O lampă incandescentă , sau bec incandescent prin metonimie , este un corp de iluminat electric care luminează prin incandescență prin efectul Joule un filament de tungsten , metalul care are cel mai înalt punct de topire ( 3422 ° C ).
Cu experiență în mijlocul XIX - lea secol, lampa cu incandescență, îmbunătățită în timpul XX - lea secol, a devenit în cursul acestui secol sursa primară de iluminat. În secolul XXI , eficiența sa slabă a luminii este recomandată oficial oricărui proces.
Primul filament de carbon sub vid a dispărut după dezvoltarea filamentului de tungsten cu gaz nobil . Acest așa-numit proces „clasic” a continuat după inventarea „ lămpii cu incandescență cu halogen ” mai scumpe, al cărei gaz regenerează filamentul atunci când se sublimează sub efectul unei temperaturi ridicate.
Lămpile convenționale durează mai mult cu cât se aprind mai slab. Producătorii industriali au convenit să producă lămpi cu o durată medie de viață de 1000 de ore. Acest acord între membrii înțelegerii Phoebus a ridicat suspiciuni cu privire la un acord ilicit , menit să consolideze profiturile industriei, mai degrabă decât să permită comparația între produse.
Primele experimente cu incandescență electrice dată de iluminat din mijlocul XIX - lea lea.
În 1835, James Bowman Lindsay a prezentat în Dundee o lampă electrică cu lumină constantă, probabil incandescentă, care i-a permis să „citească o carte la o distanță de un picior și jumătate” (50 cm ). În 1858 și 1859, francezii Charles de Changy și Théodose du Moncel au testat și sistemele de iluminat electric cu incandescență.
În 1860, britanicul Joseph Swan a demonstrat că incandescența poate fi prelungită fără a distruge filamentul, sub vid . Dezvoltarea pompelor de vid eficiente din 1875 îi permite să prezinte în 1879 o lampă incandescentă funcțională, cu un filament de carbon sub vid . În același an, Thomas Edison a proiectat și comercializat un bec al cărui filament era din fibră de bumbac carbonizată. El dezvoltă un proces de fabricație industrială pentru becuri. Într-un proces judecătoresc, se recunoaște anterioritatea lui Joseph Swan, dar el nu propune un proces de fabricație industrială. Cei doi bărbați sunt nevoiți să își fabrice becurile într-o companie comună. Își difuzează rapid lampa, care are avantaje evidente față de iluminatul pe gaz pe care îl înlocuiește, dar filamentul de carbon, prin sublimare și apoi condensare pe geamul lămpii, înnorează geamul destul de repede. În anii 1880, producătorii de iluminat electric s-au angajat într-o concurență acerbă. În 1884, Edison l-a recrutat pe Lewis H. Latimer , un inginer afro-american autodidact, pentru a-și depune brevetele și a-și promova sistemul.
În 1897, lampa lui Nernst a înlocuit filamentul de carbon cu un filament ceramic mai eficient. Acest material nu este sublim, eliminând necesitatea unui vid; dar lampa nu se aprinde până nu se încălzește timp de 10 până la 20 de secunde.
Lampă electrică de Thomas Edison ( 1879 ).
Lampă veche cu filament de carbon.
În 1904, firma maghiară Tungsram a dezvoltat o lampă cu filament de tungsten, metalul cu cel mai înalt punct de topire , la 3422 ° C ). Preluat în Germania de Auer , apoi de toți producătorii, metalul elimină rapid carbonul, datorită luminii sale mai strălucitoare și a longevității sporite.
În 1913, becul nu mai este sub vid, ci sub gaz nobil , argon apoi kripton .
În 1959, compania Edison, care a devenit General Electric , a lansat lampa cu incandescență cu iod . Iodul, un gaz halogen și învelișul din sticlă de cuarț reduc sublimarea tungstenului din filament, permițându-i să fie încălzit mai mult, îmbunătățind puterea de lumină și ridicând temperatura culorii . Lămpile cu gaz halogen, distribuite pe scară largă mai întâi pentru mașini ( faruri cu iod ), au multe utilizări profesionale.
