Quanto tempo dura un tipico filamento di tungsteno non arrotolato per una lampadina da 60 watt?
doc-7859
Per migliorare l' efficienza della lampada, il filamento è generalmente costituito da bobine multiple di filo sottile arrotolato, noto anche come "bobina arrotolata". Per una lampada da 60 watt a 120 volt, la lunghezza non rivestita del filamento di tungsteno è di solito 22,8 pollici (580 mm) e il diametro del filamento è 0,0018 pollici (0,046 mm). Il vantaggio della bobina arrotolata è che l' evaporazione del filamento di tungsteno è al tasso di un cilindro di tungsteno avente un diametro uguale a quello della bobina arrotolata. Il filamento della bobina a spirale evapora più lentamente di un filamento rettilineo della stessa superficie e della stessa potenza di emissione della luce. Come risultato, il filamento può quindi funzionare più caldo, che si traduce in una sorgente di luce più efficiente, riducendo l' evaporazione in modo che il filamento durerà più a lungo di un filamento dritto alla stessa temperatura.
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doc-7860
Uno dei problemi della lampadina elettrica standard è l' intaglio del filamento dovuto all' evaporazione del filamento. Piccole variazioni di resistività lungo il filamento provocano la formazione di "hot spot" nei punti di resistività più elevata; una variazione del diametro di solo l' 1% determinerà una riduzione del 25% della vita utile. Questi punti caldi evaporano più velocemente del resto del filamento, il che aumenta la resistenza a quel punto, creando un feedback positivo che termina nel piccolo divario familiare in un filamento altrimenti sano. Irving Langmuir ha scoperto che un gas inerte, invece del vuoto, ritardava l' evaporazione. General service lampadine ad incandescenza lampadine oltre 25 watt circa in rating sono ora riempito con una miscela di argon per lo più e qualche azoto, o a volte krypton. Lampade funzionanti in corrente continua sviluppano irregolarità casuali di gradini di scale sulla superficie del filamento che possono tagliare la durata di vita a metà rispetto al funzionamento AC; leghe diverse di tungsteno e renio può essere utilizzato per contrastare l' effetto.
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doc-7865
La lampada alogena riduce l' evaporazione irregolare del filamento ed elimina l' oscuramento dell' involucro riempiendo la lampada con un gas alogeno a bassa pressione, piuttosto che con un gas inerte. Il ciclo alogeno aumenta la durata di vita della lampadina e ne previene l' oscuramento riposizionando il tungsteno dall' interno della lampadina sul filamento. La lampada alogena può far funzionare il suo filamento ad una temperatura superiore a quella di una lampada standard a gas di potenza simile senza perdita di vita operativa. Tali lampadine sono molto più piccole delle normali lampadine ad incandescenza, e sono ampiamente utilizzati dove l' illuminazione intensa è necessaria in uno spazio limitato. Lampade a fibra ottica per microscopia ottica è una tipica applicazione.
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doc-7837
Le lampadine ad incandescenza sono molto meno efficienti della maggior parte degli altri tipi di illuminazione elettrica; le lampadine ad incandescenza trasformano meno del 5% dell' energia che utilizzano in luce visibile, con lampadine standard mediamente intorno al 2,2%. L' energia rimanente viene convertita in calore. L' efficacia luminosa di una tipica lampadina ad incandescenza è di 16 lumen per watt, rispetto a 60 lm/W per una lampadina fluorescente compatta o a 150 lm/W per alcune lampade LED bianche. Alcune applicazioni della lampadina ad incandescenza utilizzano deliberatamente il calore generato dal filamento. Tali applicazioni includono incubatrici, box per cova del pollame, luci di calore per vasche di rettile, riscaldamento a infrarossi per processi industriali di riscaldamento ed essiccazione, lampade lava e il giocattolo Easy-Bake Oven. Le lampadine ad incandescenza in genere hanno una durata di vita breve rispetto ad altri tipi di illuminazione: circa 1.000 ore per le lampadine domestiche contro le 10.000 ore per le lampade fluorescenti compatte e 30.000 ore per i LED di illuminazione.
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doc-7873
Nel caso delle lampade ad inondazione utilizzate per l' illuminazione fotografica, il compromesso è fatto nella direzione opposta. Rispetto alle lampadine di servizio generale, per la stessa potenza, queste lampadine producono molta più luce, e (più importante) luce ad una temperatura di colore più alta, a scapito della vita notevolmente ridotta (che può essere breve come due ore per una lampada di tipo P1). Il limite superiore di temperatura per il filamento è il punto di fusione del metallo. Il tungsteno è il metallo con il punto di fusione più alto, 3.695 K (6.191 °F). Ad esempio, una lampadina di proiezione della durata di 50 ore è progettata per funzionare a soli 50 °C (122 °F) al di sotto di tale punto di fusione. Tale lampada può raggiungere fino a 22 lumen per watt, rispetto ai 17,5 lumen per una lampada di servizio generale da 750 ore.
