Glühbirne Glühbirne

Ein Glühbirne Glühbirne, Glühlampe oder Glühbirnenkugel ist ein elektrisches Licht mit einem Draht Filament Erhitzt, bis es leuchtet. Das Filament ist in einer Glasviertel mit einem Vakuum oder inerten Gas eingeschlossen, um das Filament vor Oxidation. Der Strom wird dem Filament durch Klemmen oder Drähte in das Glas eingebettet. Eine Glühbirnenbuchse bietet mechanische Unterstützung und elektrische Verbindungen.

Glühbirnen werden in einer Vielzahl von Größen, Lichtleistung und hergestellt Stromspannung Bewertungen von 1,5 Volt bis etwa 300 Volt. Sie erfordern keine externe Geräte regulieren, haben niedrig Herstellungskostenund gleich gut auf beiden arbeiten Wechselstrom oder Gleichstrom. Infolgedessen wurde die Glühbirne in Haushalts- und Handelsbeleuchtung für tragbare Beleuchtung wie Tischlampen und Auto weit verbreitet Scheinwerfer, und Taschenlampenund für dekorative und Werbebeleuchtung.

Glühbirnen sind viel weniger effizient als andere Arten der elektrischen Beleuchtung und wandeln weniger als 5% der Energie, die sie nutzen, in sichtbares Licht um.^[1] Die verbleibende Energie geht als Wärme verloren. Das Lichtausbeute einer typischen Glühlampe für 120 V -Betrieb beträgt 16 Lumen pro Watt, verglichen mit 60 lm/w für a Kompaktleuchtstofflampen Glühbirne oder 150 lm/w für einige Weiße LED Lampen.^[2]

Einige Anwendungen verwenden die vom Filament erzeugte Wärme. Wärmelampen sind für Verwendungszwecke wie z. Inkubatoren, Lavalampen, und die Easy-Bake-Ofen Spielzeug. Quarzrohrhalogen Infrarotheizungen werden für industrielle Prozesse wie Farbenhärtung oder für Weltraumheizung verwendet.

Glühbirnen haben typischerweise eine kurze Lebensdauer im Vergleich zu anderen Arten von Beleuchtung. Etwa 1.000 Stunden für Hausglühungen im Vergleich zu 10.000 Stunden für kompakte Fluorescents und 20.000 bis 30.000 Stunden für BeleuchtungslEDs. Die meisten Glühbirnen können durch ersetzt werden durch Fluoreszenzlampen, Lampen mit hoher Intensität, und lichtemittierende Diodenlampen (LED). Einige Bereiche haben implementiert Phasieren Sie die Verwendung von Glühlampen aus Glühlampen Energieverbrauch reduzieren.

Geschichte

Historiker Robert Friedel und Paul Israel Listen Sie die Erfinder von Glühlampen vor Joseph Swan und Thomas Edison.^{[3][Fehlgeschlagene Überprüfung]} Sie schließen das Edisons Version war in der Lage, die anderen wegen einer Kombination von drei Faktoren übertreffen: eine effektive Glühbirnen Material, eine höhere Vakuum als andere konnten erreichen (durch Verwendung der Sprengel pump) und eine hohe Widerstand Dies machte die Stromverteilung von einer zentralisierten Quelle wirtschaftlich tragfähig.

Historiker Thomas Hughes hat Edisons Erfolg auf seine Entwicklung eines gesamten, integrierten Systems der elektrischen Beleuchtung zurückgeführt.

Die Lampe war eine kleine Komponente in seinem System der elektrischen Beleuchtung und nicht kritischer für ihre effektive Funktion als der Edison Jumbo Generator, der Edison Main und Feeder sowie das parallele Verteilungssystem. Andere Erfinder mit Generatoren und Glühlampen und mit vergleichbarem Einfallsreichtum und Exzellenz sind lange vergessen, weil ihre Schöpfer ihre Einführung in einem System von nicht vorsitz Beleuchtung.

-Thomas P. Hughes, in Technologie am Wendepunkt, herausgegeben von W. B. Pickett^[4][5]

Zeitleiste der frühen Entwicklung der Glühbirne[6]

Frühe vorkommerzielle Forschung

1761, Ebenezer Kinnersley demonstrierte Erhitzen eines Drahtes zu Glühen.^[7]

Im Jahr 1802, Humphry Davy benutzte das, was er als "a bezeichnete Batterie von immenser Größe ",^[8] bestehend aus 2.000 Zellen, die im Keller des Kelleres untergebracht sind Königliche Institution von Großbritannien,^[9] um ein Glühlicht zu erzeugen, indem der Strom durch einen dünnen Streifen von geleitet wird Platin, ausgewählt, weil das Metall ein extrem hoch hatte Schmelzpunkt. Es war weder hell genug noch dauerte es lange genug, um praktisch zu sein, aber es war der Präzedenzfall für die Bemühungen von Experimentatoren in den nächsten 75 Jahren.^[10]