În XXI - lea secol, Uniunea Europeană și alte țări au retragerea din circulație a lămpilor cu incandescență din cauza slabei lor eficiență luminoasă în comparație cu alte metode de iluminat , lămpi fluorescente , lămpi fluorescente , diode emițătoare de lumină .
În prezența dioxigenului , filamentul adus la temperaturi ridicate arde instantaneu, motiv pentru care acest tip de lampă a fost prevăzut cu un plic de sticlă , becul care a dat numele popular dispozitivului și care face posibilă „izolarea unui oxigen - mediu gratuit .
Becul este umplut cu un gaz nobil caracteristic tipului de bec, cel mai adesea argon sau cripton sau, în unele cazuri, un gaz halogen . În trecut, vidul a izolat filamentul din becul său.
Ineluctabil, filamentul supraîncălzit vaporizează și pierde materialul prin sublimare , apoi acest vapor de metal se condensează pe plicul mai rece. Becul devine din ce în ce mai opac, iar filamentul devine mai fragil. Filamentul ajunge să se rupă după câteva sute de ore: 1000 de ore pentru o lampă de uz casnic, de până la 10 ori mai puțin sau de 8 ori mai mult pentru unele lămpi cu destinație specială.
Prezența unui gaz nobil în interiorul becului prezintă mai multe avantaje: unii atomi de tungsten devin gaz se pot depune din nou pe filament după o coliziune cu un atom de gaz nobil, prelungindu-i astfel viața. Filamentul poate fi încălzit și mai mult. În cele din urmă, acest lucru limitează depunerea de tungsten pe peretele becului.
În lămpile actuale, filamentul de tungsten este înfășurat într-o spirală , pentru a crește lungimea filamentului și, prin urmare, cantitatea de lumină vizibilă produsă.
Cea mai comună formă a unei lămpi cu incandescență este becul „bec”, dar există și alte forme, inclusiv cea tubulară numită linolit .
O lampă cu incandescență cu halogen, sau mai frecvent „lampă cu halogen”, este o lampă cu incandescență în care un gaz, sau un amestec de gaze, cu halogen umple becul. Acest gaz reacționează chimic cu tungstenul sublimat, formând o halogenură de tungsten care nu este rezistentă la temperatura ridicată în apropierea filamentului, astfel încât tungstenul este repozitat, la o locație aleatorie, pe filament, regenerându-l parțial, ceea ce crește durata de viață a lampa. Acest ciclu necesită un filament foarte fierbinte. Pentru a rezista căldurii, carcasa lămpii trebuie să fie din sticlă de cuarț .
În 2008, Europa a interzis reînnoirea stocurilor de lămpi halogenate din 1 st septembrie 2018.
Luminozitatea unei surse într-o anumită direcție este intensitatea luminii sale . Deoarece această luminozitate variază în funcție de direcție, se folosește pentru a compara lămpile suma intensităților în toate direcțiile, exprimată în lumeni , unitate de flux luminos . Eficiența luminoasă măsoară raportul dintre fluxul luminos și puterea electrică (în wați ) absorbită; randamentul luminos este exprimat în lumeni pe watt (lm / W).
Lămpile cu incandescență cu halogen au fost difuzate pe scară largă în ultimul trimestru al XX - lea secol. Consumatorii obișnuiau să compare lămpile pe baza puterii lor electrice: așa că am ales o lampă de 100 W pentru iluminare intensă, 60 sau 40 W pentru iluminarea de dispoziție și 15 W pentru o lumină de noapte etc.
Deoarece diferitele lămpi utilizate ca alternative la lămpile incandescente convenționale nu au aceeași eficiență luminoasă, puterea electrică nu mai corespunde iluminării. Trebuie să indicați cantitatea totală de lumină furnizată în lumeni.
