Évaluation des éléments structurels et des caractéristiques techniques des lampes à incandescence

  • L'affichage

Parmi les sources d'éclairage artificielles, les ampoules à incandescence sont les plus massives. Partout où il y a un courant électrique, il est possible de détecter la transformation de son énergie en énergie lumineuse et les lampes à incandescence sont presque toujours utilisées pour cela. Nous comprendrons comment et ce qu’ils luisent et ce qu’ils sont.

Le principe de fonctionnement et les caractéristiques de conception

  1. La chaleur du corps

Le principe général de la lampe à incandescence est un fort échauffement du corps du filament avec un flux de particules chargées. Pour émettre un spectre visible à l'œil humain, la température d'un objet lumineux doit atteindre 570 ° C, la soi-disant. rayonnement rouge, et pour un éclairage confortable de la zone environnante à dépasser cette valeur de 4-5 fois.

Le point de fusion le plus élevé parmi les métaux appartient au tungstène (3410 ° C), c'est pourquoi le fil de tungstène enroulé en spirale est utilisé comme corps de filament pour réduire le volume occupé tout en maintenant la surface du rayonnement.

La température de la spirale dans la lampe à incandescence en mode allumé est comprise entre 2000 et 2800 ° C, ce qui correspond à une température de couleur de 2200 à 3000 K ou à un spectre jaunâtre chaud. Bien qu’elle soit plus faible que le jour, dont la température de couleur est d’environ 5700K, mais la nuit, et c’est la période principale de fonctionnement des lampes à incandescence, la lumière jaune est préférable pour les humains.

Pour éviter l'oxydation du tungstène, le corps du filament est placé dans un récipient en verre scellé rempli d'un gaz inerte. En règle générale, il s'agit d'argon, parfois d'azote ou de krypton. Avec un chauffage constant, le tungstène s'évapore avec le temps et les gaz inertes créent une pression pour empêcher cela et augmenter la durée de vie de la lampe.

Un autre mode de réalisation de diverses solutions de conception consiste à utiliser des bandes de LED. Comment installer ce type d'éclairage avec vos propres mains, racontez un article intéressant.

Un support de corps en verre est installé dans le flacon en verre, auquel des électrodes sont connectées via une base scellée. Les crochets porteurs en contact direct avec une bobine de tungstène sont en molybdène.

  • Pied de lampe à incandescence

    La base est également un élément structurel inhérent à toutes les lampes à incandescence, à l'exception des lampes spécialisées pour l'automobile. En Russie et en Europe, les lampes à usage domestique ont une base à vis Edison standard en trois tailles standard: E14, E27 et E40. En Grande-Bretagne, les capuchons sans fil sont utilisés sur la baïonnette encliquetable, tandis qu'aux États-Unis et au Canada, le diamètre de la connexion filetée est différent: E12, E17, E26, E39.

    • B - Bispiral, remplissage d'argon
    • BK - Remplissage bipède, krypton
    • B - Vide
    • G - Rempli de gaz, d'argon
    • DS, DS - Lampes décoratives
    • PH - buts divers
    • A - Abazhur
    • B - Forme tordue
    • D - Forme décorative
    • E - avec base à vis
    • E27 - version de la base
    • Z - Miroir
    • ZK - La distribution lumineuse concentrée d'une lampe à miroir
    • ZSH - Large distribution de lumière
    • 215-230V - Échelle des tensions recommandées
    • 75 W - Consommation d'électricité

    Types de lampes à incandescence et leur fonction

    1. Ampoules à incandescence à usage général

    Selon leur objectif fonctionnel, les ampoules à incandescence les plus courantes (LON). Tous les LON produits en Russie doivent respecter les exigences de GOST 2239-79. Ils sont utilisés pour l'éclairage extérieur et intérieur, ainsi que pour l'éclairage décoratif, dans les réseaux domestiques et industriels avec une tension de 127 et 220 V et une fréquence de 50 Hz.

    Une caractéristique de LON de faible puissance (jusqu'à 25 W) est le filament de carbone utilisé comme corps du filament. Cette technologie obsolète a été utilisée dans les premières «ampoules d’Ilyich» et n’a été conservée qu’ici.

    Les ampoules à incandescence sont beaucoup plus puissantes que les autres types d’alimentation et sont conçues pour l’éclairage directionnel ou la fourniture de signaux lumineux sur de longues distances. Selon GOST, elles sont divisées en trois groupes: les lampes de projection de film (GOST 4019-74), pour les projecteurs à usage général (GOST 7874-76) et les lampes de phare (GOST 16301-80).

    Pour l’équipement des réseaux électriques de locaux d’habitation par des moyens de sécurité, il est nécessaire de choisir entre l’installation d’un dispositif à différentiel ou diphasique. Un article utile peut aider. Vous pouvez installer le difavtomat de plusieurs méthodes que vous pouvez lire ici.

    Le corps du filament dans les lampes des projecteurs est plus long et en même temps plus compact, afin d’améliorer la luminosité globale puis de focaliser le flux lumineux. La tâche de mise au point est résolue par des capuchons de mise au point spéciaux, fournis dans certains modèles, ou des lentilles optiques dans les conceptions des projecteurs et des balises.

    La puissance maximale des projecteurs produits en Russie aujourd'hui est de 10 kW.

  • Lampes à incandescence

    Les ampoules à incandescence de miroir se distinguent par un design spécial et une couche d'aluminium réfléchissante. La partie guide de lumière de l'ampoule est en verre dépoli, ce qui rend la lumière douce et adoucit les ombres contrastées des objets. Ces lampes sont signalées par des indices indiquant le type de flux lumineux: ЗК (distribution lumineuse concentrée), ЗС (distribution lumineuse moyenne) ou ЗШ (distribution lumineuse large).

    Ce groupe comprend également les lampes au néodyme, dont la différence consiste à ajouter de l’oxyde de néodyme à la formule de composition dans laquelle le ballon en verre est soufflé. De ce fait, une partie du spectre jaune est absorbée et la température de couleur se déplace vers la zone de lumière blanche plus brillante. Cela permet l'utilisation de lampes au néodyme dans l'éclairage intérieur pour une plus grande luminosité et la préservation des nuances à l'intérieur. La lettre «H» a été ajoutée à l’index des lampes au néodyme.

    Les caractéristiques des ampoules à incandescence halogènes prévoient la présence de composés de brome ou d’iode-halogène dans un ballon à gaz. Cette nuance du milieu dans lequel se trouve le corps incandescent permet aux molécules de tungstène évaporées de réagir avec le gaz tampon et de retomber sur la surface de l'hélice après la décomposition thermique du composé instable.

    En raison de ce cycle d’amortissement, les lampes halogènes peuvent supporter un échauffement plus important de la spirale, et émettent donc davantage de lumière blanche, déjà d’environ 3 000 K, et ont également une durée de vie accrue, d’une durée moyenne de 2000 heures.