Während des ersten Dreiviertels des 19. Jahrhunderts arbeiteten viele Experimentatoren mit verschiedenen Kombinationen von Platin- oder Iridiumdrähten, Kohlenstoffstäben und evakuierten oder semi-ausgerichteten Gehäusen. Viele dieser Geräte wurden nachgewiesen und einige patentiert.^[11]

Im Jahr 1835, James Bowman Lindsay zeigte ein ständiges elektrisches Licht bei einem öffentlichen Treffen in Dundee, Schottland. Er erklärte, er könne "ein Buch in einer Entfernung von eineinhalb Fuß lesen". Er entwickelte das elektrische Licht jedoch nicht weiter.^[12]

1838 der belgische Lithographer Marcellin Jobard erfand eine Glühlampe mit einer Vakuumatmosphäre mit einem Kohlenstofffilament.^[13]

1840 britischer Wissenschaftler Warren de la Rue eingewickeltes Platinfilament in a Vakuum Röhrchen und durch ihn übertrafen einen elektrischen Strom. Das Design basierte auf dem Konzept, dass der hohe Schmelzpunkt von Platin es ermöglichen würde, bei hohen Temperaturen zu arbeiten, und dass die evakuierte Kammer weniger Gasmoleküle enthalten würde, um mit dem Platin zu reagieren, was ihre Langlebigkeit verbessert. Obwohl die Kosten für das Platin für die kommerzielle Nutzung unpraktisch waren.

1841 wurde Frederick de Moleyns aus England der erste gewährt Patent Für eine Glühlampe mit einem Design mit Platindrähten in einer Vakuumlampe. Er benutzte auch Kohlenstoff.^[14][15]

Im Jahr 1845 Amerikaner John W. Starr patentierte eine Glühbirne mit Kohlenstofffilamenten.^[16][17] Seine Erfindung wurde nie kommerziell hergestellt.^[18]

Im Jahr 1851, Jean Eugène Robert-Houdin öffentlich nachgewiesene Glühbirnen auf seinem Anwesen in Blois, Frankreich. Seine Glühbirnen sind im Museum des Museums ausgestellt Château de Blois.^[a]

Im Jahr 1859, Moses G. Farmer baute eine elektrische Glühbirne mit einem Platinfilament.^[19] Thomas Edison sah später einen dieser Glühbirnen in einem Geschäft in Boston und bat Farmer um Rat zum elektrischen Lichtgeschäft.

1872 Russisch Alexander Lodygin Erfunden Sie eine Glühbirne und erhielten 1874 ein russisches Patent als der erste verzehrt worden war.^[20] Später lebte er in den USA, änderte seinen Namen in Alexander de Lodyguine und beantragte und erhielt Patente für Glühlampen mit Chrom, Iridium, Rhodium, Ruthenium, Osmium, Molybdän und Wolfram Filamente,^[21] und eine Glühbirne unter Verwendung eines Molybdäns -Filaments wurde bei der demonstriert Weltmesse von 1900 in Paris.^[22]

Am 24. Juli 1874 wurde ein kanadisches Patent eingereicht von Henry Woodward und Mathew Evans für eine Lampe, die aus Kohlenstoffstäben besteht, die in einem mit Stickstoff gefüllten Glaszylinder montiert sind. Sie waren erfolglos bei der Vermarktung ihrer Lampe und verkauften Rechte an ihr Patent (US -Patent 0,181.613) nach Thomas Edison im Jahr 1879.^[23][24]

Am 4. März 1880, nur fünf Monate nach Edisons Glühbirne, Alessandro Cruto schuf seine erste Glühlampe. Cruto erzeugte ein Filament durch Ablagerung von Graphit auf dünnen Platinfilamenten, indem es in Gegenwart von gasförmigem Elektrostrom erhitzt wurde Ethylalkohol. Das Erhitzen dieses Platins bei hohen Temperaturen hinterlässt dünne Filamente aus mit reinem Graphit beschichtetem Platin. Bis September 1881 hatte er eine erfolgreiche Version des ersten synthetischen Filaments erreicht. Die von Cruto erfundene Glühbirne dauerte fünfhundert Stunden im Gegensatz zu der vierzig von Edisons Originalversion. 1882 war die München -Elektroausstellung in Bayern, Deutschland Crutos Lampe effizienter als die von Edison und produzierte ein besseres weißes Licht.^[25]

Heinrich Göbel 1893 behauptete er, er habe 1854 die erste Glühbirne mit einem dünnen karbonisiert Bambus Filament mit hoher Resistenz, Platin-Lead-In-Drähten in einem Ganzglasumschlag und einem hohen Vakuum. Richter von vier Gerichten zeigten Zweifel an dem mutmaßlichen Göbel VorwegnahmeAber es gab nie eine Entscheidung in einer letzten Anhörung aufgrund des Ablaufs von Edisons Patent. Eine 2007 veröffentlichte Forschungsarbeit kam zu dem Schluss, dass die Geschichte der Göbel -Lampen in den 1850er Jahren eine Legende ist.^[26]