Tabelul de mai jos arată, ca indicație, deoarece valorile variază ușor de la un model la altul, corespondența dintre fluxul luminos și puterea electrică a unei lămpi incandescente convenționale:
Lămpi de 120 volți | Lămpi de 230 volți | |||
---|---|---|---|---|
Puterea electrică |
Fluxul luminos |
Eficiență luminoasă |
Fluxul luminos |
Eficiență luminoasă |
5 W | 25 lm | 5 lm / W | ||
15 W | 110 lm | 7,3 lm / W | ||
25 W | 200 lm | 8,0 lm / W | 230 lm | 9,2 lm / W |
40 W | 500 lm | 12,5 lm / W | 430 lm | 10,8 lm / W |
60 W | 850 lm | 14,2 lm / W | 730 lm | 12,2 lm / W |
75 W | 1200 lm | 16,0 lm / W | ||
100 W | 1700 lm | 17,0 lm / W | 1380 lm | 13,8 lm / W |
150 W | 2.850 lm | 19,0 lm / W | 2220 lm | 14,8 lm / W |
200 W | 3.900 lm | 19,5 lm / W | 3 150 lm | 15,8 lm / W |
300 W | 6200 lm | 20,7 lm / W | 5.000 lm | 16,7 lm / W |
500 W | 8.400 lm | 16,8 lm / W |
Filamentul unui bec incandescent trebuie să fie fierbinte pentru ca energia electrică să fie transformată în lumină vizibilă mai degrabă decât în căldură. Dar prin creșterea temperaturii pentru a obține o luminozitate bună, se promovează sublimarea filamentului, care accelerează degradarea acestuia. Becurile sunt rezultatul unui compromis între consum redus de energie electrică și o durată de viață mai lungă, între costul înlocuirii becurilor și costul energiei electrice necesare pentru alimentarea acestora.
Compromis între durată și luminozitate:Dacă tensiunea este redusă cu 18% sau dacă, dimpotrivă, lampa este proiectată să reziste la o tensiune mai mare decât tensiunea disponibilă, durata de viață poate fi înmulțită cu 24. În schimb, luminozitatea se înjumătățește; sunt necesare două lămpi pentru a obține aceeași iluminare. Prin urmare, consumul fiecărei lămpi este mai mic, dar, în cele din urmă, este nevoie de 45% mai multă energie pentru a obține aceeași luminozitate.
Bec vechi secol sau „bulb Livermore“ este adesea citat ca o contrario dovadă a punerii în aplicare a uzurii morale planificate în fabricarea de becuri moderne. Această lampă cu filament de carbon de 60W suflată manual fabricată în Shelby, Ohio de către compania Shelby Electric Company la sfârșitul anilor 1890, strălucește din 1901 în Livermore Fire Hall din California . Aproape niciodată nu a fost stinsă, ar fi cea mai veche lampă incandescentă încă în funcțiune din lume. Creșterea valorii rezistenței , a filamentului său (în carbon), în timp, explică durata sa de viață. Cu o putere nominală de 60 W la începutul duratei sale de viață, consumul său este de numai 4 W (7% din valoarea de pornire), iar luminozitatea corespunde doar cu 0,3% din valoarea de origine. Eficiența sa, coeficientul luminozității prin puterea consumată, a trecut de la 1 ÷ 60 la 0,003 ÷ 4 , o scădere de la 100 la 4,5 . Randamentul este împărțit la 22 .
Ecuațiile care leagă consumul, luminozitatea și durata de viață a becurilor pot fi rezumate după cum urmează: dacă se observă tensiunea de alimentare aplicată becului , luminozitatea este proporțională cu , puterea electrică (consumul de energie) este proporțional cu iar durata de viață este proporțională cu . Astfel, deși o mică scădere a tensiunii mărește foarte mult durata de viață, crește puterea electrică consumată la luminozitate constantă.
Există și alți factori implicați în viața unei lămpi. Dacă excludem distrugerea accidentală, prin impact asupra becului sau supratensiune, lipsa etanșării carcasei poate provoca distrugerea lămpii. O lampă poate funcționa astfel până la stingerea sa și poate arde filamentul la aprindere, oxigenul pătrunzând în plic între timp. Șocurile termice și expansiunea diferențială a părților lămpii promovează lipsa etanșării. Un test riguros al lămpilor evaluează rezistența la un număr de cicluri de oprire.
