ЛАМПА, ВСЁ О ЛАМПАХ, ВИДЫ ЛАМП
Лампа накаливания. Лампа накаливания — осветительный прибор, искусственный источник света. Свет испускается нагретой металлической спиралью при протекании через неё электрического тока.
Лампы накаливания — самый дешевый вариант светильников. Их срок службы составляет в среднем около одного года, кроме того, такие лампы имеют высокое энергопотребление.
Принцип действия. В лампе накаливания используется эффект нагревания проводника (нити накаливания) при протекании через него электрического тока (тепловое действие тока). Температура вольфрамовой нити накала резко возрастает после включения тока. Нить излучает электромагнитное тепловое излучение в соответствии с законом Планка. Функция Планка имеет максимум, положение которого на шкале длин волн зависит от температуры. Этот максимум сдвигается с повышением температуры в сторону меньших длин волн (закон смещения Вина). Для получения видимого излучения необходимо, чтобы температура была порядка нескольких тысяч градусов, в идеале 5770 K (температура поверхности Солнца). Чем меньше температура, тем меньше доля видимого света и тем более «красным» кажется излучение.
Лампа накаливания на 36 ВЧасть потребляемой электрической энергии лампа накаливания преобразует в излучение, часть уходит в результате процессов теплопроводности и конвекции. Только малая доля излучения лежит в области видимого света, основная доля приходится на инфракрасное излучение. Для повышения КПД лампы и получения максимально «белого» света необходимо повышать температуру нити накала, которая в свою очередь ограничена свойствами материала нити — температурой плавления. Идеальная температура в 5770 K недостижима, т. к. при такой температуре любой известный материал плавится, разрушается и перестаёт проводить электрический ток. В современных лампах накаливания применяют материалы с максимальными температурами плавления — вольфрам (3410 °C) и, очень редко, осмий (3045 °C).
При практически достижимых температурах 2300—2900 °C излучается далеко не белый и не дневной свет. По этой причине лампы накаливания испускают свет, который кажется более «желто-красным», чем дневной свет. Для характеристики качества света используется т. н. цветовая температура.
В обычном воздухе при таких температурах вольфрам мгновенно превратился бы в оксид. По этой причине вольфрамовая нить защищена стеклянной колбой, заполненной нейтральным газом (обычно аргоном). Первые лампы делались с вакуумированными колбами. Однако в вакууме при высоких температурах вольфрам быстро испаряется, делая нить тоньше и затемняя стеклянную колбу при осаждении на ней. Позднее колбы стали заполнять химически нейтральными газами. Вакуумные колбы сейчас используют только для ламп малой мощности.
Конструкция. Лампа накаливания состоит из цоколя, контактных проводников, нити накала, предохранителя и стеклянной колбы, заполенной буферным газом и ограждающей нить накала от окружающей среды.
Колба. Стеклянная колба защищает нить от сгорания в окружающем воздухе. Размеры колбы определяются скоростью осаждения материала нити. Для ламп большей мощности требуются колбы большего размера, для того чтобы осаждаемый материал нити распределялся на большую площадь и не оказывал сильного влияния на прозрачность.
Буферный газ. Колбы первых ламп были вакуумированы. Современные лампы заполняются буферным газом (кроме ламп малой мощности, которые по-прежнему делают вакуумными). Это уменьшает скорость испарения материала нити. Потери тепла, возникающие при этом за счёт теплопроводности, уменьшают путём выбора газа, по возможности, с наиболее тяжёлыми молекулами. Смеси азота с аргоном являются принятым компромиссом в смысле уменьшения себестоимости. Более дорогие лампы содержат криптон или ксенон (молярные массы: азот: 28,0134 г/моль; аргон: 39,948 г/моль; криптон: 83,798 г/моль; ксенон: 131,293 г/моль)
Нить накала. Двойная спираль лампы накаливания (Osram 200 Вт) с контактными проводниками и держателями нитиНить накала в первых лампах делалась из угля (точка сублимации 3559 °C). В современных лампах применяются почти исключительно спирали из осмиево-вольфрамового сплава. Провод часто имеет вид двойной спирали, с целью уменьшения конвекции за счёт уменьшения ленгмюровского слоя. Лампы изготавливают для различных рабочих напряжений. Сила тока определяется по закону Ома (I = U / R) и мощность по формуле , или P = U2 / R. При мощности 60 Вт и рабочем напряжении 230 В через лампу должен протекать ток 0,26 А, т. е. сопротивление нити накала должно составлять 882 Ома. Т. к. металлы имеют малое удельное сопротивление, для достижения такого сопротивления необходим длинный и тонкий провод. Толщина провода в обычных лампах составляет 40-50 микрон. Т. к. при включении нить накала находится при комнатной температуре, её сопротивление много меньше рабочего сопротивления. Поэтому при включении протекает очень большой ток (в два-три раза больше рабочего тока). По мере нагревания нити её сопротивление увеличивается и ток уменьшается. В отличие от современных ламп, ранние лампы накаливания с угольными нитями при включении работали по обратному принципу — при нагревании их сопротивление уменьшалось, и свечение медленно нарастало. В мигающих лампах последовательно с нитью накала встраивается биметаллический переключатель. За счёт этого такие лампы самостоятельно работают в мигающем режиме.
Цоколь. Форма цоколя с резьбой обычной лампы накаливания была предложена Томасом Альвой Эдисоном. Размеры цоколей стандартизированы. У ламп бытового применения наиболее распространены цоколи Эдисона E14 (миньон), E27 и E40. Также встречаются цоколи без резьбы.
Предохранитель. Перегорание лампы происходит во время её работы, то есть в то время, когда одновременно нить накала нагрета и через нить протекает электрический ток. Если в это время происходит разрыв нити, то между разведёнными концами нити обычно загорается электрическая дуга. В быту это можно заметить по яркой синевато-белой вспышке в момент перегорания лампы. Поскольку нить, как правило, представляет собой относительно тонкий провод, свёрнутый в спираль, то электрическое сопротивление нити может быть бо?льшим, нежели сопротивление ионизированного газа в дуге. Поэтому концы дуги начинают разбегаться от места разрыва нити, а сила тока в цепи возрастает. При дальнейшем развитии этого процесса дуга может загореться уже между держателями нити, сопротивление которых относительно мало, в результате сила тока в питающей цепи может намного превысить допустимые пределы, что приведёт либо к срабатыванию предохранителей в питающей цепи, либо к перегреву питающих проводов, что, возможно, спровоцирует пожар. Для того, чтобы разомкнуть цепь при возгорании дуги и не допустить перегрузки питающей цепи, в конструкции лампы предусмотрен плавкий предохранитель. Он представляет собой отрезок тонкой проволоки и расположен в цоколе лампы накаливания. Для бытовых ламп с номинальным напряжением 220 В такие предохранители обычно рассчитаны на ток 7 А.