  • Avant de déterminer le type de lampe à incandescence dont vous avez besoin, il est utile d’explorer les caractéristiques et l’étiquetage des types existants. Avec toute leur diversité, vous devez comprendre avec précision le but de la lampe à choisir, comment et où elle sera utilisée. L'incohérence des caractéristiques des tâches de la lampe pour laquelle elle est achetée peut entraîner non seulement des coûts inutiles, mais également des situations d'urgence pouvant aller jusqu'à l'endommagement de l'alimentation et des incendies.

    Comment inflammables sont les ampoules

    Ce sujet est assez vaste, je tiens donc à noter immédiatement que dans cet article, nous aborderons la question du risque d’incendie des lampes utilisées exclusivement dans la vie quotidienne.

    Risque d'incendie des ampoules

    Pendant le fonctionnement, les supports de lampe du produit peuvent provoquer un incendie dû à un court-circuit à l'intérieur de la cartouche, à des courants de surcharge, à une grande résistance de contact dans les pièces de contact.

    Des courts-circuits peuvent provoquer la fermeture des douilles de lampe entre la phase et zéro. Dans ce cas, la cause de l'incendie est un arc électrique qui accompagne les courts-circuits, ainsi qu'une surchauffe des pièces de contact en raison de l'effet thermique des courants de court-circuit.

    Une surcharge en munitions est possible lors du raccordement d’ampoules d’une puissance supérieure à la valeur nominale pour cette cartouche. En général, l’allumage lors de surcharges est également associé à une chute de tension accrue dans les contacts.

    L'augmentation de la chute de tension dans les contacts augmente avec l'augmentation de la résistance de contact et du courant de charge. Plus la chute de tension dans les contacts est importante, plus leur réchauffement est important et plus le risque d'inflammation de matière plastique ou de fils fixés sur les contacts est élevé.

    Dans certains cas, il est également possible que l’isolation des fils et des cordons d’alimentation s’enflamme en raison de l’usure des fils conducteurs et du vieillissement de l’isolation.

    Tout ce qui est décrit ici s’applique également aux autres accessoires de câblage (prises, interrupteurs). Les produits de câblage dont l'assemblage est de mauvaise qualité ou présentent certains défauts de conception, tels que l'absence de mécanismes de déconnexion instantanée des contacts des interrupteurs bon marché, etc., sont particulièrement dangereux en cas d'incendie.

    Mais revenons à la question du risque d’incendie des sources de lumière.

    La principale cause d'incendies de lampes électriques est l'inflammation de matériaux et de structures provenant de la chaleur des lampes dans un dissipateur thermique limité. Cela peut être dû à l'installation de la lampe directement sur des matériaux et structures combustibles, à la fermeture de lampes avec des matériaux combustibles, ainsi qu'à des défauts de conception des luminaires ou à une position incorrecte du luminaire sans évacuer la chaleur requise par la documentation technique du luminaire.

    Risque d'incendie des ampoules à incandescence

    Dans les lampes à incandescence, l’énergie électrique est convertie en lumière et en chaleur, l’énergie thermique constituant une part importante de l’énergie totale; les ampoules à incandescence se réchauffent donc très bien et ont des effets thermiques importants sur les objets et les matériaux entourant la lampe.

    Le chauffage lorsque la lampe est allumée est réparti de manière inégale sur sa surface. Ainsi, pour une lampe à gaz de 200 W, la température de la paroi de l'ampoule sur toute sa hauteur avec une suspension verticale lors des mesures était de: 82 ° C à la base, 165 ° C au milieu de la hauteur du ballon et 85 ° C au fond du ballon

    La présence d'un intervalle d'air entre la lampe et tout objet réduit considérablement son échauffement. Si la température de l'ampoule à son extrémité est égale pour une lampe à incandescence de 100 W à 80 ° C, la température à une distance de 2 cm de l'extrémité du ballon était déjà de 35 ° C, à une distance de 10 cm à 22 ° C et à une distance de 20 cm à 20 o C.

    Si une ampoule d'une lampe à incandescence entre en contact avec des corps à faible conductivité thermique (tissu, papier, bois, etc.) dans la zone tactile en raison d'une détérioration de la dissipation de chaleur, une surchauffe grave est possible. Ainsi, par exemple, j'ai une ampoule à incandescence de 100 watts emballée dans une étoffe de coton, 1 minute après l'allumage en position horizontale, chauffée à 79 ° C, après deux minutes - jusqu'à 103 ° C, et après 5 minutes - jusqu'à 340 ° C, après quoi elle a commencé couve (et cela peut provoquer un incendie).

    Les mesures de température ont été effectuées à l'aide d'un thermocouple.

    Je donnerai quelques chiffres supplémentaires obtenus à la suite de mesures. Peut-être que quelqu'un leur semble utile.

    Ainsi, la température d'une ampoule à incandescence d'une puissance de 40 W (une des puissances les plus courantes dans les luminaires domestiques) est de 10 minutes après l'allumage de la lampe à 113 degrés et 30 minutes plus tard. - 147 o C.

    La lampe d'une puissance de 75 W en 15 minutes a déjà chauffé jusqu'à 250 degrés. Cependant, plus tard, la température de l'ampoule est stabilisée et ne change pratiquement pas (au bout de 30 minutes, elle était à peu près la même, à 250 degrés).

    L'ampoule à incandescence d'une puissance de 25 W est chauffée à 100 degrés.

    Les températures les plus graves sont enregistrées sur l'ampoule photo d'une ampoule de 275 watts. Dans les 2 minutes qui ont suivi l'allumage, la température a atteint 485 degrés et, au bout de 12 minutes, 550 degrés.

    Lors de l'utilisation de lampes halogènes (par principe d'action, ce sont des parents proches des lampes à incandescence), la question de leur risque d'incendie est également, voire plus grave.

    Il est particulièrement important de prendre en compte la possibilité de générer de la chaleur dans de grandes tailles avec des lampes halogènes, si nécessaire, pour les utiliser sur des surfaces en bois, ce qui arrive d'ailleurs assez souvent. Dans ce cas, il est conseillé d’utiliser des lampes halogènes basse tension (12 V) de faible puissance. Ainsi, déjà avec une ampoule halogène de 20 W, les structures en pin commencent à se dessécher et les matériaux en aggloméré pour libérer du formaldéhyde. Les ampoules d'une puissance supérieure à 20 watts sont encore plus chaudes, ce qui entraîne une combustion spontanée.

    Une attention particulière doit être portée lors du choix de la conception des lampes pour lampes halogènes. Les lampes modernes de haute qualité s’isolent bien de la chaleur qui les entoure. La principale raison pour laquelle la lampe pouvait facilement perdre cette chaleur et le design de la lampe, en général, n’était pas un thermos pour la chaleur.

    Si nous abordons l'opinion généralement admise selon laquelle les lampes halogènes dotées de réflecteurs spéciaux (par exemple, les lampes dites dichroïques) n'émettent pratiquement pas de chaleur, il s'agit donc d'une idée fausse. Le réflecteur dichroïque agit comme un miroir pour la lumière visible, mais ne transmet pas la majeure partie du rayonnement infrarouge (thermique). Toute la chaleur revient à la lampe. Par conséquent, les lampes dichroïques chauffent moins l’objet éclairé (faisceau de lumière froide), mais en même temps, elles chauffent la lampe elle-même bien plus que les lampes halogènes ordinaires et les lampes à incandescence.