Vermarktung

Kohlenstofffilament und Vakuum

Joseph Swan (1828–1914) war ein britischer Physiker und Chemiker. 1850 begann er mit karbonisierten Papierfilamenten in einer evakuierten Glasbirne zu arbeiten. Bis 1860 konnte er ein Arbeitsgerät nachweisen, aber das Fehlen eines guten Vakuums und eine angemessene Stromversorgung führte zu einer kurzen Lebensdauer für die Glühbirne und einer ineffizienten Lichtquelle. Mitte der 1870er Jahre waren bessere Pumpen verfügbar, und Swan kehrte zu seinen Experimenten zurück.^[27]

Mit Hilfe von Charles Stearn, einem Experten für Vakuumpumpen, entwickelte SWAN 1878 eine Verarbeitungsmethode, die die frühe Glühbirne -Schwärzung vermied. Dies erhielt 1880 ein britisches Patent.^[28] Am 18. Dezember 1878 wurde bei einem Treffen der Newcastle Chemical Society eine Lampe mit einem schlanken Kohlenstoffstab gezeigt, und Swan gab bei ihrem Treffen am 17. Januar 1879 eine funktionierende Demonstration zu Literarische und philosophische Gesellschaft von Newcastle über Tyne am 3. Februar 1879.^[29] Diese Lampen verwendeten eine Kohlenstoffstange aus einer Bogenlampe und nicht aus einem schlanken Filament. So hatten sie einen niedrigen Widerstand und benötigten sehr große Leiter, um den notwendigen Strom zu liefern, sodass sie nicht wirtschaftlich praktisch waren, obwohl sie die Möglichkeiten der Möglichkeiten einer Glühlampenbeleuchtung mit relativ hohem Vakuum, einem Kohlenstoffleiter und Platin-Leitkabel lieferten . Diese Glühbirne dauerte ungefähr 40 Stunden.^[29] Swan wandte seine Aufmerksamkeit darauf zu, ein besseres Kohlenstofffilament und die Mittel zur Befestigung seiner Enden zu produzieren. Er entwickelte eine Methode zur Behandlung von Baumwoll, um in den frühen 1880er Jahren einen "Pergamentisierten Thread" zu produzieren, und erhielt im selben Jahr das britische Patent 4933.^[28] Ab diesem Jahr begann er, Glühbirnen in Häusern und Sehenswürdigkeiten in England zu installieren. Sein Haus, Underhill, Tief gefallen, Gatesheadwar der erste auf der Welt, der von einer Glühbirne beleuchtet wurde. In den frühen 1880er Jahren hatte er seine Firma gegründet.^[30] 1881 die Savoy Theatre in dem Stadt Westminster, London wurde von Swan Glühbirnen, das erste Theater, und das erste öffentliche Gebäude der Welt, das vollständig von Strom beleuchtet wurde, beleuchtet.^[31] Die erste Straße der Welt, die von einer Glühbirne beleuchtet wurde, war die Mosley Street, Newcastle über Tyne, Vereinigtes Königreich. Es wurde am 3. Februar 1879 von Joseph Swans Glühlampe beleuchtet.^[32][33]

Thomas Edison begann 1878 ernsthafte Forschungsergebnisse zur Entwicklung einer praktischen Glühlampen.^[34] Nach vielen Experimenten zuerst mit Kohlenstoff in den frühen 1880er Jahren und dann mit Platin und andere Metalle, am Ende kehrte Edison in ein Kohlenstofffilament zurück.^[35] Der erste erfolgreiche Test war am 22. Oktober 1879,^[36][37] und dauerte 13,5 Stunden. Edison verbesserte dieses Design weiter und beantragte bis zum 4. November 1879 ein US -Patent für eine elektrische Lampe mit "ein Kohlenstofffilament oder ein Streifen, das auf Platina -Kontaktdrähte angeschlossen und angeschlossen ist.^[38] Obwohl das Patent verschiedene Möglichkeiten zur Schaffung des Kohlenstofffilaments beschrieben hat, einschließlich der Verwendung von "Baumwoll- und Leinenfaden, Holzschienen, auf verschiedene Arten gewickelte Papiere", ",", ", wurden auf verschiedene Arten gewickelt"^[38] Edison und sein Team stellten später fest, dass ein karbonisiertes Bambusfilament mehr als 1200 Stunden dauern kann.^[39] Im Jahr 1880 die Oregon Railroad and Navigation Company Dampfer, Columbia, wurde die erste Anwendung für Edisons Glühbirnenlampen (es war auch das erste Schiff, das a benutzte Dynamo).^[40][41][42]

Albon Mann, ein New Yorker Anwalt, begann Electro-Dynamic Light Company 1878, um seine Patente und die von zu nutzen William Sawyer.^[43][44] Wochen später wurde die US -amerikanische Electric Lighting Company organisiert.^[43][44][45] Diese Firma hat erst im Herbst 1880 bei der Mercantile Safe Deposit Company in New York City, etwa sechs Monate nach der Installation der Edison -Glühlampen auf dem, in New York City die erste kommerzielle Installation von Glühlampen in New York City hergestellt Columbia. Hiram S. Maxim war Chefingenieur bei der United States Electric Lighting Company.^[46] Nach dem großen Erfolg in den Vereinigten Staaten begann auch die von Edison patentierte Glühbirne in der Popularität in der Popularität zu erlangen Europa auch; unter anderem die ersten Edison -Glühbirnen in der nordische Länder wurden in der Webhalle der Webhalle installiert FinlaysonTextile Fabrik in Tampere, Finnland Im März 1882.^[47]