КПД и долговечность. Долговечность и яркость в зависимости от рабочего напряженияПочти вся подаваемая в лампу энергия превращается в излучение. Потери за счёт теплопроводности и конвекции малы. Для человеческого глаза, однако, доступен только малый диапазон длин волн этого излучения. Основная часть излучения лежит в невидимом инфракрасном диапазоне и воспринимается в виде тепла. Коэффициент полезного действия ламп накаливания достигает при температуре около 3400 K своего максимального значения 15 %. При практически достижимых температурах в 2700 K КПД составляет 5 %. С возрастанием температуры КПД лампы накаливания возрастает, но при этом существенно снижается её долговечность. При температуре нити 2700 K время жизни лампы составляет примерно 1000 часов, при 3400 K всего лишь несколько часов. Как показано на рисунке справа, при увеличении напряжения на 20 %, яркость возрастает в два раза. Одновременно с этим время жизни уменьшается на 95 %. Уменьшение напряжения в два раза (напр. при последовательном включении) хотя и уменьшает КПД, но зато увеличивает время жизни почти в тысячу раз. Этим эффектом часто пользуются, когда необходимо обеспечить надёжное дежурное освещение без особых требований к яркости, например, на лестничных площадках. Часто для этого же лампу подключают последовательно с диодом. Ограниченность времени жизни лампы накаливания обусловлена в меньшей степени испарением материала нити во время работы, и в большей степени возникающими в нити неоднородностями. Неравномерное испарение материала нити приводит к возникновению истончённых участков с повышенным электрическим сопротивлением, что в свою очередь ведёт к ещё большему нагреву и испарению материала в таких местах. Когда одно из этих сужений истончается настолько, что материал нити в этом месте плавится или полностью испаряется, ток прерывается и лампа выходит из строя. Преимущественная часть износа нити накала происходит при резкой подаче напряжения на лампу, поэтому значительно увеличить срок её службы можно используя разного рода плавные пускатели. Вольфрамовая нить накаливания имеет в холодном состоянии удельное сопротивление, которое всего в 2 раза выше, чем сопротивление алюминия. При перегорании лампы часто бывает, что сгорают медные проводки, соединяющие контакты цоколя с держателями спирали. Так, обычная лампа на 60 Вт в момент включения потребляет свыше 700 Вт, а 100-ваттная — более киловатта. По мере прогрева спирали её сопротивление возрастает, а мощность падает до номинальной. Для сглаживания пиковой мощности могут использоваться терморезисторы с сильно падающим сопротивлением по мере прогрева, реактивный балласт в виде ёмкости или индуктивности. Напряжение на лампе растет по мере прогрева спирали и может использоваться для шунтирования балласта автоматикой. Без отключения балласта лампа может потерять от 5 до 20% мощности, что тоже может быть выгодно для увеличения ресурса.
| Тип лампы | КПД (%) | Яркость (Лм/Вт) |
|---|---|---|
| 40 W Лампа накаливания | 1,9 | 12,6 |
| 60 W Лампа накаливания | 2,1 | 14,5 |
| 100 W Лампа накаливания | 2,6 | 17,5 |
| Галогенные лампы | 2,3 | 16 |
| Металлогалогенная лампа (с кварцевым стеклом) | 3,5 | 24 |
| Высокотемпературная лампа накаливания | 5,1 | 32 |
| Абсолютно чёрное тело при 4000 K | 7 | 47,5 |
| Абсолютно чёрное тело при 7000 K | 14 | 95 |
| Идеально белый источник света | 35,5 | 242,5 |
| Идеальный монохроматический 555 nm (зелёный) источник | 100 | 683 |
Галогенные лампы. Добавление в буферный газ паров галогенов (брома или йода) повышает время жизни лампы до 2000—4000 часов. При этом рабочая температура спирали составляет примерно 3000 К. Эффективность галогенных ламп достигает 28 лм/Вт. Иод (совместно с остаточным кислородом) вступает в химическое соединение с испарившимися атомами вольфрама. Этот процесс является обратимым — при высоких температурах соединение распадается на составляющие вещества. Атомы вольфрама высвобождаются таким образом либо на самой спирали, либо вблизи неё. Трансформатор и электронный инвертор для питания 12-вольтных галогеновых лампДобавление галогенов предотвращает осаждение вольфрама на стекле, при условии, что температура стекла выше 250 °C. По причине отсутствия почернения колбы, галогенные лампы можно изготавливать в очень компактном виде. Малый объём колбы позволяет, с одной стороны, использовать большее рабочее давление (что опять же ведёт к уменьшению скорости испарения нити) и, с другой стороны, без существенного увеличения стоимости заполнять колбу тяжёлыми инертными газами, что ведёт к уменьшению потерь энергии за счёт теплопроводности. Всё это удлиняет время жизни галогенных ламп и повышает их эффективность. Ввиду высокой температуры колбы любые загрязнения поверхности (например, отпечатки пальцев) быстро сгорают в процессе работы, оставляя почернения. Это ведёт к локальным повышениям температуры колбы, которые могут послужить причиной её разрушения. Также из-за высокой температуры, колбы изготавливаются из кварцевого стекла. Новым направлением развития ламп является т. н. IRC-галогенные лампы (сокращение IRC обозначает «инфракрасное покрытие»). На колбы таких ламп наносится специальное покрытие, которое пропускает видимый свет, но задерживает инфракрасное (тепловое) излучение и отражает его назад, к спирали. За счёт этого уменьшаются потери тепла и, как следствие, увеличивается эффективность лампы. По данным фирмы OSRAM, потребление энергии снижается на 45 %, а время жизни удваивается (по сравнению с обычной галогенной лампой). Хотя IRC-галогенные лампы не достигают эффективности ламп дневного света, их преимущество состоит в том, что они могут быть использованы как прямая замена обычных галогенных ламп.
Специальные лампы. Проекционные лампы — для диа- и кинопроекторов. Имеют повышенную яркость (и соответственно, повышенную температуру нити и уменьшенный срок службы); обычно нить размещают так, чтобы светящаяся область образовала прямоугольник.
Двухнитевые лампы для автомобильных фар. Одна нить для дальнего света, другая для ближнего. Кроме того, такие лампы содержат экран, который в режиме ближнего света отсекает лучи, которые могли бы ослеплять встречных водителей.
История изобретения.
— 1809 г. англичанин Деларю строит первую лампу накаливания (с платиновой спиралью)
— 1838 г. бельгиец Жобар изобретает угольную лампу накаливания.
— 1854 г. немецкий изобретатель Генрих Гебель разработал первую «современную» лампу: обугленную бамбуковую нить в вакуумированном сосуде. В последующие 5 лет он разработал то, что многие называют первой практичной лампой.
— 11 июля 1874 года русский инженер Александр Николаевич Лодыгин получил патент за номером 1619 на нитевую лампу. В качестве нити накала он использовал угольный стержень, помещённый в вакуумированный сосуд.
— Английский изобретатель Джозеф Вильсон Сван получил в 1878 г. британский патент на лампу с угольным волокном. В его лампах волокно находилось в разреженной кислородной атмосфере, что позволяло получать очень яркий свет.
— Во второй половине 1870-х годов американский изобретатель Томас Эдисон проводит исследовательскую работу, в которой он пробует в качестве нити различные металлы. В 1879 году он патентует лампу с платиновой нитью. В 1880 году он возвращается к угольному волокну и создаёт лампу с временем жизни 40 часов. Одновременно Эдисон изобрёл патрон, цоколь и выключатель. Несмотря на столь непродолжительное время жизни его лампы вытесняют использовавшееся до тех пор газовое освещение.
— В 1890-х годах Лодыгин изобретает несколько типов ламп с металлическими нитями накала.
— В 1906 г. Лодыгин продаёт патент на вольфрамовую нить компании General Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама патент находит только ограниченное применение.
— В 1910 г. Вильям Дэвид Кулидж изобретает улучшенный метод производства вольфрамовой нити. Впоследствии вольфрамовая нить вытесняет все другие виды нитей.
— Остающаяся проблема с быстрым испарением нити в вакууме была решена американским учёным Ирвингом Ленгмюром, который, работая с 1909 г. в фирме General Electric, придумал наполнять колбы ламп инертным газом, что существенно увеличило время жизни ламп.
Интересные факты. — В США в одном из пожарных отделений города Ливермор (штат Калифорния) есть 4-ваттная лампа ручной работы, известная под именем «Столетняя лампа». Она практически постоянно горит уже более 100 лет, с 1901 года.
— В СССР после претворения в жизнь ленинского плана ГОЭЛРО за лампой накаливания закрепилось прозвище «лампочка Ильича». В наши дни так чаще всего называют простую лампу накаливания, свисающую с потолка на электрическом шнуре без плафона.
Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала популярность, люди спали по 10 часов в сутки.
Почему при увеличении тока в лампе ее сопротивление возрастает?
Нить лампы разогревается и меняет сопротивление в сторону увеличения, это свойство вольфрама.
Остальные ответы
Ток — заряды в секунду. Диаметр трубы тот же, а продавить надо больше.. .
Час пик в метро.
Похожие вопросы
Ваш браузер устарел
Мы постоянно добавляем новый функционал в основной интерфейс проекта. К сожалению, старые браузеры не в состоянии качественно работать с современными программными продуктами. Для корректной работы используйте последние версии браузеров Chrome, Mozilla Firefox, Opera, Microsoft Edge или установите браузер Atom.
Сопротивление нити лампы накаливания
Решил я как-то проверить закон Ома. Применительно к лампе накаливания. Измерил сопротивление лампочки Лисма 230 В 60 Вт, оно оказалось равным 59 Ом. Я было удивился, но потом вспомнил слово, которое всё объясняло – бареттер. Дело в том, что сопротивление вольфрамовой нити лампы накаливания сильно зависит от температуры (следствие протекания тока). В моем случае, если это бы был не вольфрам, а обычный резистор, его рассеиваемая мощность при напряжении 230 Вольт была бы P = U 2 /R = 896. Почти 900 Ватт! Кстати, именно поэтому производители датчиков с транзисторным выходом рекомендуют соблюдать осторожность при подключении датчиков. Как же измерить рабочее сопротивление нити лампы накаливания? А никак. Его можно только определить косвенным путем, из закона знаменитого Ома. (Строго говоря, все омметры используют тот же закон – прикладывают напряжение и меряют ток). И мультиметром тут не обойдешься. Используя косвенный метод и лампочку Лисма 24 В с мощностью 40 Вт, я составил вот такую табличку:
Зависимость сопротивления нити лампы накаливания от напряжения
| Напряжение | 2 | 4 | 6 | 8 | 10 | 12 | 14 | 16 |
| % напряжения | 8.3 | 16.7 | 25.0 | 33.3 | 41.7 | 50.0 | 58.3 | 66.7 |
| Ток | 0.55 | 0.7 | 0.84 | 0.97 | 1.08 | 1.19 | 1.29 | 1.38 |
| Сопротивление | 3.6 | 5.7 | 7.1 | 8.2 | 9.3 | 10.1 | 10.9 | 11.6 |
| Мощность | 1.1 | 2.8 | 5.04 | 7.76 | 10.8 | 14.28 | 18.06 | 22.08 |
(продолжение таблицы)
| Напряжение | 18 | 20 | 22 | 24 | 26 | 28 | 30 | 32 |
| % напряжения | 75.0 | 83.3 | 91.7 | 100.0 | 108.3 | 116.7 | 125.0 | 133.3 |
| Ток | 1.47 | 1.55 | 1.63 | 1.7 | 1.77 | 1.84 | 1.92 | 2 |
| Сопротивление | 12.2 | 12.9 | 13.5 | 14.1 | 14.7 | 15.2 | 15.6 | 16.0 |
| Мощность | 26.46 | 31 | 35.86 | 40.8 | 46.02 | 51.52 | 57.6 | 64 |
(Номинальные параметры выделены)
СамЭлектрик.ру в социальных сетях:
Подписывайтесь! Там тоже интересно!
Как видно из таблицы, зависимость сопротивления лампочки от напряжения нелинейная. Это может проиллюстрировать график, приведенный ниже. Рабочая точка на графике выделена.
Сопротивление нити лампы накаливания в зависимости от напряжения
Кстати, сопротивление подопытной лампочки, измеренное с помощью цифрового мультиметра – около 1 Ома. Предел измерения – 200 Ом, при этом выходное напряжение вольтметра – 0,5 В. Эти данные также укладываются в полученные ранее. Зависимость мощности от напряжения:
Зависимость мощности от напряжения
Для ламп на напряжение 230 В на основании экспериментальных данных была составлена вот такая табличка:
| Мощность лампочки, Вт |
25 | 40 | 60 | 75 | 100 |
| R холодной нити,Ом | 150 | 90-100 | 60-65 | 45-50 | 37-40 |
| R горячей нити, Ом |
1930 | 1200 | 805 | 650 | 490 |
| Rгор./Rхол. | 12 | 12 | 13 | 13 | 12 |
Из этой таблицы видно, что сопротивление нити лампы накаливания в холодном и горячем состоянии отличается в 12-13 раз. А это значит, что во столько же раз увеличивается потребляемая мощность в первоначальный момент. Стоит отметить, что сопротивление в холодном состоянии измерялось мультиметром на пределе 200 Ом при выходном напряжении мультиметра 0,5 В. При измерении сопротивления на пределе 2000 Ом (выходное напряжение 2 В) показания сопротивления увеличиваются более чем в полтора раза, что опять же укладывается в идею статьи. “Горячее” сопротивление измерялось косвенным методом.
UPD: Сопротивление нити накаливания люминесцентных ламп
Дополнение к статье, чтобы получился ещё более полный материал. Лампы с цоколем Т8, сопротивление спирали в зависимости от мощности : 10 Вт – 8,0…8,2 Ом 15 Вт – 3,3…3,5 Ом 18 Вт – 2,7…2,8 Ом 36 Вт – 2,5 Ом. Сопротивление измерялось цифровым омметром на пределе 200 Ом.
Формула мощности и напряжения
Обновление статьи от января 2018. У меня на блоге появилась статья автора Станислава Матросова, который развил тему сопротивления спирали лампочки с теоретической стороны. Он вывел формулу, согласно которой:
Для любой лампы накаливания существует параметр, стабильный в широком диапазоне электрических режимов. Этим параметром является отношение куба напряжения к квадрату мощности:
Я решил на основе данных, полученных в статье, посчитать эту величину в Экселе. Вот что у меня получилось:
| U | P | U^3 | P^2 | Const |
| 2 | 1,1 | 8 | 1,21 | 6,61157 |
| 4 | 2,8 | 64 | 7,84 | 8,163265 |
| 6 | 5,04 | 216 | 25,4016 | 8,503401 |
| 8 | 7,76 | 512 | 60,2176 | 8,502498 |
| 10 | 10,8 | 1000 | 116,64 | 8,573388 |
| 12 | 14,28 | 1728 | 203,9184 | 8,473978 |
| 14 | 18,06 | 2744 | 326,1636 | 8,412956 |
| 16 | 22,08 | 4096 | 487,5264 | 8,401596 |
| 18 | 26,46 | 5832 | 700,1316 | 8,329863 |
| 20 | 31 | 8000 | 961 | 8,324662 |
| 22 | 35,86 | 10648 | 1285,94 | 8,280327 |
| 24 | 40,8 | 13824 | 1664,64 | 8,304498 |
| 26 | 46,02 | 17576 | 2117,84 | 8,29902 |
| 28 | 51,52 | 21952 | 2654,31 | 8,270321 |
| 30 | 57,6 | 27000 | 3317,76 | 8,138021 |
| 32 | 64 | 32768 | 4096 | 8 |
Действительно, константа, которая с некоторой погрешностью во всём диапазоне равна 8,2±0,2. Её размерность – “Вольт в кубе на Ватт в квадрате”.