    Risque d'incendie des lampes fluorescentes

    En ce qui concerne les lampes fluorescentes modernes (par exemple, T5 et T2) et toutes les lampes fluorescentes à ballasts électroniques, je ne dispose d'aucune information sur leurs effets thermiques importants. Considérez les causes possibles des températures élevées dans les lampes fluorescentes équipées de ballasts électromagnétiques standard. Bien que de tels ballasts soient presque totalement interdits en Europe, ils sont encore très courants ici et il faudra beaucoup de temps avant qu'ils soient complètement remplacés par des ballasts électroniques.

    Du point de vue du processus physique de réception de la lumière, les lampes fluorescentes convertissent une plus grande partie de l’énergie électrique en rayonnement de lumière visible, plutôt qu’en lampes à incandescence. Toutefois, dans certaines conditions associées à des dysfonctionnements des lampes fluorescentes du matériel de puskoreguliruyusy (démarreur "collant", etc.), elles peuvent être chauffées fortement (dans certains cas, les lampes peuvent chauffer à 190 - 200 degrés et s'étouffer jusqu'à 120 °).

    Ces températures sur les lampes sont une conséquence de la fusion des électrodes. De plus, si les électrodes sont décalées plus près du verre de la lampe, le chauffage peut être encore plus important (le point de fusion des électrodes, en fonction de leur matériau, est de 1 450 à 3 300 o C). Quant à la température possible au papillon (100 - 120 ° C), elle est également dangereuse, car la température de ramollissement de la masse de coulée selon les normes est de 105 ° C.

    Les démarreurs représentent un certain risque d’incendie: ils contiennent à l’intérieur des matériaux facilement inflammables (condensateur en papier, joints en carton, etc.).

    Les règles de sécurité incendie exigent que la surchauffe maximale des surfaces de support des lampes ne dépasse pas 50 degrés.

    En général, le sujet abordé aujourd’hui est très intéressant et assez vaste. Nous y reviendrons donc à l’avenir.

    Température de l'ampoule à incandescence

    Lampe à incandescence - dispositif d'éclairage, source de lumière artificielle. La lumière est émise par une spirale en métal chauffée lorsqu'un courant électrique la traverse.

    Principe de fonctionnement

    La lampe à incandescence a pour effet de chauffer le conducteur (filament) lorsqu'un courant électrique la traverse. La température du filament de tungstène augmente fortement après la mise en marche du courant. Le fil émet un rayonnement électromagnétique conformément à la loi de Planck. La fonction de Planck a un maximum, dont la position sur l'échelle de longueur d'onde dépend de la température. Avec une élévation de température, ce maximum se déplace vers des longueurs d'onde plus courtes (loi de déplacement de Wien). Pour obtenir un rayonnement visible, il est nécessaire que la température soit de l'ordre de plusieurs milliers de degrés, idéalement de 6000 K (température de la surface du Soleil). Plus la température est basse, plus la proportion de lumière visible est petite et plus le rayonnement «rouge» apparaît.

    La lampe à incandescence convertit une partie de l'énergie électrique consommée en rayonnement, dont une partie s'échappe à la suite de processus de conduction thermique et de convection. Seule une petite partie du rayonnement se situe dans la région de la lumière visible, principalement à cause du rayonnement infrarouge. Pour augmenter l'efficacité de la lampe et obtenir le maximum de lumière «blanche», il est nécessaire d'élever la température du filament, elle-même limitée par les propriétés du matériau du filament - le point de fusion. La température idéale de 6000 K est inaccessible, car à cette température, tout matériau fond, s’effondre et cesse de conduire le courant électrique. Dans les lampes à incandescence modernes, on utilise des matériaux aux points de fusion maximaux - tungstène (3410 ° C) et, très rarement, en osmium (3045 ° C).

    À des températures pratiquement réalisables comprises entre 2300 et 2900 ° C, loin de la lumière blanche et ne reçoit pas la lumière du jour. Pour cette raison, les ampoules à incandescence émettent une lumière qui apparaît plus «jaune-rouge» que la lumière du jour. Pour caractériser la qualité de la lumière est utilisé ce qu'on appelle. température de couleur.

    Dans l'air ordinaire à de telles températures, le tungstène se transformerait instantanément en oxyde. Pour cette raison, le filament de tungstène est protégé par un ballon en verre rempli d'un gaz neutre (généralement de l'argon). Les premières ampoules ont été fabriquées avec des flacons sous vide. Cependant, sous vide à haute température, le tungstène s'évapore rapidement, amincissant le filament et noircissant le flacon en verre lorsqu'il est déposé sur celui-ci. Plus tard, les flacons ont été remplis de gaz chimiquement neutres. Les flacons à vide ne sont maintenant utilisés que pour les lampes à faible puissance.

    Construction

    La lampe à incandescence comprend une base, des conducteurs de contact, un filament, un fusible et une ampoule de verre, qui protège le filament de l’environnement.

    Le ballon

    Une ampoule en verre empêche le fil de brûler dans l'air ambiant. Les dimensions du ballon sont déterminées par la vitesse de dépôt du matériau du fil. Les grands bulbes nécessitent des flacons plus grands pour que le matériau déposé du filament soit réparti sur une plus grande surface et n’ait pas d’effet important sur la transparence.

    Gaz tampon

    Les flacons des premières lampes ont été aspirés. Les lampes modernes sont remplies de gaz tampon (à l'exception des lampes de faible puissance qui font encore le vide). Cela réduit le taux d'évaporation du matériau du filament. En même temps, en raison de la conductivité thermique, la perte de chaleur est réduite en choisissant un gaz avec les molécules les plus lourdes possibles. Les mélanges d’azote et d’argon sont un compromis accepté en termes de réduction des coûts. Les lampes plus chères contiennent du krypton ou du xénon (poids atomique: azote: 28,0134 g / mol; argon: 39,948 g / mol; krypton: 83,798 g / mol; xénon: 131,293 g / mol)

    Filament

    Le filament des premières ampoules était en charbon (point de sublimation à 3559 ° C). Dans les ampoules modernes, on utilise presque exclusivement des spirales en alliage osmium-tungstène. Le fil a souvent la forme d'une double hélice, afin de réduire la convection en réduisant la couche de Langmuir.

    Les lampes sont fabriquées pour différentes tensions de fonctionnement. Le courant est déterminé par la loi d'Ohm (I = U / R) et la puissance selon la formule P = U cdot I, ou P = U2 / R. Avec une puissance de 60 W et une tension de fonctionnement de 230 V, un courant de 0,26 A doit traverser l'ampoule, c'est-à-dire que la résistance du filament doit être de 882 Ohm. Les métaux ayant une faible résistivité, un fil long et mince est nécessaire pour obtenir cette résistance. L'épaisseur du fil dans les ampoules classiques est de 40 à 50 microns.

