Лампа накаливания. Электрические нагревательные приборы

1. Закон Джоуля – Ленца

Этот закон опре­де­ля­ет ко­ли­че­ство теп­ло­ты, вы­де­ля­ю­ще­е­ся в про­вод­ни­ке, по ко­то­ро­му про­те­ка­ет элек­три­че­ский ток.

Если по про­вод­ни­ку до­ста­точ­но долго про­те­ка­ет элек­три­че­ский ток, то про­вод­ник на­гре­ва­ет­ся. На­грев про­вод­ни­ка мы можем опре­де­лить по из­ме­не­нию тем­пе­ра­ту­ры. В раз­ных про­вод­ни­ках, в за­ви­си­мо­сти от элек­три­че­ско­го со­про­тив­ле­ния, на­грев будет раз­ный.

2. Принцип работы лампы накаливания

Пер­вое, самое из­вест­ное при­ме­не­ние теп­ло­во­го дей­ствия, – это све­че­ние лампы, на­грев про­вод­ни­ка до бе­ло­го ка­ле­ния.

Ши­ро­ко рас­про­стра­нен­ные на се­го­дняш­ний день лампы на­ка­ли­ва­ния устро­е­ны до­ста­точ­но про­сто (рис. 1).

Рис. 1. Лампа на­ка­ли­ва­ния

Глав­ная часть лампы – это нить на­ка­ли­ва­ния, ко­то­рая вы­пол­ня­ет­ся из воль­фра­ма (или из спла­ва, в ко­то­рый вхо­дит воль­фрам). Воль­фрам ис­поль­зу­ют по­то­му, что это очень ту­го­плав­кий ма­те­ри­ал, тем­пе­ра­ту­ра плав­ле­ния воль­фра­ма со­став­ля­ет более 3000⁰С. Воль­фра­мо­вая нить, на­гре­ва­ясь, ярко све­тит­ся и со­зда­ет ин­тен­сив­ное све­то­вое из­лу­че­ние.

Кроме нити на­ка­ли­ва­ния в лампе су­ще­ству­ют под­во­дя­щие кон­так­ты.

Воль­фра­мо­вая нить, если ее на­гре­вать в воз­ду­хе, до­ста­точ­но быст­ро пе­ре­го­рит. Это про­ис­хо­дит по­то­му, что при на­гре­ва­нии она окис­ля­ет­ся и раз­ру­ша­ет­ся. По­это­му в лампе на­ка­ли­ва­ния воль­фра­мо­вую нить по­ме­ща­ют внутрь стек­лян­ной колбы, из ко­то­рой уда­ля­ют воз­дух. Концы воль­фра­мо­вой нити под­клю­ча­ют к кон­так­там. Два кон­так­та под­клю­ча­ют­ся к двум важ­ным точ­кам лампы – один кон­такт при­со­еди­ня­ет­ся к спи­ра­ли, ко­то­рая вво­ра­чи­ва­ет­ся в па­трон, вто­рой кон­такт под­со­еди­ня­ет­ся к од­но­му из кон­так­тов в ниж­ней части цо­ко­ля. Так обес­пе­чи­ва­ет­ся про­те­ка­ние элек­три­че­ско­го тока.

При про­те­ка­нии элек­три­че­ско­го тока нить лампы на­ка­ли­ва­ния может на­гре­вать­ся до , что обес­пе­чи­ва­ет до­ста­точ­но яркое све­че­ние.

Есть раз­лич­ные лампы: одни горят ярко, дают много света, дру­гие – до­ста­точ­но туск­ло. Это за­ви­сит от того, какая ис­поль­зу­ет­ся спи­раль. Если спи­раль будет более тон­кая, лампа будет го­реть ярче. Если спи­раль толще, со­от­вет­ствен­но, со­про­тив­ле­ние у нее дру­гое, го­реть эта лампа будет туск­лее.

3. КПД различных ламп

В ре­зуль­та­те ис­сле­до­ва­ния ламп на­ка­ли­ва­ния вы­яс­ни­лось, что ко­эф­фи­ци­ент по­лез­но­го дей­ствия у таких ламп очень невы­сок.