Константа для расчета лампы накаливания = 8,2
Низкое значение константы в начале диапазона объяснено автором в приведенной по ссылке статье. Теперь, зная значение этой константы (8,2), можем записать формулу зависимости мощности от напряжения лампочки накаливания 40Вт 24В:
Зависимость мощности лампочки накаливания от напряжения
Формула для сопротивления
Но вернёмся к теме статьи. Проверим вывод Станислава Матросова о том, что сопротивление лампочки пропорционально корню из напряжения. Из предыдущих выводов можно вывести формулу для конкретной лампочки 40Вт 24В:
Зависимость сопротивления от напряжения, формула для лампы накаливания
Теперь проверим, как эта формула соотносится с полученными мною экспериментальным данным (см. таблицу в начале статьи). Составим такую таблицу:
| 1. Напря- жение, В |
2. Норм. напр. |
3. Сопрот., Ом |
4. Норм. сопрот. |
5. Корень из норм. напряж. |
6. Корень из напряж. Х Корень из Const |
| 2 | 0,08 | 3,6 | 0,26 | 0,29 | 4,04 |
| 4 | 0,17 | 5,7 | 0,40 | 0,41 | 5,72 |
| 6 | 0,25 | 7,1 | 0,50 | 0,50 | 7,01 |
| 8 | 0,33 | 8,2 | 0,58 | 0,58 | 8,09 |
| 10 | 0,42 | 9,3 | 0,66 | 0,65 | 9,04 |
| 12 | 0,50 | 10,1 | 0,72 | 0,71 | 9,91 |
| 14 | 0,58 | 10,9 | 0,77 | 0,76 | 10,70 |
| 16 | 0,67 | 11,6 | 0,82 | 0,82 | 11,44 |
| 18 | 0,75 | 12,2 | 0,87 | 0,87 | 12,13 |
| 20 | 0,83 | 12,9 | 0,91 | 0,91 | 12,79 |
| 22 | 0,92 | 13,5 | 0,96 | 0,96 | 13,41 |
| 24 | 1,00 | 14,1 | 1,00 | 1,00 | 14,01 |
| 26 | 1,08 | 14,7 | 1,04 | 1,04 | 14,58 |
| 28 | 1,17 | 15,2 | 1,08 | 1,08 | 15,13 |
| 30 | 1,25 | 15,6 | 1,11 | 1,12 | 15,66 |
| 32 | 1,33 | 16 | 1,13 | 1,15 | 16,18 |
Таблица требует пояснений. Чтобы была соблюдена размерность, я нормировал экспериментально заданное напряжение (столбец 2) и рассчитанное сопротивление (столбец 4). Колонка 5 – это корень из нормированного напряжения, и видно, что значения этой колонки отлично совпадают с колонкой 4! Но давайте вернемся в реальному сопротивлению, и рассчитаем его по приведенной выше формуле (Зависимость сопротивления от напряжения). Это – 6-я колонка. Хорошо видно, что расчет по формуле практически идеально совпадает с расчетом из экспериментальных данных!
Зависимость сопротивления от напряжения. Квадратичная зависимость.
Кто хочет проверить мои расчеты, прикладываю файл: • Файл с расчетами и графиками / Файл с расчетами и графиками к статье про лампу накаливания, xlsx, 19.51 kB, скачан: 1202 раз./
Всё, учебник физики можно переписывать! 😉
Кому интересно – задачка про последовательное подключение двух лампочек.
Рекомендую похожие статьи:
- Белые пятна лампы накаливания
- Блок защиты галогенных ламп. Выбор, установка, подключение.
Понравилось? Поставьте оценку, и почитайте другие статьи блога!
(32 оценок, среднее: 4,63 из 5)
Внимание! Автор блога не гарантирует, что всё написанное на этой странице — истина.
За ваши действия и за вашу безопасность ответственны только вы!
Предыдущая запись
Следующая запись
Рекомендую почитать на СамЭлектрик.ру:
(Строго говоря, все омметры используют тот же закон — прикладывают напряжение и меряют ток)
Открою вам секрет – они меряют тоже напряжение, только которое падает на шунте.
Сергей, спасибо за уточнение! Действительно, как нам написал на доске преподаватель Теории Цепей: “Амперметров НЕТ!”.
Ведь любой амперметр – это фактически вольтметр, которой измеряет напряжение на шунте, который включается в разрыв измеряемой цепи.
а любой вольтметр есть микроамперметр , ибо без течки тока нечем стрелку отклонять…
Скажите это электромагнитному амперметру состоящему из одной катушки из толстого провода и работающего в паре с трансформатором тока.
У вас неточные замеры вы считаете напряжение и сопртивление нити спирали а куда девали нагрев лампы при нагревании сопротивление падает а вы этого не учитываете поэтому расчеты неточные
А давайте обсудим жучка из меди на 250 ампер-400 в.?
При нагревании сопротивление нити накала увеличивается.
Спасибо за краткое изложение статьи)))
Самое худшее когда момент включения лампочки приходится на пик синусоиды.
Точно. Возьмём максимальный критический случай. Нормальные пределы напряжения – 220+-10%, то есть максимум 242В. Пиковое значение напряжения – 242*1,41=341В . Теперь рассмотрим лампочку на 100 Вт, у неё сопротивление холодной нити 40 Ом. Мощность P=UI=UU/R= 2910 Ватт!
То есть, лампа 100 Вт в момент включения может потреблять мгновенную мощность до 3 кВт, и это не авария, а штатный режим! Тяжело иногда приходится лампочке!
А как Вы думаете какое сопротивление холодной нити будет у лампочки на 300Вт и на 500Вт?
Т.е. порядка 13А будет ток в первые 2-3мс. Верно?
Да это не мудрено что сопротивление растет мо мере нагревания электроны то движуться крез кристалческие решетки а при нагревании начинают быстрее двигаться и ударяться отталкиваясь друг от друга. Ну и по закону сохранения энергии кинктическая переходит в тепловую както так.
Интересная таблица я заметил что между 18 и 24 ток и мощость практически не меняесться а вот как бы узнать яркость лампы понятно что она изменяетсья не линейно то есть уменьшение мощности на 20% приведет к удельному изменению якрсти скажем на 40. Ну вот найти если оптимальный режим работы лампы скажем 70% яркости и подходящее напряжение тогда она будет гореть долго но тускло. Хотя перегорают лампы накаливания именно изза высокого тока в момент включения.
Как говорил наш преподаватель, перегорают лампы не из-за высокого тока в момент включения, а из-за синусоиды, а именно из-за высокой амплитуды колебания тока. Если к примеру синусоиду срезать наполовину диодом, то лампа будет мерцать, но срок её службы будет увеличен многократно.
Согласен. В течение периода амплитуда напряжения на лампочке (мгновенное значение напряжения) изменяется от 0 до 220х1,41=310 В.
Вопрос, в какой момент это напряжение будет приложено к лампочке.
Вообще-то, как мне кажется, диод убирает одну половину периода гармоники. В итоге получается не совсем то, о чем вы пишите.
а вы когда нибудь разбирали вольтметр? попробуйте и увидите что он по сути своей есть амперметр. в вольтметре фазу и ноль соединяет неразрывный проводник в котором из-за свойства материала (сопротивление току) ограничивается ток до малого (а иначе явное КЗ)и участок этого проводника свит в спираль для создание поля, которое отклоняет стрелку прибора. так что “отсутствуют..” не амперметры а вольтметры.
Вольтметр суть микроамперметр последовательно с резистором высокого сопротивления. А любой амперметр – это вольтметр, измеряющий напряжение на калиброванном шунте.
Подробнее – в статье про устройство счетчика .
А Вы когда-нибудь разбирали амперметры? Это прибор, который фактически измеряет напряжение на шунте, входящем в его состав. И вольтметр, и амперметр созданы на основе микроамперметра. А это- рамка с катушкой (электромагнит) в поле постоянного магнита. Магниты, взаимодействуя, отклоняют рамку со стрелкой.
вообщето это моя работа… конструкции есть разные, наиболее простую я описал (вольтметр внутри это амперметр плюс катушка сопротивления и проводник более тонкий и все), и там нет шунтов и они не нужны. описанная вами конструкция тоже есть, но это уже видоизменение базовой.