    Comme le filament est allumé à la température ambiante, sa résistance est bien inférieure à la résistance de travail. Par conséquent, lors de la mise sous tension, un courant très important circule (deux à trois fois le courant de fonctionnement). À mesure que le fil se réchauffe, sa résistance augmente et le courant diminue. Contrairement aux lampes modernes, les premières lampes à incandescence à filaments de carbone, lorsqu'elles étaient allumées, fonctionnaient dans le sens opposé: lorsqu'elles étaient chauffées, leur résistance diminuait et la luminescence augmentait lentement.

    Dans les feux clignotants en série avec le filament est intégré dans un interrupteur bimétallique. De ce fait, ces ampoules fonctionnent indépendamment en mode clignotant.

    Base

    La forme de la base avec le fil d’une lampe à incandescence a été proposée par Thomas Alva Edison. Les dimensions des bouchons sont normalisées.

    Fusible

    Le fusible (un morceau de fil fin) situé à la base de la lampe à incandescence est conçu pour empêcher l’apparition d’un arc électrique au moment où la lampe s’éteint. Pour les lampes à usage domestique avec une tension nominale de 220 V, ces fusibles sont généralement conçus pour un courant de 7 A.

    Efficacité et durabilité

    Presque toute l'énergie fournie à la lampe est convertie en rayonnement. Les pertes dues à la conductivité thermique et à la convection sont faibles. Pour l'œil humain, toutefois, seule une petite plage de longueurs d'onde de ce rayonnement est disponible. La majeure partie du rayonnement se situe dans la plage infrarouge invisible et est perçue comme de la chaleur. L'efficacité des lampes à incandescence à une température d'environ 3400 K a une valeur maximale de 15%. À des températures atteignant pratiquement 2700 K, l'efficacité est de 5%.

    Avec l'augmentation de la température, l'efficacité de la lampe à incandescence augmente, mais en même temps, sa durabilité est considérablement réduite. À une température de filament de 2 700 K, la durée de vie de la lampe est d'environ 1 000 heures, et de 3 400 K à quelques heures seulement. Avec une augmentation de tension de 20%, la luminosité double. Dans le même temps, la durée de vie est réduite de 95%.

    Réduire la tension d'un facteur deux (par exemple, s'il est connecté en série), bien que cela réduise l'efficacité, augmente la durée de vie de près de mille fois. Cet effet est souvent utilisé lorsqu'il est nécessaire d'assurer un éclairage de secours fiable sans exigences particulières en matière de luminosité, par exemple lors d'atterrissages.

    La durée de vie limitée de la lampe à incandescence est causée dans une moindre mesure par l'évaporation du matériau du filament au cours du fonctionnement et dans une plus grande mesure par les inhomogénéités du filament. L'évaporation inégale du matériau du fil entraîne l'apparition de zones amincies présentant une résistance électrique élevée, ce qui entraîne à son tour un réchauffement et une évaporation encore plus importants du matériau dans de tels endroits. Lorsque l'une de ces restrictions devient si mince que le matériau du filament à cet endroit fond ou s'évapore complètement, le courant est interrompu et la lampe tombe en panne.

    Lampes halogènes

    L'ajout de brome ou d'iode sans halogène au gaz tampon augmente la durée de vie de la lampe de 2 000 à 4 000 heures. Dans ce cas, la température de fonctionnement est d'environ 3000 K. L'efficacité des lampes à halogène atteint 28 lm / W.

    L'iode (avec l'oxygène résiduel) entre dans un composé chimique avec des atomes de tungstène évaporés. Ce processus est réversible - à des températures élevées, le composé se désintègre en ses composants. Les atomes de tungstène sont ainsi libérés soit sur l'hélice elle-même, soit à proximité de celle-ci.

    L'ajout d'halogènes empêche le dépôt de tungstène sur le verre, à condition que la température du verre soit supérieure à 250 ° C. En raison du manque de noircissement du ballon, les lampes halogènes peuvent être fabriquées sous une forme très compacte. Le faible volume du ballon permet, d'une part, d'utiliser plus de pression de travail (ce qui entraîne à nouveau une diminution du taux d'évaporation du fil) et, d'autre part, sans augmentation significative du coût, de remplir le ballon de gaz inertes lourds, ce qui entraîne une diminution des pertes d'énergie dues à la conductivité thermique. Tout cela prolonge la durée de vie des lampes halogènes et augmente leur efficacité.

    En raison de la température élevée de l'ampoule, toute contamination de la surface (par exemple, des empreintes digitales) brûle rapidement pendant le fonctionnement, ce qui la noircit. Ceci conduit à une augmentation locale de la température du ballon, ce qui peut provoquer sa destruction. De plus, en raison de la température élevée, les ballons sont en quartz.

    La nouvelle direction dans le développement des lampes est la soi-disant. Lampes halogènes IRC (IRC signifie «revêtement infrarouge»). Un revêtement spécial est appliqué sur les ampoules de ces lampes, ce qui laisse passer la lumière visible mais retient le rayonnement infrarouge (thermique) et le réfléchit dans la spirale. De ce fait, la perte de chaleur est réduite et l'efficacité de la lampe augmente. Selon la société OSRAM, la consommation d'énergie est réduite de 45% et la durée de vie est doublée (par rapport à une lampe halogène classique).

    Bien que les lampes halogènes IRC n'atteignent pas l'efficacité des lampes fluorescentes, leur avantage est qu'elles peuvent remplacer directement les lampes halogènes classiques.

    Température de couleur incandescente

    Assurez le confort et la convivialité dans la maison est impossible sans l'organisation d'un bon éclairage. À cette fin, les lampes à incandescence, qui peuvent être utilisées dans diverses conditions de réseau (36 volts, 220 et 380), sont le plus souvent utilisées de nos jours.

    Types et caractéristiques

    Une lampe à incandescence à usage général (LON) est un appareil moderne, une source de lumière artificielle visible peu efficace mais à la luminescence vive. Il a reçu son nom en raison de la présence dans le corps d'un corps brillant spécial en métaux réfractaires ou en filament de carbone. En fonction des paramètres de ce corps, la durée de vie du luminaire, son prix et d'autres caractéristiques sont déterminés.

    Photo - modèle avec un filament de tungstène

    Malgré des opinions divergentes, on pense que le scientifique anglais Delarue a été le premier à inventer la lampe, mais son principe de luminescence était loin des standards modernes. Après des recherches, divers physiciens ont été engagés. Par la suite, Goebel a présenté la première lampe à filament de carbone (en bambou) et, après que Lodygin a breveté le premier modèle de filament de carbone dans une fiole à vide.

    En fonction des éléments structurels et du type de gaz qui protège le filament, j'ai maintenant ces types de lampes:

    Les modèles à vide sont les plus simples et les plus familiers. A gagné leur popularité en raison de son faible coût, mais en même temps, leur durée de vie est la plus courte. Il est à noter que leur facilité de remplacement, ne peut pas être réparé. La conception a la forme suivante:

    Photo - design de lampe à vide

    Ici 1 est, respectivement, une fiole à vide; 2 - vide ou rempli de gaz spécial, capacité; 3 - fil; 4, 5 - contacts; 6 - attaches pour le filament; 7 - lampadaire; 8 - fusible; 9 - base; 10 - protection de la base en verre; 11 - contact au sol.