Lewis Latimer, wurde zu dieser Zeit von Edison eingesetzt und entwickelte eine verbesserte Methode zur Wärmehandlung von Kohlenstofffilamenten, die den Bruch reduzierten und es ihnen ermöglichten, in neuartige Formen wie die charakteristische "M" -Form von Maximentilamenten geformt zu werden. Am 17. Januar 1882 erhielt Latimer ein Patent für den "Prozess der Herstellung von Kohlenstücken", eine verbesserte Methode zur Herstellung von Glühbirnenfilamenten, die von der United States Electric Light Company gekauft wurde.^[48] Latimer patentierte andere Verbesserungen wie ein besserer Weg, um Filamente an ihren Drahtstützen zu befestigen.^[49]

In Großbritannien haben sich die Unternehmen Edison und Swan in die verschmolzen Edison und Swan United Electric Company (später bekannt als Ediswan und letztendlich integriert in Dorn Lighting Ltd). Edison war anfangs gegen diese Kombination, aber nach Swan verklagt Er und gewonnen, Edison war schließlich zusammenzuarbeiten, und die Fusion wurde gemacht. Schließlich erwarb Edison das gesamte Interesse von Swan am Unternehmen. Swan verkaufte seine US -Patentrechte an die Bürste Electric Company Im Juni 1882.

Das Patentamt der Vereinigten Staaten gab ein Urteil am 8. Oktober 1883, dass Edisons Patente auf der früheren Kunst beruhten William Sawyer und waren ungültig. Die Rechtsstreitigkeiten dauerten einige Jahre. Schließlich entschied ein Richter am 6. Oktober 1889, dass Edisons elektrisches Lichtverbesserungsanspruch für "ein Filament mit Kohlenstoff mit hoher Resistenz" gültig war.^[50]

1896 patentierte der italienische Erfinder Arturo Malignani (1865–1939) eine Evakuierungsmethode für die Massenproduktion, die es ermöglichte, wirtschaftliche Zwiebeln mit 800 Stunden zu erhalten. Das Patent wurde 1898 von Edison erworben.^[27]

Im Jahr 1897 der deutsche Physiker und Chemiker Walther Nernst entwickelte die Nernst Lamp, eine Form von Glühlampen, die eine Keramik verwendete Globar und benötigte kein Gehäuse in einem Vakuum oder inerten Gas.^[51][52] Nernst Lampen waren zweimal so effizient wie Kohlenstofffilamentlampen, bis die Lampen mit Metallfilamenten überholt wurden.

Metallfilament, Inertgas

Im Jahr 1902, Siemens entwickelt a Tantal Lampenfilament, das effizienter war als selbst graphitisierte Kohlenstofffilamente, da sie bei höherer Temperatur arbeiten konnten. Da Tantal -Metall einen geringeren Widerstand als Kohlenstoff aufweist, war das Tantal -Lampenfilament ziemlich lang und erforderte mehrere interne Stützen. Das Metallfilament wurde allmählich verkürzt; Die Filamente wurden mit großen Schlupfloops installiert. Lampen, die mehrere hundert Stunden verwendet wurden, wurden ziemlich zerbrechlich.^[53] Metallfilamente hatten das Eigentum des Brechens und Wiedergabes, obwohl dies normalerweise den Widerstand verringern und die Lebensdauer des Filaments verkürzen würde. General Electric kaufte das Recht, Tantal -Filamente zu verwenden, und produzierte sie in den USA bis 1913.^[54]

Von 1898 bis ungefähr 1905,, Osmium wurde auch als Lampenfilament in Europa verwendet. Das Metall war so teuer, dass gebrauchte Lampen für teilweise Guthaben zurückgegeben werden konnten.^[55] Es konnte nicht für 110 V oder 220 V gemacht werden, sodass mehrere Lampen für die Verwendung auf Standardspannungsschaltungen in Reihe verdrahtet wurden.

Wolframfaden

Am 13. Dezember 1904, ungarisch Sándor nur und kroatisch Franjo Hanaman wurden ein ungarisches Patent (Nr. 34541) für a gewährt Wolfram Filamentlampe, die länger dauerte und ein helles Licht lieferte als das Kohlenstofffilament.^[27] Wolfram -Filamentlampen wurden zuerst von der vermarktet ungarisch Gesellschaft Tungsram 1904. Dieser Typ wird in vielen europäischen Ländern oft als Tungsram-Bulben bezeichnet.^[56] Füllen einer Glühbirne mit einer Inertgas wie zum Beispiel Argon oder Stickstoff- verlangsamt die Verdunstung des Wolframfilaments im Vergleich zum Betrieb in einem Vakuum. Dies ermöglicht größere Temperaturen und daher größer Wirksamkeit mit weniger Verringerung der Filamentleben.^[57]

Im Jahr 1906, William D. Coolidge entwickelte eine Methode zur Herstellung von "duktilen Wolfram" aus gesintert Wolfram was zu Filamenten während der Arbeit für gemacht werden könnte Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft.^[58] Bis 1911 hatte General Electric begonnen, Glühbirnen mit duktilem Wolframdraht zu verkaufen.^[59]

Im Jahr 1913, Irving Langmuir fand, dass das Füllen einer Lampe mit Inertgas anstelle eines Vakuums führte zu einer doppelten leuchtenden Wirksamkeit und einer verringerten Schwärzung von Glühbirnen.