А, тогда понятно… Я с такими как описывал дела не имел давно, ещё в студенческую пору) А суть высказывания в том, что амперметр имеет сопротивление (хоть и малое), и вносит изменение в режим работы схемы, поэтому ток вычисляют косвенно, по закону Ома.
Александр Н
Не затруднит ли вас нанести еще и температуру нити (вольфрамовой)по точкам ваших графиков?(или из расчетов по готовым таблицам или при возможности доступа к подходящим термометрам). Задумал использовать смн лампочку(возможны и еще варианты) в роли термометра сопротивления, точность в пределах нескольких градусов(в промышленности идет в основном платина, но там свои требования к точности и стабильности). Хотел прикинуть величину сопротивления в нужном мне диапазоне (примерно до 400 по Цельсию). Смущают немного еще контакты в держателях нити(стабильность их и термоэлектрические эффекты) и устойчивость колбы к перепаду температуры(возможно резкое охлаждение при попадании воды). Кварцевые колбы только в слишком мощных лампах встречались. Привлекает относительная доступность лампочек.
Да я бы нанёс, но не знаю, как её измерить… Лампочка в качестве датчика – не слишком ли громоздко? Есть термопары, не намного дороже лампочки. Недавно покупал для терморегулятора. Оказалось, термопары продаются в радиотоварах по 50 руб как ЗИП для мультиметров.
а если термистор поставить последовательно с лампой, только его рядом с ней чтобы он нагревался, у него сопротивление уменьшается от нагрева , например NTC 5D-15,NTC 10D-15,NTC 10D-9 и т.д. .
Для любой лампочки отношение куба напряжения к квадрату мощности – есть величина постоянная.
Методика использования формулы проста до примитивности.
Берем лампочку, читаем на колбе или на цоколе параметры, на которые она рассчитана – напряжение и мощность, рассчитываем константу, потом вставляем в формулу любое произвольное напряжение и вычисляем мощность, которая выделится на лампочке.
Зная мощность несложно вычислить ток.
Зная ток несложно вычислить сопротивление нити накаливания. https://www.proza.ru/2016/09/19/1858
..
Я эту формулу вывел лет 20 назад и пользуюсь постоянно.
Никаких фокусов не наблюдалось.
Можно проверить данные таблиц. все совпадает “пуля в пулю”
Спасибо! За формулу и отличную статью!
Там есть еще одна статья.
Она несколько неудачно оформлена, потому что возможности того сайта не позволяют внедрить в тело статьи несколько рисунков. Только один рисунок.
Потому то я на одном рисунке сгрудил все формулы… Ну и тело статьи получилось очень туманное.
Там я описываю опыт который проводил соединив схему из трех лампочек “две параллельно и еще одна последовательно” и комбинировал различные сочетания… То 95 ватт последовательно, а 40 и 60 параллельно, то 40 последовательно а 60 и 95 параллельно…
По всякому перекоммутировал и измерял напряжения.
Короче, из той статьи можно срисовать полезные формулы, и прочитать финал статьи… ну а если не лень, то и всю статью можно прочитать…
Изюмина в том, что лампы можно обсчитывать комбинируя самые различные номиналы с самыми различными типами…
можно соединять автомобильные с осветительными и с фонариком и с гирляндой…в произвольных сочетаниях…
Расчет даст очень приличное соответствие опыту…
формулы можно перерисовать…
https://www.proza.ru/2016/09/22/1863
..
А если хотите могу подготовить статью для вашего сайта…
более подробную и более понятную и развернутую…
На условиях абсолютного бескорыстия – пусть люди пользуются…
улыбнулся.
Станислав, да, конечно!
Буду благодарен и я, и читатели!
Присылайте статью, можно её доработать, количество фото и рисунков – не ограничено)
Пишите мне, см. стр. Контакты.
Александр, давайте так порешим.
Я беру срок до Нового Года…Наверняка я управлюсь и быстрее но…на всякий случай…
Меня единственно что волнует – в формате ВОРД(.doc) вас устроит? Там я скомпоную и рисунки и пояснения как мне это покажется наиболее доходчиво.
Ответьте мне вот на этот вопрос – про формат, чтоб не делать зряшнюю работу…
а когда у меня все будет готово, мы опять ТУТ свяжемся и договоримся как вам передать весь файл…
Можно текст (да, Ворд удобнее) и рисунки отдельно, ничего компоновать и форматировать не нужно. Единственно важно – разбить на разделы (главы) по смыслу и абзацы.
Я всё равно сначала вставляю при верстке текст, а потом файлы рисунков по одному.
Можно по тексту статьи писать “рис.1”, “рис.2”, … А файлы рисунков 1, 2, … выслать отдельно.
Станислав, а Вы не могли бы и мне скинуть этот файл на почту? Желательно .txt с картинками в zip-е? Если можно, конечно…) Прочитал статьи на proza.ru и меня интересует как теоретически Вы пришли к U^3/P^2? Если можно, подробнее для меня?)
Станислав сейчас готовит расширенную версию статьи, которая будет опубликована на СамЭлектрик.ру.
Как раз там и будут рассмотрены подробно все расчеты, с картинками.
Хорошо я учту пожелания и приведу рассуждение, которое подвело меня к этой зависимости…
Коль скоро я выкладываю материал на бескорыстной основе то и любой сможет скачать отсюда все что его заинтересует.
Готовить материалы в разных форматах мне было бы ЛЕНЬ (признался честно)
Лучше я обстоятельно все распишу а к требуемому формату каждый приведет самостоятельно…
Любой человек думает “собственным образом” и если после опубликования статьи все-таки возникнут вопросы я с удовольствием на них отвечу…
Напоминаю (и не отказываюсь) – срок декабрь)))
Ну, хорошо, уважаемые Александр и Станислав, благодарю за ответы, и да будет так))) Сейчас подпишусь на новости сайта… 😉
Александр, я подготовил как обещал…
Получился вордовский файл размером 12 страниц…
Формулы я изобразил рисунками.
Сперва попытался их записывать средствами Ворд но потом отказался от этой затеи, ибо любое преобразование файла в (.тхт) деформировало бы текст то полного невосприятия…
я сделал текст и ТАМ ГДЕ ТРЕБУЕТСЯ внедрил РИСУНКИ с формулами…
Рисунков много (ибо формул много) и я в растерянности как их РАЗНОСИТЬ?!
Я упаковал вордовский файл в архив и сформировал еще один архив с шестью фотографиями.
Я там демонстрировал один интересный эксперимент…
Укажите еще раз АДРЕС ПОЧТЫ куда я мог бы “отгрузить” эти два файла…?
архиф фотографий и заархивированный вордовский файл
Отлично, спасибо!
Отправить можно по эл.почте, или через контактную форму, любым удобным способом, см. стр. Контакты .
все…отослал файлы… в колмментарии написал что буду “на страже”…если какие то неясности моментально отреагирую… просьба сразу сообщите распаковалось удачно или возникли проблемы?
если потребуется могу написать “монотонный рассказ” в форме обычного “трепа” на тему как я подкрался к этой идее “расщепления” Закона Ома “вдоль” формулы)))
Статья Станислава опубликована .
Я добавил на основе его формул дополнение к статье.
Вывод – мой практический эксперимент полностью совпадает с формулами Станислава!
Александр, приветствую…
Я ознакомился с вашим дополнением.
Результат совершенно замечательный.
Попробую сформулировать итоги.
Мне приятно, что моя статья явилась для вас нектороым стимулом, чтобы переосмыслить результат, полученный в далеком 2011 году.