    Les lampes à argon GOST 2239-79 ont une luminosité très différente du vide, mais répètent presque complètement leur design. Ils ont une durée de vie plus longue que d'habitude. Cela est dû au fait que le filament de tungstène est protégé par un ballon d'argon neutre qui résiste aux températures élevées de combustion. En conséquence, la source de lumière est plus lumineuse et plus durable.

    Photo - argon LON

    Un modèle cryptographique peut être reconnu par une température de lumière très élevée. Il émet une lumière blanche et brillante, ce qui peut parfois causer des douleurs aux yeux. Le krypton, un gaz hautement inerte et de grande masse atomique, procure une grande luminosité. Son utilisation a considérablement réduit la fiole à vide, mais elle ne perd pas la luminosité de la source lumineuse.

    Les lampes à incandescence halogènes ont acquis une grande popularité en raison de leur travail économique. Une lampe moderne à économie d'énergie contribuera non seulement à réduire le coût de l'énergie électrique, mais également à l'achat de nouveaux modèles d'éclairage. La production d'un tel modèle est effectuée dans des usines spécialisées, ainsi que le recyclage. Nous proposons à titre de comparaison d'étudier la consommation d'énergie des analogues ci-dessus:

    1. Vide (classique, sans gaz ou avec argon): 50 ou 100 W;
    2. Halogène: 45 à 65 W;
    3. Xénon, halogène-xénon (combinés): 30 watts.

    En raison de leur petite taille, les projecteurs électriques au xénon et aux halogènes sont souvent utilisés comme phares de voiture. Ils ont une grande résistance et une excellente durabilité.

    La classification des lampes est faite non seulement sur la base du gaz de remplissage, mais également, en fonction du type de socle et de la fonction. Il y a de tels types:

    1. G4, GU4, GY4 et autres. Les modèles halogènes à incandescence sont des bouchons de cartouches distingués;
    2. E5, E14, E17, E26, E40 - les types les plus courants de socles. Selon leur nombre, ils peuvent être étroits et larges, classés par ordre croissant. Les premiers lustres ont été fabriqués uniquement pour ces pièces de contact;
    3. Les fabricants G13, G24 utilisent ces symboles pour les projecteurs fluorescents.
    Photos - formes de lampes et types de bouchons

    Forces et faiblesses

    La comparaison de certains types de lampes à incandescence vous permettra de choisir l’option la mieux adaptée, en fonction du type de puissance et de rendement lumineux requis. Mais tous ces types de lampes présentent des avantages et des inconvénients communs:

    Avantages:

    1. Prix ​​raisonnable. Le coût de nombreuses lampes est inférieur à 2 ans. e.
    2. Rapide sur et en dehors. C'est le paramètre le plus important par rapport aux lampes à économie d'énergie à longue inclusion;
    3. Petite taille;
    4. Remplacement facile;
    5. Une large gamme de modèles. Maintenant, il y a des lampes décoratives (bougie, retro curl et autres), classique, mat, miroir et autres.

    Inconvénients:

    1. Forte consommation d'énergie;
    2. Effet négatif sur les yeux. Dans la plupart des cas, la surface mate ou miroir de l'ampoule à incandescence aidera;
    3. Faible protection contre les chutes de tension. Pour que le niveau de protection souhaité soit utilisé pour la lampe à incandescence, celle-ci est sélectionnée en fonction du type;
    4. Courte période opérationnelle;
    5. Très faible efficacité. La majeure partie de l'énergie électrique est dépensée non pas pour l'éclairage, mais pour chauffer l'ampoule.

    Paramètres

    Les caractéristiques techniques de tout modèle incluent nécessairement: le flux lumineux d'une lampe à incandescence, la couleur de luminescence (ou température de couleur), la puissance et la durée de vie. Comparez les types énumérés:

    Lampe à incandescence

    Une ampoule à incandescence est une source de lumière électrique dans laquelle un corps de filament (conducteur réfractaire) placé dans un récipient transparent sous vide ou rempli d'un gaz inerte se réchauffe à une température élevée en raison du flux de courant électrique le traversant, entraînant lumière visible. Actuellement, on utilise principalement un hélice en alliage à base de tungstène en tant que corps de filament.

    Le contenu

    Principe de fonctionnement

    La lampe utilise l'effet de chauffer le conducteur (corps incandescent) lorsqu'un courant électrique le traverse (effet thermique du courant). La température corporelle du filament augmente fortement après avoir mis le courant. Le corps du filament émet un rayonnement thermique électromagnétique conformément à la loi de Planck. La fonction de Planck a un maximum, dont la position sur l'échelle de longueur d'onde dépend de la température. Avec une élévation de température, ce maximum se déplace vers des longueurs d'onde plus courtes (loi de déplacement de Wien). Pour obtenir un rayonnement visible, il est nécessaire que la température soit de l'ordre de plusieurs milliers de degrés. À une température de 5770 K (la température de la surface du soleil), la lumière correspond au spectre du soleil. Plus la température est basse, plus la fraction de lumière visible est petite et plus le rayonnement rouge apparaît.

    La lampe à incandescence convertit une partie de l'énergie électrique consommée en rayonnement, dont une partie s'échappe à la suite de processus de conduction thermique et de convection. Seule une petite partie du rayonnement se situe dans la région de la lumière visible, principalement à cause du rayonnement infrarouge. Pour augmenter l'efficacité de la lampe et obtenir le maximum de lumière «blanche», il est nécessaire d'élever la température du filament, elle-même limitée par les propriétés du matériau du filament - le point de fusion. La température à 5771 K est inaccessible, car à cette température tout matériau connu fond, s’effondre et cesse de conduire le courant électrique. Dans les lampes à incandescence modernes, on utilise des matériaux aux points de fusion maximaux - tungstène (3410 ° C) et, très rarement, en osmium (3045 ° C).

    La température de couleur est utilisée pour évaluer cette qualité de lumière. À des températures comprises entre 2200 et 3000 K, typiques des lampes à incandescence, une lumière jaunâtre est émise, différente de la lumière du jour. En soirée, le réchauffement ([1]) est important pour la régulation des cycles quotidiens du corps et la violation de sa synthèse a un impact négatif sur la santé.

    Dans l'air ordinaire à de telles températures, le tungstène se transformerait instantanément en oxyde. Pour cette raison, le corps chauffant est placé dans un ballon d'où l'air est pompé lors de la fabrication de la lampe. Les premiers ont été faits sous vide; actuellement, seules les lampes à faible puissance (pour les lampes d'usage général - jusqu'à 25 W) sont fabriquées dans une fiole à vide. Les flacons de lampes plus puissantes sont remplis de gaz inerte (azote, argon ou krypton). La pression accrue dans le ballon des lampes à gaz réduit considérablement le taux d'évaporation du tungstène, ce qui non seulement augmente la durée de vie de la lampe, mais permet également d'augmenter la température du corps incandescent, ce qui permet d'augmenter l'efficacité et de rapprocher le spectre d'émission du blanc. Le ballon d'une lampe à gaz ne s'assombrit pas aussi rapidement en raison du dépôt du matériau du corps du filament, comme dans un tube à vide.