Phoebus înțelegerii grupate de23 decembrie 1924cei mai importanti producatori mondiali de becuri. Producătorii publică o carte comună care indică faptul că nu va mai fi posibilă fabricarea becurilor cu o durată de viață mai mare de 1.000 de ore. Pentru aceasta, au creat un organism comun pentru verificare și posibilă represiune prin intermediul unor amenzi care sunt cu atât mai mari cu cât durata de viață a becurilor este lungă. În 1924, durata de viață a becului era variabilă, cu o medie de 2.500 de ore. În 1927, durata de viață a becurilor mărcilor importante din întreaga lume a fost de 1.000 de ore. Această situație determină în mod evident o mai mare reînnoire a becurilor de către consumatori, iar cartelul Phœbus a fost acuzat că a creat primul program masiv și mondial de perimare programată pe lampa incandescentă .
Practicile cartelului Phœbus au făcut obiectul unui raport din 1951 al Comisiei antitrust britanice. Acest raport denunță în principal un cartel al prețurilor care i-a determinat pe consumatori să plătească mai mult pentru lămpile lor înainte de al doilea război mondial, dar raportul respinge afirmația că durata de viață a fost aleasă pentru a fi scurtă pentru a crește volumul vânzărilor. El explică compromisul tehnic dintre luminozitate, consum, culoare și durată de viață, observând că durata optimă a lămpilor depinde de relația dintre prețul energiei și prețul înlocuirii lămpilor și că nu există o valoare universală. Utilizatorii industriali, care plătesc personal pentru a-i înlocui, sacrifică eficiența pentru longevitate prin reducerea tensiunii de alimentare. Specificațiile unei vieți garantează că produsele la vânzare sunt comparabile. Într-o stare de artă dată, o durată de viață între 800 și 1500 de ore este echivalentă cu necesitatea unei luminozități într-un anumit interval; dar specificația celor o mie de ore, fără a indica eficiența luminoasă, nu a încurajat îmbunătățirea lămpilor. Cartelul s-a opus instituirii unui astfel de standard.
Există alternative la lămpile cu incandescență, cu o eficiență luminoasă mai bună, cu prețul unui indice de redare a culorii mai mic . Cele Tuburile fluorescente sunt utilizate pentru o lungă perioadă de timp, în special în medii de lucru; lămpile „ fluorescente compacte ” și diodele cu lumină pot înlocui lămpile incandescente din aceleași corpuri de uz casnic.
Producția de lămpi convenționale a fost, la fel ca multe alte produse, în mare parte delocalizată: țările dezvoltate nu mai au o industrie locală de protejat. Reducerea consumului de energie a venit în prim plan, din motive economice (creșterea prețurilor la energie) și din motive ecologice (producția de energie este o componentă majoră la nivel de mediu) .
Statele Uniunii Europene au aprobat8 decembrie 2008 eliminarea treptată a vânzării de lămpi incandescente de 100 de wați de la 1 st septembrie 2009 (apoi modelele de 75 wa activate 1 st septembrie 2010 iar cele de 60 de wați 1 st septembrie 2011), abandonul lor final să aibă loc 1 st septembrie 2012. Trecerea la metode de iluminat mai puțin consumatoare de energie ar face posibilă economisirea echivalentului consumului de energie electrică al României la scară europeană (adică aproximativ 11 milioane de gospodării) și, astfel, reducerea emisiilor de dioxid de carbon cu 15 milioane de tone pe an.
În benzi desenate și desene animate , apariția unei idei este adesea reprezentată de o lampă incandescentă care se aprinde deasupra capului personajului.
„ Invenția anterioară a lui Swan a fost recunoscută de curte și Edison a eșuat. Ca parte a soluționării judecătorești, Edison a fost obligată să recunoască invenția independentă și anterioară a lui Swan și să înființeze o companie comună, Edison și Swan United Electric Light Company, pentru a exploata becul incandescent. "