1917 wurde Burnie Lee Benbow ein Patent für die gewährt Spulenfilament, in dem ein gewickeltes Filament dann selbst durch Verwendung von a in eine Spule eingewickelt wird Dorn.^[60][61] Im Jahr 1921 schuf Junichi Miura die erste Doppel-Coil-Glühbirne unter Verwendung eines gewickelten Spulen-Wolframfilament Hakunetsusha (ein Vorgänger von Toshiba). Zu dieser Zeit gab es keine Maschinerie zur Massenproduktion von Spulenfilamenten mit Spulen. Hakunetsusha entwickelte bis 1936 eine Methode zur Massenproduktion von Spulenfilamenten.^[62]

Zwischen 1924 und dem Ausbruch des Zweiten Weltkriegs die Phoebus -Kartell Versuch, Preise und Verkaufsquoten für Glühbirnenhersteller außerhalb Nordamerikas zu reparieren.^[63]

Im Jahr 1925, Marvin Pipkin, ein amerikanischer Chemiker, patentierte einen Prozess für Glasur die Innenseite der Lampenlampen, ohne sie zu schwächen.^[64] 1947 patentierte er einen Prozess zum Beschichten der Innenseite von Lampen mit Kieselsäure.^[65]

1930,, ungarisch Imre Bródy Gefüllte Lampen mit Krypton -Gas anstelle von Argon und konzipierten einen Prozess, um Krypton aus der Luft zu erhalten. Produktion von Krypton -gefüllten Lampen basierend auf seiner Erfindung begann bei Ajka 1937 in einem von Polányi und Ungarn geborenen Physiker zusammengestellten Fabrik Egon Orowan.^[66]

Bis 1964 hatten Verbesserungen der Effizienz und Produktion von Glühlampen die Kosten für die Bereitstellung einer bestimmten Lichtmenge um den Faktor von dreißig gesenkt, verglichen mit den Kosten bei der Einführung des Beleuchtungssystems von Edison.^[67]

Der Konsum von Glühbirnen von Glühbirnen wuchs in den USA schnell. Im Jahr 1885 wurden schätzungsweise 300.000 allgemeine Lichtlampen verkauft, alle mit Kohlenstofffilamenten. Bei Einführung von Wolframmenten existierten in den USA etwa 50 Millionen Lampenhöhlen. Im Jahr 1914 wurden 88,5 Millionen Lampen verwendet (nur 15% mit Kohlenstofffilamenten), und 1945 betrug der Jahresumsatz von Lampen 795 Millionen (mehr als 5 Lampen pro Person und Jahr).^[68]

Wirksamkeit und Effizienz

Mehr als 95% der Stromversorgung einer typischen Glühlampe werden eher in Wärme als in sichtbares Licht umgewandelt.^[1] Andere elektrische Lichtquellen sind effektiver.

Für eine bestimmte Lichtmenge verbraucht eine Glühlampe mehr Strom und emittiert mehr Wärme als a Leuchtstofflampe. In Gebäuden wo Klimaanlage Es wird verwendet, die Wärmeausgangsausgang von Glühlampen erhöht die Last im Klimaanlagensystem.^[69] Während die Wärme von Lichtern die Notwendigkeit reduziert, das Heizsystem eines Gebäudes zu betreiben, kann letzteres normalerweise die gleiche Wärmeanpassung zu niedrigeren Kosten erzeugen als mit Glühlampen.

Im Vergleich zu anderen Glühlampen (nicht-Halogen-) Lichttypen, Glühlampen Halogenlampen Senden Sie die gleiche Lichtmenge mit weniger Leistung und einer konstanteren Ausgabe im Laufe der Zeit mit wenig ab.^[70]

Leuchtend Wirksamkeit einer Lichtquelle ist das Verhältnis des sichtbaren Lichts zur Gesamtleistung der Quelle, wie z. B. eine Lampe.^[71] Sichtbares Licht wird in gemessen Lumen, eine Einheit, die teilweise durch die unterschiedliche Empfindlichkeit des menschlichen Auges gegenüber verschiedenen Lichtwellenlängen definiert wird (siehe Leuchtkraftfunktion). Nicht alle Wellenlängen sind gleichermaßen wirksam, um das menschliche Auge zu stimulieren. Die Einheiten der leuchtenden Wirksamkeit sind Lumen pro Watt (LPW). Per Definition beträgt die maximale Wirksamkeit für monochromatisches grünes Licht 683 lm/w. Eine weiße Lichtquelle mit allen vorhandenen sichtbaren Wellenlängen hat eine geringere Wirksamkeit von etwa 250 Lumen pro Watt.