\Улыбнулся\
Мгновенно взглянув на ваши таблички особенно на колонку 2 и колонку 4
Я окончательно уверовал в то, что не пропадет “наш скорбный труд и дум высокое стремленье”
\Смеюсь\ Если просто смотреть на колонки 2 и 4, то отчетливо видно, что в колонке 4 я наблюдаю квадратный корень из колонки 2
Вижу “цифирь” 0,25… , мысленно извлекаю квадратный корень и читаю в колонке 4 ОТВЕТ – получится 0,5… Пронормировав данные к номинальному значению, вы фактически освободились от любой “коэффициентности” и получили ЧИСТУЮ зависимость типа:
У = корень (Х)
И это просто замечательно.
Это ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО подтверждает мои теоретические соображения, что зависимости тока и сопротивления подчиняется закону степени 1\2 из приложенного напряжения. Когда я выводил свою главную зависимость (постоянство отношения куба напряжения к квадрату мощности) я первое время долго сомневался.
Сомнения были в стиле – ” а вдруг это просто так совпало для конкретной лампочки” и тому подобные сомнения…
Потом время укрепило мою уверенность, и вот ВЫ совершенно независимо от меня продемонстрировали ЭКСПЕРИМЕНТОМ, что “теория работает”… Без экспериментального обоснования любая “теория мертва” (как сказал Поэт), а “древо жизни пышно зеленеет”)))
Вот и соединили теорию с жизнью…
Фактически вы своим экспериментом ПОДТВЕРДИЛИ мою теоретическую предпосылку, а теория (в свою очередь) ОБЪЯСНИЛА результаты вашего эксперимента.
Пазл сложился.
Я предлагаю вот что.
Нам надо объединить две статьи как бы “ВОЕДИНО” и подавать на конкурс в виде “сладкой парочки” (два в одном)
Почему так?
А потому что без вашего эксперимента, моя теория “висит в воздухе”.
Можно долго тыкать тестером и проверять всевозможные лампочки и никакое количество проверок НЕ ГАРАНТИРУЕТ, что так будет “всегда”.
А ваша ПРОНОРМИРОВАННАЯ экспериментальная зависимость она будет соблюдаться ДЛЯ ЛЮБОЙ лампочки.
Лично у меня в этом нет никаких сомнений…
Кому не лень, те могут взять ЛЮБУЮ лампочку (другую чем у вас в эксперименте) и я ГАРАНТИРУЮ, что добросовестно проделанный (повторенный) опыт даст те же самые значения в колонках 2 и 4 как и в вашей табличке.
Моя убежденность коренится в том что вы в колонках 2 и 4 получили график вовсе не лампочки (смеюсь), а график алгебраической зависимости : ===> У = корень (Х) ВОТ В ЧЕМ ДЕЛО.
———————
Обдумайте мое предложение, и если вас такой вариант устроит, то мы обсудим как удачнее скомпоновать нам обе статьи…
В любом раскладе я просто вынужден буду сделать ссылку на ваши результаты как на ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ моих соображений…
————-
Ну и … все-таки рекомендую убрать лозунги про “переписывание справочника по физике”)))
там и без наших лампочек много умных и полезных вещей написано)))
Физика наука обширная и клином на лампочках не сошлась)))
Хотя, справедливости ради, наши усилия вполне заслуживают маленькой сноски в справочнике)))
Формула простая и людям будет удобна…
Лично я пользуюсь ей даже в уме.
Я помню, что параметр S для стоваттной лампы на 220 вольт равен 32….
И если мне надо подсоединить ее к автомобильному аккумулятору, я мысленно извлекаю корень из 12…мысленно получаю примерно 3,3…мысленно умножаю на 32 и говорю, что сопротивление будет примерно 100 Ом… ну, а ток примерно 120 миллиАмпер)))
Быстро и удобно)))
===============
ЗЫ. И вот еще что .
Александр, я предлагаю вам пользоваться параметром «S – квадрат»
Так удобнее.
Иными словами, я, когда рассуждаю о постоянстве отношения куба напряжения к квадрату мощности я говорю что эту константу удобнее понимать как квадрат некоей величины …
«S – квадрат»
И далее, пронормируем ток и мощность и получим чистые зависимости: U = I^2 = R^2; P^2 = U^3 Равенства будут справедливы также для любой лампы накаливания! Отлично! Освободились от константы!…)))
Ну, и из первого равенства получаем ПРЯМУЮ пропорциональность: I^2 = R^2 или => Iнорм = Rнорм Упростили, так сказать, лампочку до нельзя…))) И, Станислав, по-моему теория как раз “не висит в воздухе”, потому как Вы сами уже многократно убедились на практике, что она действует.) А следом Александр и я… Ну, а нормирование – это ведь чистая алгебра, т.е преобразование УЖЕ ПОЛУЧЕННЫХ формул, из чего следует, что формулы пронормированных тока, сопротивления и мощности будут ТАКЖЕ справедливы)))
А учитывая, что U = I^2 = R^2, получаем для мощности: P^2 = U^3 = (I^2)^3 = (R^2)^3 => P = I^3 = R^3 Вуаля! Т.е. получается нормированная мощность есть кубическая зависимость от тока и сопротивления! Ну, что ж, прав был Поэт, когда сказал: “…о, сколько нам открытий чудных, готовит просвещенья дух!…” )))))
Дмитрий, меня искренне радует что вас так увлекла тема лампочек)))
Ваше последнее “алгебраически выведенное” соотношение P = I^3 = R^3 Можно “получить” ПРОЩЕ))) В преамбуле к своей статье, в параграфе посвященной “теоретических” аспектов, я написал что-то типа: “Было сделано предположение что ток и сопротивление имеют единую физическую природу – и то и другое следует считать движением носителей заряда”… И уже из этой фразы, вспомнив выражение для мощности, можно “без мучений” записать: Р = I * I * R
значит
P = куб (I) или куб (R) ну… раз сопротивление и ток – это “одно и то же”, то почему бы и не приравнять…?!…
———-
Но “теория” такая “противная” (смеюсь), что ложка дегтя последовала незамедлительно… “Теория” УТОЧНЯЕТ, что ток – это упорядоченное движение электронов, а сопротивление – это хаотичное движение.
Грубо говоря, ток – это движение “вдоль провода”, а сопротивление – это движение “поперек провода”…
Улыбнулся. Ну, а далее надо долго размышлять – ПОЧЕМУ движение “вдоль” не следует отождествлять с движением “поперек”… Моя версия такова. Потому что движение вагона ВДОЛЬ рельсов и раскачивание вагона в поперечном направлении… все-таки не одно и тоже… )))
Станислав, действительно, учитывая, что I = R, и ВОВРЕМЯ вспомнив формулу P = I^2*R, можно было сразу так и записать… Но перед моим взором на тот момент маячило полученное “чистое” P^2 = U^3, откуда и был получен ответ.) Как говорится, математика хороша тем, что конечный результат не зависит от выбранного к нему пути – но чем короче путь, тем лучше…))) И та же математика учитывает и подтверждает теорию, а иненно то, что I и R все таки не “одно и тоже”. Ведь полученное в результате нормирования формулы R = k*I “чистое” равенство Rнорм = Iнорм как раз и означает, что изменение этих величин относительно их номинала и собственно сами величины – это не одно и тоже…) Тема лампочек меня увлекла давно, Станислав…)) Еще будучи студентом очень занудного) факультета “проектирование и производство РЭА”, я задался целью превратить “лампочку Ильича” в формулы. Мной было снято несколько ВАХ ламп, а так же найдено несколько обобщенных графиков других их основных параметров… В результате были получены простые формулы наработки на отказ и светового потока (которые я упомянул здесь в комментах статьи “Белые пятна лампы накаливания”)… К сожалению, до анализа ВАХ и вывода формул электрических зависимостей – дело не дошло – помешала защита диплома, ну а после жизнь-матушка круто “закружила и понесла” и дело было отложено в “долгий ящик” на неопределенный срок… И когда я прочитал Вашу статью на проза.ру, то был приятно удивлен, что кому-то кроме меня была интересна ЛН в формулах). Кстати, Вы вывели формулы основных эл.зависимостей, но совершенно другим путем чем это собирался сделать я… Так что я искренне рад, что нашел и прочитал Вашу статью! И теперь, благодаря Вам, Станислав, то, что я начал еще студентом наконец завершено! А именно: сложилась “полная картина” основных параметров ЛН! Вот они, родимые, нормированные зависимости от напряжения: R = U^0,5 I = U^0,5 P = U^1,5 Ф = U^4 (светов.поток) n = U^2,5 (светов.отдача) T = 1/U^13 (наработка на отказ) Этим моим приближенным формулам тоже можно верить!