    Construction

    Les conceptions des ampoules à incandescence sont très diverses et dépendent de la destination. Cependant, les fils de corps de chaleur, d'ampoule et de courant sont communs. Selon le type de lampe utilisé, des supports à incandescence de différents modèles peuvent être utilisés; les lampes peuvent être fabriquées sans base ou avec différents types de socles, avoir un ballon externe supplémentaire et d'autres éléments structurels supplémentaires.

    La conception des lampes à usage général fournit un fusible - un maillon en alliage ferronickel soudé dans l’espace de l’un des conducteurs de courant et situé à l’extérieur de l’ampoule - généralement dans la jambe. Fusible à usage spécifique - pour empêcher la destruction de l'ampoule lorsque le filament se brise au cours du processus. Le fait est que dans ce cas, un arc électrique apparaît dans la zone de rupture, ce qui fait fondre les restes du fil, les gouttes de métal en fusion peuvent détruire le verre du ballon et provoquer un incendie. Le fusible est conçu de manière à s'effondrer sous l’influence d’un courant d’arc excédant sensiblement le courant nominal de la lampe. Le lien ferronickel est situé dans la cavité, où la pression est atmosphérique et donc l’arc s’éteint facilement. En raison de leur faible rendement, ils ont maintenant été abandonnés.

    Le ballon

    Le ballon protège la chaleur corporelle de l'exposition aux gaz atmosphériques. Les dimensions du ballon sont déterminées par la vitesse de dépôt du matériau du corps du filament.

    Environnement gazier

    Les flacons des premières lampes ont été aspirés. La plupart des lampes modernes sont remplies de gaz chimiquement inertes (à l'exception des lampes de faible puissance, qui sont encore sous vide). Les pertes de chaleur résultant de la conduction thermique sont réduites en choisissant un gaz ayant une masse molaire importante. Mélanges d'azote N2 avec l'argon Ar sont les plus courantes en raison de leur faible coût, elles utilisent également de l'argon pur et séché, moins souvent - krypton Kr ou xénon Xe (masses molaires: N2 - 28,0134 g / mol; Ar: 39,948 g / mol; Kr - 83,798 g / mol; Xe - 131,293 g / mol).

    Un groupe spécial comprend les ampoules à incandescence halogènes. Leur principale caractéristique est l'introduction d'halogènes ou de leurs composés dans la cavité du ballon. Dans une telle lampe, le métal évaporé de la surface du corps pénètre dans le composé avec des halogènes, puis retourne à la surface du filament en raison de la décomposition en température du composé résultant. Ces lampes ont une température de bobine supérieure, une efficacité et une durée de vie supérieures, une taille de lampe réduite et d'autres avantages.

    La chaleur du corps

    Les formes des corps luminescents sont très diverses et dépendent du but fonctionnel des lampes. Le plus courant est un fil de section circulaire, mais les corps de ruban de la chaleur (à partir de rubans métalliques) sont également utilisés. Par conséquent, l'utilisation de l'expression «filament» n'est pas souhaitable - le terme «corps de chaleur» inclus dans le dictionnaire d'éclairage international est plus correct.

    Le corps du filament des premières lampes était en charbon (la température de sublimation est de 3559 ° C). Dans les lampes modernes, on utilise presque exclusivement des spirales en tungstène, parfois en alliage osmium-tungstène. Pour réduire la taille de la chaleur corporelle, on lui donne généralement la forme d'une hélice. Parfois, l'hélice est soumise à une spiralisation répétée ou même tertiaire, pour obtenir respectivement une hélice ou une trispirale. Le rendement de telles lampes est plus élevé en raison de la réduction des pertes de chaleur dues à la convection (l’épaisseur de la couche de Langmuir diminue).

    Paramètres électriques

    Les lampes sont fabriquées pour différentes tensions de fonctionnement. La force du courant est déterminée par la loi d'Ohm (I = U / R) et la puissance selon la formule P = U.I ou P = U² / R. Les métaux ayant une faible résistivité, un fil long et mince est nécessaire pour obtenir cette résistance. L'épaisseur du fil dans les lampes conventionnelles est de 40 à 50 microns.

    Étant donné que le filament est activé à la température ambiante, sa résistance est d'un ordre de grandeur inférieur à la résistance de travail. Par conséquent, lors de la mise sous tension, un courant très important circule (dix à quatorze fois le courant de fonctionnement). À mesure que le fil se réchauffe, sa résistance augmente et le courant diminue. Contrairement aux lampes modernes, les premières lampes à incandescence à filaments de carbone, lorsqu'elles étaient allumées, fonctionnaient dans le sens opposé: lorsqu'elles étaient chauffées, leur résistance diminuait et la luminescence augmentait lentement. La caractéristique croissante de la résistance du filament (avec l'augmentation de la résistance du courant) permet l'utilisation d'une lampe à incandescence comme stabilisateur de courant primitif. Dans ce cas, la lampe est allumée successivement dans le circuit stabilisé et la valeur du courant moyen est choisie de manière à ce que la lampe fonctionne pleinement.

    Dans les lampes à éclat, un commutateur bimétallique est construit en série avec le filament. De ce fait, ces lampes fonctionnent indépendamment en mode scintillement.

    Base

    La forme de la base avec le fil d'une lampe à incandescence a été proposée par Joseph Wilson Swan. Les tailles de socles sont standardisées. Pour les lampes à usage domestique, les plaques de base Edison E14 (minion), E27 et E40 sont les plus courantes (le chiffre se réfère au diamètre extérieur en mm). Il existe également des capuchons sans fil (la lampe est maintenue dans le support par des copeaux à frottement ou non filetés - par exemple, une baïonnette) - le standard domestique britannique, ainsi que des lampes sans fondement, souvent utilisées dans les automobiles.

    Aux États-Unis et au Canada, d’autres bases sont utilisées (cela est dû en partie à une tension différente dans les réseaux - 110 V, donc d’autres tailles de capuchons empêchent le vissage accidentel des lampes européennes conçues pour des tensions différentes): E12 (candélabre), E17 (intermédiaire), E26 (standard ou moyenne) ), E39 (nabab) [2]. En outre, comme en Europe, il existe des bases sans fil.

