание (рис. 89) может возникнуть, например, при ремонте проводки под током или при случайном соприкосновении с открытыми контактами.

Сопротивление цепи при коротком замыкании незначительно, поэтому в цепи возникает большая сила тока, провода при этом могут сильно накалиться и стать причиной пожара. Чтобы избежать этого, в сеть включают предохранители.

Назначение предохранителей — сразу отключить линию, если сила тока вдруг окажется больше допустимой нормы. Они защищают электроприборы от выхода из строя при перегрузках в электрической сети.

Предохранители устанавливают на входе электрических и радиоприборов и установок. Они обычно изготавливаются из медной проволоки, покрытой оловом. Если сила тока превысит допустимое значение, то проволока расплавится и цепь окажется разомкнутой.

Предохранители с плавящимся проводником называют плавкими предохранителями. Внешний вид такого предохранителя показан на рисунке 90.

Предохранители, применяемые в квартирной проводке, располагают на специальном щитке, устанавливаемом у самого ввода проводов в квартиру (рис. 91). В каждый из проводов последовательно включают отдельный предохранитель.

На рисунке 92 изображён предохранитель, действие которого основано не на плавлении, а на тепловом расширении тел при нагревании.

При возникновении неисправности в цепи это устройство отключается автоматически.

Домашнее задание:
I. Учить §§ 55 – 56.
II. Ответить на вопросы:
1. Пользуясь рисунком 87, расскажите, как устроена современная лампа накаливания.
2. Зачем баллоны современных ламп накаливания наполняют инертным газом?
3. Приведите примеры использования тепловых действий тока.
4. Какими свойствами должен обладать металл, из которого изготовляют спирали или ленты нагревательного элемента?

5. Что может случиться с проводом, если сила тока превысит допустимую норму?
6. Что может служить причиной значительного увеличения силы тока в сети?
7. В чём причина короткого замыкания?
8. Чем объяснить, что при коротком замыкании сила тока в цепи может достигнуть огромного значения?
9. Для какой цели служат предохранители, включаемые в сеть?
10. Как устроен плавкий предохранитель?
III. Выполнить задание на стр. 159 (по возможности)
1. Подготовьте доклад на одну из тем (по выбору).
2. История развития электрического освещения.
3. Использование теплового действия электрического тока в устройстве теплиц и инкубаторов.