Мерить по формуле Ома нельзя она совсем не отражает реальности . Так как не учитывается свойства материала плотность температуру нагрева и так далее в итоге получаем данные по формуле ОМа которые далеки от дейсвительности . Подбор должен быть только методом тыка . Все остальные формулы от лукавого
Грег, формулы не от лукавого, а от науки. Просто ими надо уметь пользоваться и учитывать конкретные условия работы оборудования, вводить соответствующие поправки. А метод тыка существует для проверок.
Тыком проще и не надо заумный формул, А то холодная 20ом, а горячая в 10раз больше.Не впечатлил меня этот ОМ.
Интересно вас почитать, но у меня образования совсем никакого нет.А сопротивление лапочки мне нужно узнать. Измерил мультиметром – не поверил. Получилось 24ом у 200wt лампочки.Потому и полез на ваш сайт, в надежде прояснить истину, т.к. стиралка сломалась и нужно обойти УБЛ замка люка.Ну и понял , что верить теперь ничему нельзя. Мало того ,что мне выучившему в церкви у дьякона только отче наш, впаривают не только лохотронскую технику, но и приборы такие же.К сожалению из вашей математики я ничего не понял.Вопрос остался открытым.Как узнать сопротивление лампочки? Спасибо этому дому, пойду поищу где попроще.
Простыми словами, сопротивление лампочки не одинаково, и зависит от напряжения.
При нулевом напряжении сопротивление одно, при 220В – совсем другое, это объясняется законами физики. Только при чем тут стиральная машина, я не понял?
В стиралке нужно убрать блокировку замка, она работает по принципу чайника. Там нагревательная таблетка,её хочу заменить на резистор.Вот я и подумал заменить лампочкой.Но видно не получится.Теперь я полагаю мне нужно замерить амперы не контактах и высчитать сопротивление ,какое нужно.Ну и искать резистор.Сегодня только узнал , что резисторы ещё и wt определяются.Вот и подумал , что лампа будет лучше, она загорится во всю мочь на крайний случай.Спасибо за внимание.
Я так и сделал. И так мне эта конструкция понравилась.
А тема не раскрыта-фигня ваши лапочки. Вот подключил последовательно трансформатор 220/12 вход через 75 вт R=60 om, выход 12 в.0.5 om -Бздынь!)
Столкнулся с выявленным вами явлением на практике.
Пульт управления парилкой Harvia с сенсорным пультом управления.
Там есть сенсорная кнопка включения света.
6 ламп накаливания 40Вт.
На плате перед выходом на клеммы подключения освещения предохранитель 2,5А.
Изредка предохранитель перегорает по неизвестной причине.
И вот, благодаря вам, причина ясна.
Хотя, замер сопротивления цепи из 6-ти ламп, показывающий 22 Ом должен был вызвать сомнения.
А прикладывая разные напряжения к лампе вы учитывали, что у вас сопротивление источника тока меняется? Знали вы на тот момент о законе Ома для полной цепи? Может надо учебник физики внимательней изучить, а не переписывать?
Алмас, используя блок питания, я предполагал, что это источник напряжения. Соответственно, его внутренним сопротивлением пренебрегал.
У Вас другое мнение?
есть закон Ома для полной цепи. При чем тут мое мнение? Электротехнике как науке 100 лет. Мое мнение – изучение теории требует терпеливости.
Ну как же, сказали “А” – говорите и “Б”. Мое мнение – внутреннее сопротивление источника напряжения настолько мало по сравнению с сопротивлением лампочки, что им можно пренебречь. Возможно, у Вас найдется немного терпения, и я всё-таки услышу Ваше мнение?
Отправляя комментарий, Вы соглашаетесь с Правилами комментирования и разрешаете сбор и обработку персональных данных (имя + эл.почта). Политика конфиденциальности.
ЧТО СЕЙЧАС ОБСУЖДАЮТ:
Свежие статьи на СамЭлектрик.ру: 21.03.2024
Гирлянда «светодиодный дождь»: виды и особенности монтажа
Освещение играет ключевую роль в создании праздничной атмосферы в любое время года. Среди многочисленных.
Далее 19.03.2024
Заряжаю и исследую AGM АКБ Prometeus 5 Ач
Аккумулятор – основа любой энергонезависимой системы питания. В моем случае я купил AGM АКБ для дачи. У меня на.
Далее 15.02.2024
Исследую работу и смотрю как устроены промышленные блоки питания PromPower
В моей работе блоков питания – тьма тьмущая. Они стоят во всех производственных линиях, и выдают в 90% напряжение.
Далее 30.01.2024
Схема Даландера. Реальные примеры подключения двухскоростного двигателя
Выкладываю фото и схемы практического включения двухскоростного электродвигателя по схеме Даландера. Статья.
Вопросы, знание которых обязательно для допуска к выполнению работы
1. Что означают термины: номинальный ток, номинальное напряжение, номинальная мощность?
2. Что называется сопротивлением?
3. Опишите, как протекает ток через электрическую лампу. Из чего складывается сопротивление лампы? Чем определяется ее яркость? Как рассчитать мощность электрической лампы?
4. Сформулируйте закон Ома для участка цепи.
5. Сформулируйте законы последовательного и параллельного соединений проводников.
6. Как устроен реостат? Как правильно подобрать реостат для регулировки напряжения и тока в цепи?
7. Как выбирают электроизмерительные приборы (амперметры, вольтметры) при проведении измерений?
8. Расскажите ход выполнения работы.
Введение
Потребители тока (электроизмерительные приборы, сопротивления, лампочки и т.д.) рассчитаны на определенную мощность. Для нормальной длительной работы потребителей тока напряжение и ток на них не должны превышать некоторых установленных значений, которые называются номинальными значениями напряжения и тока. В случаях превышения номинальных значений потребитель (нагрузка) разогревается, срок его службы уменьшается.
Очень часто возникает необходимость произвести измерения при различных режимах (при разных значениях тока и напряжения). Часто имеющиеся в нашем распоряжении источники тока дают напряжение, превышающее то, на которое рассчитан потребитель тока. В этих случаях применяются регулирующие устройства – реостаты и потенциометры.
При регулировании напряжения на нагрузке, следует иметь в виду, что при этом будет изменяться и ток, протекающий через него. Можно говорить о пропорциональной зависимости между напряжением U и током I, только если сопротивление нагрузки R не зависит ни от напряжения, ни от тока. В большинстве случаев это условие выполняется, и сопротивление нагрузки можно считать независящим от тока и напряжения на них.
Изменение напряжения, подаваемого на нагрузку, и, следовательно, тока, протекающего через него, производится либо с помощью реостата, либо с помощью потенциометра. В цепях переменного тока применяют еще и автотрансформаторы.