Das leuchtende Effizienz ist definiert als das Verhältnis der leuchtenden Wirksamkeit zur theoretischen maximalen leuchtenden Wirksamkeit von 683 LPW für grünes Licht.^[72][73]

In der folgenden Tabelle werden Werte für die Leuchtdokumentation und Effizienz für einen allgemeinen Dienst, 120-Volt, eine 1000-Stunden-Lebenszeitverzeigungslampe und mehrere idealisierte Lichtquellen aufgeführt. Eine längere Tabelle in Lichtausbeute Vergleicht eine breitere Reihe von Lichtquellen.

Typ	Gesamtleuchtungseffizienz	Gesamtleuchtwirksamkeit (LM/W)
40 W Wolfram Glühbirne	1,9%	12.6[1]
60 W Wolfram Glühlampern	2,1%	14.5[1]
100 -W -Wolframgläubigkeit	2,6%	17.5[1]
Glashalogen	2,3%	16
Quarz Halogen	3,5%	24
Fotografische und Projektionslampen mit sehr hohen Filamenttemperaturen und kurzen Lebensdauer	5,1%	35[74]
Ideal Schwarzkörper Kühler bei 4000 K	7,0%	47,5
Idealer Schwarzkörper Kühler bei 7000 K	14%	95
Ideale monochromatische 555 nm (grüne) Quelle	100%	683

Das von a emittierte Spektrum Schwarzkörper Kühler bei Temperaturen von Glühbirnen entspricht nicht den Eigenschaften des menschlichen Auges, wobei der größte Teil der Strahlung in dem Bereich, den das Auge nicht sehen kann, nicht sehen kann. Eine obere Grenze für Glühlampenwirksamkeit beträgt etwa 52 Lumen pro Watt, der theoretische Wert, der von Wolfram an seinem Schmelzpunkt emittiert wird.^[67]

Farbwiedergabe

Das von einer Glühlampe erzeugte Lichtspektrum nähert sich stark dem von a Schwarzer Körper Kühler bei der gleichen Temperatur.^[75] Die Grundlage für Lichtquellen, die als Standard für die Farbwahrnehmung verwendet werden, ist eine Wolfram -Glühlampe, die bei einer definierten Temperatur arbeitet.^[76]

Lichtquellen wie Fluoreszenzlampen, Lampen mit hoher Intensität und LED Lampen eine höhere leuchtende Effizienz haben. Diese Geräte erzeugen Licht durch Lumineszenz. Ihr Licht hat bänder von charakteristischen Wellenlängen, ohne den "Schwanz" unsichtbarer Infrarotemissionen, anstelle des durch eine thermischen Quelle erzeugten kontinuierlichen Spektrums. Durch sorgfältige Auswahl fluoreszierender Phosphorbeschichtungen oder Filter, die die Spektralverteilung ändern, kann das emittierte Spektrum so eingestellt werden Farbtemperaturen weißes Licht. Bei der Verwendung von Farbaufgaben wie der Filmbeleuchtung können diese Quellen bestimmte Techniken erfordern, um das Erscheinungsbild einer Glühlampenbeleuchtung zu duplizieren.^[77] Metamerismus beschreibt den Effekt verschiedener Lichtspektrumverteilungen auf die Wahrnehmung von Farbe.

Kosten für die Beleuchtung

Die anfänglichen Kosten für eine Glühlampe sind im Vergleich zu den Energiekosten, die sie über ihre Lebensdauer nutzt, gering. Glühbirnen haben eine kürzere Lebensdauer als die meisten anderen Beleuchtung, ein wichtiger Faktor, wenn Ersatz unpraktisch oder teuer ist. Einige Arten von Lampen, einschließlich Glühlampern und Fluoreszenz, emittieren mit zunehmendem Alter weniger Licht. Dies kann eine Unannehmlichkeit sein oder die wirksame Lebensdauer aufgrund eines Lampenaustauschs vor dem Gesamtfehler reduzieren. Ein Vergleich der Betriebskosten für Glühlampen mit anderen Lichtquellen muss die Beleuchtungsanforderungen, die Kosten für die Lampe und die Arbeitskosten für die Ersetzung von Lampen (unter Berücksichtigung einer effektiven Lampenlebensdauer), den verwendeten Strom, den Einfluss des Lampenbetriebs auf Heiz- und Klimaanlagensysteme umfassen . Bei der Beleuchtung in Häusern und gewerblichen Gebäuden kann die durch Wärme verlorene Energie die von der Gebäude erforderliche Energie erheblich erhöhen Klimaanlage System. Während der Heizzeit wird die von den Zwiebeln erzeugte Wärme nicht verschwendet,^[78] Obwohl es in den meisten Fällen kostengünstiger ist, Wärme aus dem Heizsystem zu erhalten. Unabhängig davon spart im Laufe eines Jahres ein effizienteres Beleuchtungssystem in fast allen Klimazonen Energie.^[79]