Ко­эф­фи­ци­ент по­лез­но­го дей­ствия ламп на­ка­ли­ва­ния со­став­ля­ет 4 %. У ламп днев­но­го света ко­эф­фи­ци­ент по­лез­но­го дей­ствия со­став­ля­ет 15 %, а у ламп на­руж­но­го осве­ще­ния ко­эф­фи­ци­ент по­лез­но­го дей­ствия – 25 %.

4. Другие  нагревательные приборы

Кроме ламп на­ка­ли­ва­ния су­ще­ству­ют и дру­гие на­гре­ва­тель­ные при­бо­ры. Это раз­лич­ные обо­гре­ва­те­ли, ков­ры-обо­гре­ва­те­ли, элек­три­че­ские плиты. На на­гре­ва­нии, то есть на за­коне Джо­у­ля-Лен­ца, ос­но­ва­ны такие при­бо­ры, как ки­пя­тиль­ни­ки, утюги, фены и т. д.

Во все этих при­бо­рах ис­поль­зу­ет­ся один и тот же прин­цип: на­гре­ва­ние про­вод­ни­ка при про­те­ка­нии элек­три­че­ско­го тока. Во всех на­гре­ва­тель­ных при­бо­рах ис­поль­зу­ет­ся на­гре­ва­тель­ный эле­мент, ко­то­рый пред­став­лен либо в виде ленты, либо до­ста­точ­но мощ­но­го про­во­да (рис. 2).

Рис. 2. Раз­лич­ные на­гре­ва­тель­ные эле­мен­ты

Элек­три­че­ские при­бо­ры ис­поль­зу­ют на­гре­ва­тель­ные эле­мен­ты раз­ной формы и кон­фи­гу­ра­ции. В утю­гах это может быть один на­гре­ва­тель­ный эле­мент, а в элек­три­че­ской плите – дру­гой. Во всех на­гре­ва­тель­ных при­бо­рах пре­сле­ду­ет­ся цель со­зда­ния удоб­но­го и боль­шо­го ко­ли­че­ства теп­ло­ты, ко­то­рое можно ис­поль­зо­вать.

5. Постоянная температура нагревания электрических приборов

По­че­му во всех на­гре­ва­тель­ных при­бо­рах тем­пе­ра­ту­ра на­гре­ва­ния оста­ет­ся по­сто­ян­ной?

На­гре­ва­ние про­вод­ни­ка свя­за­но с элек­три­че­ским со­про­тив­ле­ни­ем. А элек­три­че­ское со­про­тив­ле­ние про­вод­ни­ка за­ви­сит от тем­пе­ра­ту­ры. Чем тем­пе­ра­ту­ра про­вод­ни­ка ниже, тем со­про­тив­ле­ние про­вод­ни­ка мень­ше. Если про­вод­ник на­гре­ва­ет­ся, его со­про­тив­ле­ние уве­ли­чи­ва­ет­ся. Из­ме­не­ние элек­три­че­ско­го со­про­тив­ле­ния при на­гре­ва­нии при­во­дит к тому, что все время под­дер­жи­ва­ет­ся одна и та же мощ­ность, ко­то­рая вы­де­ля­ет­ся при на­гре­ва­нии в про­вод­ни­ке.

На се­го­дняш­ний день на­гре­ва­тель­ные эле­мен­ты при­об­ре­та­ют осо­бое зна­че­ние. В бли­жай­шее время можно ожи­дать по­яв­ле­ния обо­гре­ва­е­мых тро­туа­ров, отап­ли­ва­е­мых улиц, а не толь­ко ис­поль­зо­ва­ние на­гре­ва­тель­ных при­бо­ров в по­ме­ще­ни­ях.

6. Завершение

Вывод

Вы узна­ли о прак­ти­че­ском при­ме­не­нии за­ко­на Джо­у­ля – Ленца. По­зна­ко­ми­лись с прин­ци­пом ра­бо­ты лампы на­ка­ли­ва­ния, а также дру­гих элек­три­че­ских на­гре­ва­тель­ных при­бо­ров.

Вопросы к конспектам