Часть 1. Реостат
лабораторной практике наибольшее распространение получили реостаты со скользящим контактом (рис. 1). Реостат состоит из фарфорового или шиферного основания, на котором намотана виток к витку голая проволока из реотана, нихрома или других сплавов с большим удельным сопротивлением. Над обмоткой расположен латунный стержень, по которому скользит ползунок D (скользящий контакт). Стержень, сопротивление которого практически равно нулю, оканчивается клеммой C. В качестве реостата он включается в цепь последовательно с нагрузкой через клеммы A и C или B и C (рис. 2). Если реостат подключен через клеммы A и C, ток пойдет по виткам, находящимся на участке AC. При смещении ползунка D вправо (в сторону клеммы C, см. рис. 1) участок AC увеличивается и сопротивление реостата возрастает. При подключении реостата через клеммы B и C ток идет по участку BC и при смещении ползунка D вправо (в сторону клеммы В) участок BC уменьшается и сопротивление реостата падает. Чем тоньше проволока, тем больше полное сопротивление реостата и меньше допустимый через него ток. На каждом реостате приводятся номинальное сопротивление и наибольший длительно допустимый ток.
Изменение силы тока и напряжения на нагрузке с помощью реостата происходит следующим образом. Пусть нагрузкой в цепи является электрическая лампочка (рис. 2). При увеличении сопротивления реостата увеличивается общее сопротивление цепи (Rобщ), общий ток (I) уменьшается, следовательно, и ток через нагрузку, и напряжение на нем уменьшаются:
Rобщ = Rн + Rреост , I = U/Rобщ , Uн = I×Rн .
ледует помнить, что изменение тока в цепи не будет обратно пропорционально изменению сопротивления реостата, так как в цепи кроме изменяющегося сопротивления реостата имеется неизменное сопротивление нагрузки. Только в тех случаях, когда Rреост >>Rн , общий ток, а, следовательно, и ток через нагрузку будет изменяться почти обратно пропорционально сопротивлению реостата. При обратном соотношении сопротивлений (RреостRн) ток через нагрузку практически не будет изменяться при изменении сопротивления реостата.
Рассмотрим действие реостата с точки зрения изменения напряжения на нагрузке. Общее напряжение источника тока Uист = Uн + Upеост распределяется между реостатом и нагрузкой пропорционально их сопротивлениям Uн /Upеост = Rн /Rpеост. Например, при уменьшении сопротивления реостата происходит перераспределение общего напряжения и при этом напряжение на нагрузке, а, следовательно, и ток через нее увеличиваются.
При выборе реостата наиболее важными параметрами цепи являются: напряжение источника тока, сопротивление нагрузки, а также допустимые значения тока и напряжения (или пределов изменения тока и напряжения) на нагрузке. Напряжение источника тока Uист обычно известно. Сопротивление нагрузки, если оно не указывается непосредственно, приходится рассчитывать, исходя из данных о номинальных параметрах потребителя (например, напряжения uном и мощности Wном). Рассчитать реостат – значит, указать его номинальное сопротивление и номинальный ток. Рассмотрим два примера расчета и выбора реостата.
1. Если напряжение источника тока больше допустимого напряжения на нагрузке, реостат применяют как балластное сопротивление, и расчет его приведен в примере 1.
Пример 1. В сеть с напряжением 110 В требуется включить электрическую лампочку с параметрами 24 В; 12 Вт. Рассчитайте реостат, который обеспечит номинальный накал лампочки в данной цепи.
Найдем ток через лампочку при номинальном (нормальном) накале. Поскольку мощность, выделяющаяся на лампочке, равна W = I×U:
I = Wном /Uном = 12 Вт/24 В = 0.5 А.
Такой же ток, т.е. 0.5 А, будет проходить и через реостат, так как лампа и реостат соединены последовательно. Таким образом, номинальный ток реостата (Ipеост/ном) должен быть не меньше, чем 0.5 А. Так как ток в цепи не должен превышать 0.5 А, а общее напряжение составляет 110 В, то, очевидно, что сопротивление всей цепи не может быть меньше, чем: R = U/I = 110 В/0.5 А = 220 Ом.
Цепь состоит из последовательно соединенных лампы и реостата, следовательно, общее сопротивление равно сумме сопротивлений отдельных участков (Rобщ = Rл + Rpеост). Сопротивление лампы можно рассчитать, зная, например, что при номинальном напряжении на лампе 24 В, ток через нее равен 0.5 А. Следовательно, сопротивление лампы:
Rл = Uном /Iном = 24 B/0.5 А = 48 Ом.
Теперь можно найти и сопротивление реостата:
Rpеост = Rобщ – Rл = 220 Ом – 48 Ом = 172 Ом.
Возможен и другой способ рассуждения.
Общее напряжение 110 В распределяется между лампой и реостатом пропорционально их сопротивлениям:
uл /upеост = rл /rpеост , а Rpеост = Rл ×Upеост /Uл.
Напряжение на лампе должно быть 24 В, следовательно, на реостат будет приходиться: 110 В – 24 В = 86 В.
Сопротивление лампы можно рассчитать, используя формулу для мощности в виде W = U 2 /R:
Rл = U /Wл = (24 В) 2 /12 Вт = 48 Ом.
Получаем для сопротивления реостата Rpеост = 48 Ом×(86 В/24 В) = 172 Ом.
При этом ток через реостат: Ipеост = Upеост /Rpеост = 86 В/172 Ом = 0.5 А.
Конечно, в лаборатории может не оказаться реостата с номинальными параметрами 172 Ом и 0.5 A. Следует выбирать реостат с большими значениями сопротивления и тока. В данном случае подойдут реостаты: 200 Ом, 1 А или 500 Ом, 0.6 А.
Причем, если выбрать реостат с параметрами 500 Ом, 0.6 А, то с помощью этого реостата можно (при необходимости) значительно уменьшить напряжение и ток через лампу по сравнению с номинальными. Так, при полностью введенном реостате (500 Ом), ток через лампу равен Iл = Uист /(Rл + Rреост) = 110 В/(48 + 500) 0м = 0.20 А. При этом напряжение на лампе равно Uл= Iл×Rл = 0.20 А×48 Ом = 9.6 В.
2. Часто приходится рассчитывать реостаты для изменения силы тока на нагрузке в заданных пределах или в заданное число раз. В этом случае расчет реостата производится следующим образом.
Пример 2. В сеть с напряжением 220 В требуется включить электрическую лампу с параметрами «220 В; 300 Вт«. Рассчитайте реостат, с помощью которого можно было бы уменьшить силу тока в лампе в 2.5 раза ниже номинального.
Найдем ток, протекающий через лампу при номинальном режиме работы: Iл = Рном /Uном = 300 Вт/220 В = 1.36 А. Сопротивление лампы при нормальном накале равно Rл = U 2 /W = (220 B) 2 /300 Вт = 161 Ом.
При уменьшении тока в 2.5 раза получим: Iл = 1.36 А/2.5 = 0.54 А. При таком токе, общее сопротивление цепи будет: Rобщ = 220 В/0.54 A = 407 Ом.
Считая, что сопротивление нагрузки не зависит от тока, протекающего через нее, определим сопротивление реостата: Rреост = 407 – 161 = 246 Ом.
При этом реостат должен выдерживать ток 1.36 А.
сли такого реостата нет в лаборатории, следует взять два или несколько реостатов с меньшими сопротивлениями, которые выдержат предполагаемые токи и соединить их последовательно (рис. 3). В данном случае это могут быть три реостата с параметрами «100 Ом, 2 А». Так как эти реостаты выдерживают один и тот же ток (2 А), то при регулировании тока безразлично, который из них выводить первым, а который вторым. Если же в цепи стоят реостаты, имеющие различные допустимые токи, то сначала следует выводить реостаты с меньшими пределами по току, а затем (когда они будут полностью выведены и ток в цепи увеличится) начинать выводить реостаты с большим пределом по току. Вводить реостаты необходимо в обратном порядке.