    Nomenclature

    Selon leur fonction et leur design, les lampes à incandescence sont divisées en:

    • lampes d'usage général (le terme «lampes d'éclairage normal» a été utilisé jusqu'au milieu des années 1970). Le plus grand groupe d'ampoules à incandescence conçu pour l'éclairage général, local et décoratif. Depuis 2008, en raison de l'adoption de mesures législatives par un certain nombre d'États visant à réduire la production et à limiter l'utilisation de lampes à incandescence à des fins d'économie d'énergie, leur production a commencé à diminuer.
    • lampes décoratives produites dans des flacons en forme. Les plus massifs sont des flacons en forme de bougie d'un diamètre d'env. 35 mm et sphérique d'un diamètre d'environ 45 mm;
    • lampes d'éclairage local, de structure similaire aux lampes d'usage général, mais conçues pour une tension de fonctionnement basse (de sécurité) - 12, 24 ou 36 (42) V. Champ d'application - lampes portatives, ainsi que lampes d'éclairage local dans des locaux industriels (sur des machines), établis, etc., où il est possible lampe de combat accidentelle);
    • Lampes d'éclairage produites dans des flacons colorés. Rendez-vous - installations d'éclairage de différents types. En règle générale, les lampes de ce type ont une faible puissance (10-25 W). Les flacons sont généralement teints en déposant une couche de pigment inorganique sur leur surface interne. Plus rarement, on utilise des lampes à flacons, des laques colorées (tsaponlak colorées) peintes à l'extérieur, qui ont pour inconvénient la décoloration rapide du pigment et la perte du film de vernis sous l'effet des effets mécaniques;
    • Les ampoules à incandescence de type miroir ont un flacon de forme spéciale dont une partie est recouverte d’une couche réfléchissante (mince film d’aluminium thermiquement dispersé). La mise en miroir a pour objet la redistribution spatiale du flux lumineux de la lampe afin de l'utiliser au mieux dans un angle solide donné. Le miroir LN a pour objectif principal d’éclairer localement;
    • Les feux de signalisation sont utilisés dans divers dispositifs de signalisation lumineuse (moyens d'affichage visuel d'informations). Ce sont des lampes de faible puissance, conçues pour une longue durée de vie. Aujourd'hui, ils sont supplantés par les LED.
    • lampes de transport - un groupe de lampes extrêmement large conçu pour fonctionner sur divers véhicules (voitures, motos et tracteurs, avions et hélicoptères, locomotives et voitures de chemin de fer et de métro, navires fluviaux et maritimes). Caractéristiques: résistance mécanique élevée, résistance aux vibrations, utilisation de bouchons spéciaux vous permettant de remplacer rapidement la lampe dans des conditions exigües et en même temps, évitant la perte spontanée de lampes des cartouches. Conçu pour être alimenté par le réseau électrique embarqué (6-220 V);
    • Les projecteurs ont généralement plus de puissance (jusqu'à 10 kW, des lampes jusqu'à 50 kW produites auparavant) et un rendement lumineux élevé. Utilisé dans les dispositifs d'éclairage à des fins diverses (éclairage et signalisation lumineuse). La spirale à filament d'une telle lampe est généralement posée en raison de sa conception spéciale et la suspension dans le ballon est plus compacte pour une meilleure focalisation;
    • lampes pour dispositifs optiques, qui sont produites en série avant la fin du 20e siècle. lampes pour la technologie de projection de film, ont spirales disposées de manière compacte, beaucoup sont placés dans des flacons de forme spéciale. Utilisé dans divers appareils (appareils de mesure, équipements médicaux, etc.);

    Lampes spéciales

    • commutez les lampes - une sorte de lampes de signalisation. Ils ont servi d'indicateurs sur les tableaux de distribution. Ce sont de longues lampes miniatures étroites avec des contacts lisses et parallèles, ce qui facilite leur remplacement. Les variantes suivantes ont été produites: KM 6-50, KM 12-90, KM 24-35, KM 24-90, KM 48-50, KM 60-50, où le premier chiffre indique la tension de fonctionnement en volts, le second - le courant en milliampères;
    • Photolamp, lampe de recul - sorte de lampe à incandescence, conçue pour fonctionner dans un mode tension forcée strictement normalisé. Comparé aux systèmes conventionnels, il offre un retour de lumière accru (jusqu'à 30 lm / W), une durée de vie courte (4-8 heures) et une température de couleur élevée (3300 à 3400K, contre 2700K). En URSS, des lampes photographiques de 300 et 500 watts ont été produites. En règle générale, avoir une fiole givrée. De nos jours (XXIe siècle) sont pratiquement hors d’usage, en raison de l’apparition d’appareils plus durables, au rendement comparable et supérieur. Dans les laboratoires photographiques, ces lampes étaient généralement alimentées selon deux modes:
      • Éclairage pilote - réduction de la tension de 20-30% avec LATR. Dans ce cas, la lampe fonctionne avec un tirage inférieur et a une température de couleur basse.
      • Tension nominale. [3]
    • Lampes de projection - pour projecteurs de dia et de film. Ils ont augmenté la luminosité (et, en conséquence, la température du fil et la durée de vie réduite); habituellement, le fil est placé de sorte que la région lumineuse forme un rectangle.
    • Lampes à double fil pour phares de voiture. Un fil pour le faisceau principal, l'autre pour le plongé. De plus, ces lampes contiennent un écran qui coupe les rayons en mode de faisceau de croisement qui pourrait éblouir les conducteurs venant en sens inverse.
    • Lampe à incandescence à champ faible, lampe à incandescence à filament fin - a été utilisée dans les systèmes d’enregistrement optique du son en modulant la luminosité de la source et dans certains modèles expérimentaux de phototélégraphe. En raison de la faible épaisseur et du faible poids du filament, l’alimentation d’une telle lampe par une tension modulée par un signal de la gamme de fréquences sonores (jusqu’à environ 5 kHz) a entraîné une modification de la luminosité en fonction de la tension instantanée du signal. [4] Depuis le début du 21ème siècle, ils n'ont pas été utilisés en raison de la présence d'émetteurs de lumière à l'état solide beaucoup plus durables et de beaucoup moins d'émetteurs d'inertie d'autres types.
    • Les lampes chauffantes constituent la principale source de chaleur dans les unités de fusion des imprimantes laser et des copieurs. Une lampe cylindrique est montée de manière fixe à l’intérieur d’un arbre métallique rotatif sur lequel le papier sur lequel du toner est appliqué est pressé. En raison de la chaleur transférée de la tige, le toner est fondu et pressé dans la structure en papier.