Maßnahmen zum Verbot der Verwendung

Da Glühlampen mit Glühbirnen mehr Energie verbrauchen als Alternativen, wie z. CFLs und LED LampenViele Regierungen haben Maßnahmen eingeführt, um ihre Verwendung zu verbieten, indem sie minimale Wirksamkeitsstandards höher sind als durch Glühlampen erreicht werden können. In der Europäischen Union, den Vereinigten Staaten, Russland, Brasilien, Argentinien, Kanada und Australiens wurden Maßnahmen zum Verbot von Glühbirnen durchgeführt. In Europa hat die EG berechnet, dass das Verbot 5 bis 10 Milliarden Euro für die Wirtschaft beiträgt und jedes Jahr 40 TWH Strom spart, was in CO übersetzt wird₂ Emissionsreduzierungen von 15 Millionen Tonnen.^[80]

Einwände gegen das Verbot der Verwendung von Glühbirnen umfassen die höheren Anfangskosten für Alternativen und eine geringere Lichtqualität von Fluoreszenzlampen.^[81] Einige Menschen haben Bedenken hinsichtlich der Auswirkungen auf die Gesundheit von Fluoreszenzlampen.

Bemühungen zur Verbesserung der Wirksamkeit

Einige Forschungen wurden durchgeführt, um die Wirksamkeit kommerzieller Glühlampen zu verbessern. In 2007, General Electric angekündigt a Hocheffizienz glühend (HEI) LAMP -Projekt, von dem sie behaupteten, dass sie letztendlich viermal effizienter sein würden als aktuelle Glühlampen, obwohl ihr anfängliches Produktionsziel ungefähr doppelt so effizient sein sollte.^[82][83] Das HEI -Programm wurde 2008 aufgrund langsamer Fortschritte beendet.^[84][85]

US -Energieministerium bei Sandia National Laboratories Zunächst zeigte das Potenzial für eine dramatisch verbesserte Effizienz von a Photonisches Gitter Filament.^[82] Spätere Arbeiten zeigten jedoch, dass zunächst vielversprechende Ergebnisse fehlerhaft waren.^[86]

Ausgeleitet durch Gesetzgebung in verschiedenen Ländern, die eine erhöhte Glühbirneneffizienz vorschreiben, Hybrid Glühbirnen wurden durch eingeführt Philips. Das Halogena Energy Saver Glühlampen können etwa 23 lm/w produzieren; Etwa 30 Prozent effizienter als herkömmliche Gläubiger, indem eine reflektierende Kapsel verwendet wird, um früher verschwendete Infrarotstrahlung wieder auf das Filament zurückzuführen, aus dem einige als sichtbares Licht wieder emittiert werden.^[81] Dieses Konzept wurde 1980 von Duro-Test mit einem kommerziellen Produkt hergestellt, das 29,8 lm/w produzierte.^[87][88] Fortgeschrittenere Reflektoren basierend auf Interferenzfilter oder photonic crystals kann theoretisch zu einer höheren Effizienz führen, bis zu einer Grenze von etwa 270 lm/w (40% der maximalen Wirksamkeit).^[89] Labor-Proof-of-Concept-Experimente haben bis zu 45 LM/W hergestellt, was sich der Wirksamkeit kompakter Fluoreszenzbirnen nähert.^[89][90]

Konstruktion

Glühbirnen mit Glühbirnen bestehen aus einem luftdichten Glasgehäuse (der Hüllkurve oder Glühbirne) mit einem Filament von Wolfram Draht in der Glühbirne, durch die eine elektrischer Strom ist bestanden. Kontaktkabel und eine Basis mit zwei (oder mehr) Leitern bieten elektrische Verbindungen zum Filament. Glühlampen mit Glühbirnen enthalten normalerweise einen Stiel oder eine Glashalterung, die an der Basis der Glühbirne verankert ist, die es den elektrischen Kontakten ermöglicht, ohne Luft- oder Gaslecks durch den Umschlag zu laufen. In den Stamm eingebettete kleine Drähte unterstützen wiederum das Filament und seine Bleidrähte.

Ein elektrischer Strom erhitzt das Filament auf typischerweise 2.000 bis 3.300 K (1.730 bis 3.030 ° C; 3.140 bis 5.480 ° F), weit unter dem Schmelzpunkt von Wolfram (3,422 ° C; 6,191 ° F). Die Filamenttemperaturen hängen von den Filamenttypen, der Form, der Größe und der Menge des gezogenen Stroms ab. Das erhitzte Filament emittiert Licht, das sich annähert a kontinuierliches Spektrum. Der nützliche Teil der emittierten Energie ist sichtbares Licht, aber die meisten Energie wird in der Nähe als Wärme abgegeben.Infrarot Wellenlängen.