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doc-7846
Lo spettro emesso da un radiatore a corpo nero alle temperature delle lampadine ad incandescenza non corrisponde alle caratteristiche di sensibilità dell' occhio umano; la luce emessa non appare bianca, e la maggior parte di essa non rientra nella gamma di lunghezze d' onda a cui l' occhio è più sensibile. I filamenti di tungsteno irradiano per lo più radiazione infrarossa a temperature dove rimangono solidi - sotto i 3.695 K (3.422 °C; 6.191 °F). Donald L. Klipstein spiega così:"Un radiatore termico ideale produce la luce visibile in modo ottimale a temperature intorno ai 6.300 °C (6.600 K; 11.400 °F). Anche a questa temperatura elevata, molta radiazione è infrarossa o ultravioletta, e l' efficacia luminosa teorica (LER) è di 95 lumen per watt". Nessun materiale noto può essere utilizzato come filamento a questa temperatura ideale, che è più calda della superficie del sole.
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doc-7852
Le lampadine a incandescenza sono costituite da un involucro di vetro stagno all' aria (l' involucro, o lampadina) con un filamento di filo di tungsteno all' interno della lampadina, attraverso il quale passa una corrente elettrica. I fili di contatto e una base con due (o più) conduttori forniscono collegamenti elettrici al filamento. Le lampadine a incandescenza contengono di solito un supporto in stelo o in vetro ancorato alla base della lampadina che permette ai contatti elettrici di scorrere attraverso l' involucro senza perdite di aria o gas. Piccoli fili incorporati nello stelo sostengono a loro volta il filamento e i suoi fili conduttori.
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doc-7867
Le lampade ad incandescenza sono carichi resistivi quasi puri con un fattore di potenza pari a 1. Ciò significa che la potenza effettivamente consumata (in watt) e la potenza apparente (in volt) sono uguali. Le lampadine a incandescenza sono di solito commercializzate in base all' energia elettrica consumata. Ciò si misura in watt e dipende principalmente dalla resistenza del filamento, che a sua volta dipende principalmente dalla lunghezza, dallo spessore e dal materiale del filamento. Per due lampadine della stessa tensione, tipo, colore e chiarezza, la lampadina di potenza superiore dà più luce.
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doc-7844
Il 13 dicembre 1904, Sándor Just ungherese e Franjo Hanaman croato ottennero un brevetto ungherese (numero di brevetto ungherese). 34541) per una lampada a incandescenza di tungsteno che è durata più a lungo e ha dato luce più luminosa del filamento di carbonio. Le lampade a filamento di tungsteno sono state commercializzate per la prima volta dalla società ungherese Tungsram nel 1904. Questo tipo è spesso chiamato Tungsram-bulbs in molti paesi europei. Riempire una lampadina con un gas inerte come argon o azoto ritarda l' evaporazione del filamento di tungsteno rispetto al suo funzionamento sotto vuoto. Ciò consente temperature più elevate e quindi una maggiore efficacia con minore riduzione della vita del filamento.
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doc-7868
La resistenza effettiva del filamento dipende dalla temperatura. La resistenza a freddo delle lampade al tungsteno filamento è di circa 1/15 la resistenza a caldo filamento quando la lampada è in funzione. Ad esempio, una lampada da 100 watt e 120 volt ha una resistenza di 144 ohm quando è accesa, ma la resistenza al freddo è molto più bassa (circa 9,5 ohm). Poiché le lampade ad incandescenza sono carichi resistivi, per controllare la luminosità è possibile utilizzare semplici dimmer TRIAC a controllo di fase. I contatti elettrici possono essere contrassegnati da un simbolo a "T" che indica che sono progettati per il controllo di circuiti con una corrente di spunto elevata caratteristica delle lampade al tungsteno. Per una lampada di servizio generale da 100 watt, 120 volt, la corrente si stabilizza in circa 0,10 secondi, e la lampada raggiunge il 90% della sua piena luminosità dopo circa 0,13 secondi.
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doc-9216
Comunemente chiamato' lampadine', le lampade sono la parte rimovibile e sostituibile di un apparecchio luminoso, che converte l' energia elettrica in radiazione elettromagnetica. Mentre le lampade sono state tradizionalmente classificate e commercializzate principalmente in termini di consumo energetico, espresso in watt, la proliferazione della tecnologia di illuminazione al di là della lampadina a incandescenza ha eliminato la corrispondenza della potenza watt alla quantità di luce prodotta. Ad esempio, una lampadina ad incandescenza da 60 W produce circa la stessa quantità di luce di una lampada fluorescente compatta da 13 Watt. Ognuna di queste tecnologie ha una diversa efficacia nel convertire l' energia elettrica in luce visibile. La luce visibile viene tipicamente misurata in lumen. Questa unità quantifica solo la radiazione visibile ed esclude i raggi infrarossi e ultravioletti invisibili. Una candela in cera produce nell' ordine di 13 lumen, una lampada incandescente da 60 watt produce circa 700 lumen e una lampada fluorescente compatta da 15 watt produce circa 800 lumen, ma la potenza effettiva varia in base al design specifico. La valutazione e l' enfasi sul marketing si sta spostando dal wattaggio alla produzione di lumen, per dare all' acquirente una base direttamente applicabile su cui selezionare una lampada.
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