    Histoire de l'invention

    • En 1809, l'anglais Delarue construit la première lampe à incandescence (avec une bobine de platine) [5].
    • En 1838, le Belge Zhobar invente une lampe à incandescence à charbon.
    • En 1854, l'Allemand Heinrich Goebel développa la première lampe «moderne»: un fil de bambou carbonisé dans un vaisseau évacué. Au cours des 5 prochaines années, il a développé ce que beaucoup appellent la première lampe pratique. [6] [7]
    • En 1860, le chimiste et physicien anglais Joseph Wilson Swan montrait les premiers résultats et recevait un brevet, mais des difficultés pour obtenir un vide conduisaient au fait que la lampe de Swan ne fonctionnait pas longtemps et de manière inefficace.
    • Le 11 juillet 1874, l'ingénieur russe Alexander Nikolaevich Lodygin reçoit un brevet portant le numéro 1619 pour une lampe à incandescence. En guise de filament, il a utilisé une tige de carbone placée dans un vaisseau sous vide.
    • En 1875, le. F. Didrihson a perfectionné la lampe de Lodygin en pompant de l'air et en appliquant plusieurs poils dans la lampe (si l'un d'entre eux s'éteint, le suivant s'allume automatiquement).
    • L'inventeur anglais Joseph Wilson Swan reçut en 1878 un brevet britannique pour une lampe en fibre de carbone. Dans ses lampes, la fibre était dans une atmosphère d'oxygène raréfié, ce qui permettait d'obtenir une lumière très vive.
    • Dans la seconde moitié des années 1870, l'inventeur américain Thomas Edison mena des recherches dans lesquelles il essayait divers métaux en tant que fils. En 1879, il fait breveter une lampe à filament de platine. En 1880, il revint à la fibre de carbone et créa une lampe d'une durée de vie de 40 heures. Au même moment, Edison a inventé le commutateur rotatif domestique. Malgré une durée de vie aussi courte, ses lampes remplacent l'éclairage à gaz utilisé jusque-là.
    • Dans les années 1890 N. Lodygin invente plusieurs types de lampes à filaments de métaux réfractaires [8]. Lodygin a proposé d'utiliser les filaments de tungstène dans les lampes (celles-ci sont utilisées dans toutes les lampes modernes) et le molybdène, ainsi que de les tordre sous la forme d'une spirale. Il tenta pour la première fois de pomper de l'air dans les lampes, ce qui sauva le fil de l'oxydation et augmenta sa durée de vie plusieurs fois [9]. La première lampe commerciale américaine à bobine de tungstène a ensuite été produite conformément au brevet de Lodygin. Il fabriqua également des lampes à gaz (avec filament de carbone et remplissage à l'azote) [10].
    • Depuis la fin des années 1890, des lampes à incandescence à base d'oxyde de magnésium, de thorium, de zirconium et d'yttrium (lampe de Nernst) ou d'un fil en osmium métallique (lampe Auer) et de tantale (lampe Bolton et Feyerlein) [11]
    • En 1904, Sandor Yust et Franjo Hanaman obtiennent un brevet portant le numéro 34541 pour une utilisation dans les lampes à filament de tungstène. En Hongrie, les premières lampes de ce type ont été produites sur le marché par l’entreprise hongroise Tungsram en 1905. [12]
    • En 1906, Lodygin vend un brevet pour le filament de tungstène de General Electric. La même année de 1906 aux États-Unis, il construit et lance une usine de production électrochimique de tungstène, de chrome et de titane. En raison du coût élevé du tungstène, le brevet n'a qu'une application limitée.
    • En 1910, William David Coolidge invente une méthode améliorée de production de filament de tungstène. Par la suite, le filament de tungstène déplace tous les autres types de filaments.
    • Le problème persistant de l’évaporation rapide du filament dans le vide a été résolu par un scientifique américain, spécialiste bien connu de la technologie du vide, Irving Langmuir, qui, travaillant chez General Electric depuis 1909, introduisait dans la production le remplissage des ampoules avec des gaz inertes, plus précisément des gaz rares. particulier - argon), ce qui a considérablement augmenté la durée de leur travail et augmenté le rendement lumineux. [13]

    Efficacité et durabilité

    Presque toute l'énergie fournie à la lampe est convertie en rayonnement. Les pertes dues à la conductivité thermique et à la convection sont faibles. Pour l'œil humain, toutefois, seule une petite plage de longueurs d'onde de ce rayonnement est disponible. La majeure partie du rayonnement se situe dans la plage infrarouge invisible et est perçue comme de la chaleur. L'efficacité des lampes à incandescence à une température d'environ 3400 K a une valeur maximale de 15%. Aux températures atteignant pratiquement 2700 K (lampe ordinaire de 60 W), le rendement est de 5%.

    Avec l'augmentation de la température, l'efficacité de la lampe à incandescence augmente, mais en même temps, sa durabilité est considérablement réduite. À une température de filament de 2 700 K, la durée de vie de la lampe est d'environ 1 000 heures, et de 3 400 K à quelques heures seulement. Comme le montre la figure de droite, lorsque la tension augmente de 20%, la luminosité double. Dans le même temps, la durée de vie est réduite de 95%.

    Réduire la tension d'alimentation tout en réduisant l'efficacité, mais en augmentant la durabilité. Ainsi, réduire la tension d'un facteur deux (par exemple lors d'une mise sous tension en série) réduit l'efficacité d'environ 4 à 5 fois, mais augmente la durée de vie de près de mille fois. Cet effet est souvent utilisé lorsqu'il est nécessaire de fournir un éclairage de secours fiable sans exigences particulières en matière de luminosité, par exemple dans les escaliers. Souvent, pour cela, lorsqu'elle est alimentée en courant alternatif, la lampe est connectée en série avec une diode, de sorte que le courant ne pénètre dans la lampe que pendant la moitié de la période.

    Le coût de l’électricité consommée par la lampe à incandescence étant des dizaines de fois supérieur au coût de la lampe elle-même, il existe une tension optimale à laquelle le coût du flux lumineux est minimal. La tension optimale étant légèrement supérieure à la tension nominale, les solutions pour augmenter la durabilité en abaissant la tension d'alimentation d'un point de vue économique ne sont absolument pas rentables.

    La durée de vie limitée de la lampe à incandescence est causée dans une moindre mesure par l'évaporation du matériau du filament au cours du fonctionnement et dans une plus grande mesure par les inhomogénéités du filament. L'évaporation inégale du matériau du fil entraîne l'apparition de zones amincies présentant une résistance électrique élevée, ce qui entraîne à son tour un réchauffement et une évaporation encore plus importants du matériau dans de tels endroits. Lorsque l'une de ces restrictions devient si mince que le matériau du filament à cet endroit fond ou s'évapore complètement, le courant est interrompu et la lampe tombe en panne.

    L'usure la plus importante du filament se produit lorsque la lampe est alimentée brusquement. Il est donc possible d'augmenter considérablement sa durée de vie en utilisant divers types de dispositifs de démarrage progressif.

    Le filament de tungstène a une résistivité à froid qui n'est que 2 fois supérieure à la résistance de l'aluminium. Lorsque la lampe s’éteint, il est fréquent que des câbles en cuivre reliant les contacts de la base aux supports d’hélice soient brûlés. Ainsi, une lampe conventionnelle de 60 watts consomme plus de 700 watts au moment de sa mise en marche et une lampe de 100 watts consomme plus d'un kilowatt. Au fur et à mesure que l'hélice se réchauffe, sa résistance augmente et sa puissance revient à une valeur nominale.

    Pour lisser la puissance de crête, des thermistances à forte résistance à la chute peuvent être utilisées lorsqu’il se réchauffe, ballast réactif sous forme de capacité ou d’inductance, gradateurs (automatique ou manuel). La tension de la lampe augmente au fur et à mesure que l'hélice se réchauffe et peut être utilisée pour shunter le ballast automatiquement. Sans déconnecter le ballast, la lampe peut perdre de 5 à 20% de sa puissance, ce qui peut également être bénéfique pour augmenter la ressource.

    Les lampes à incandescence basse tension de même puissance ont une plus grande quantité de ressources et de lumière en raison de la plus grande section du corps à incandescence. Par conséquent, dans les luminaires à lampes multiples (lustres), il est recommandé d’utiliser une commutation séquentielle des lampes pour une tension inférieure au lieu d’une mise en marche parallèle des lampes pour une tension secteur. [14] Par exemple, au lieu de six lampes 220V 60W connectées en parallèle, utilisez six lampes 36V 60W en série, c’est-à-dire remplacez six spirales minces par une épaisse.