Glühbirnen

Die meisten Glühbirnen haben entweder klares oder beschichtetes Glas. Beschichtete Gläsbirnen haben Kaolin im Inneren der Glühbirne eingeblasen und elektrostatisch abgelagert. Die Pulverschicht diffundiert das Licht aus dem Filament. Dem Ton können Pigmente hinzugefügt werden, um die Farbe des emittierten Lichts anzupassen. Kaolin diffuse Glühbirnen werden aufgrund ihres vergleichsweise sanften Lichts ausgiebig in der Innenbeleuchtung verwendet. Andere Arten von farbigen Glühbirnen werden ebenfalls hergestellt, einschließlich der verschiedenen Farben, die für "Partybirnen" verwendet werden. Weihnachtsbaum Lichter und andere dekorative Beleuchtung. Diese werden von erstellt von Das Glas färben mit einer Dopant; Welches ist oft ein Metall wie Kobalt (blau) oder Chrom (grün).^[91] Neodym-haltiges Glas wird manchmal verwendet, um ein natürlicheres Licht zu liefern.

Umriss der Glasesbirne Gas mit niedrigem Druck inert (Argon, Stickstoff-, Krypton, Xenon) Wolfram Filament Kontaktdraht (in Stamm geht) Kontaktdraht (aus dem Stiel ausgeht) Unterstützungsdrähte (ein Ende in STEM eingebettet; führen Sie keinen Strom durch) Stiel (Glashalterung) Kontaktdraht (aus dem Stiel ausgeht) Kappe (Ärmel) Isolierung (Vitrit) Elektrischer Kontakt

Die Glasumme einer allgemeinen Servicelampe kann die Temperaturen zwischen 200 und 260 ° C (392 und 500 ° F) erreichen. Lampen, die für Hochleistungsbetrieb bestimmt sind oder für Heizzwecke verwendet werden Fusionsquarz.^[67]

Wenn eine Glühbirnenhülle aussieht Wolframnitrid, braun Wolframdioxid, violettblau Wolframpentoxidund gelb Wolfram -Trioxid Das wird dann auf den nahe gelegenen Oberflächen oder im Lampen -Innenraum abgelagert.

Gasfüllung

Die meisten modernen Glühbirnen sind mit einem gefüllt Inertgas reduzieren Verdunstung des Filaments und verhindern Oxidation. Das Gas hat einen Druck von etwa 70 kPa (0,7 atm).^[92]

Das Gas reduziert die Verdunstung des Filaments, aber die Füllung muss sorgfältig ausgewählt werden, um erhebliche Wärmeverluste einzuführen. Für diese Eigenschaften, chemische Trägheit und hoch Atomic oder Molekulargewicht ist wünschenswert. Das Vorhandensein von Gasmolekülen schlägt die befreiten Wolframatome zurück zum Filament, reduziert seine Verdunstung und ermöglicht es, wenn es bei höherer Temperatur betrieben wird, ohne seine Lebensdauer zu verringern (oder für den Betrieb bei derselben Temperatur die Lebensdauer des Filaments). Andererseits führt das Vorhandensein des Gase Wärmeleitung und Hitzekonvektion.

Frühe Lampen verwendeten nur ein Vakuum, um das Filament vor Sauerstoff zu schützen. Das Vakuum erhöht die Verdunstung des Filaments, beseitigt jedoch zwei Arten des Wärmeverlusts. Einige kleine moderne Lampen verwenden auch Vakuum.

Die am häufigsten verwendeten Füllungen sind:^[93]

• Vakuum, in kleinen Lampen verwendet. Bietet die beste thermische Isolierung des Filaments, schützt aber nicht vor seiner Verdunstung. Wird auch in größeren Lampen verwendet, bei denen die Oberflächentemperatur der äußeren Zwiebel begrenzt sein muss.
• Argon (93%) und Stickstoff- (7%), wo Argon für seine Trägheit verwendet wird, niedrig Wärmeleitfähigkeit und niedrige Kosten, und der Stickstoff wird hinzugefügt, um die Absaugespannung zu erhöhen und das Lichtbogen zwischen Teilen des Filaments zu verhindern^[92]
• Stickstoff, in einigen Lampen mit höherer Leistung, z. Projektionslampen, und wenn eine höhere Breakdown-Spannung aufgrund der Nähe von Filamentteilen oder Einführungsdrähten erforderlich ist
• Krypton, was aufgrund seines höheren Atomgewichts und einer geringeren thermischen Leitfähigkeit (die auch die Verwendung kleinerer Zwiebeln ermöglicht) vorteilhafter als Argon ist.
• Krypton gemischt mit Xenon, wo Xenon die Gaseigenschaften aufgrund seines höheren Atomgewichts weiter verbessert. Die Verwendung ist jedoch durch die sehr hohen Kosten begrenzt. Die Verbesserungen durch Verwendung von Xenon sind im Vergleich zu ihren Kosten bescheiden.
• Wasserstoff, in speziellen blinkenden Lampen, bei denen eine schnelle Filamentkühlung erforderlich ist; Die hohe thermische Leitfähigkeit wird hier ausgenutzt.
• Kleine Mengen von Halogen Gase, gemischt mit inertem Gas, werden in Halogenlampen verwendet, eine unterschiedliche Art von Glühlampen.

Die Gasfüllung muss frei von Wasserspuren sein, die die Glühbirne stark beschleunigen (siehe unten).

Die Gasschicht in der Nähe des Filaments (als Langmuir -Schicht bezeichnet) stagniert, wobei die Wärmeübertragung nur durch Leitung auftritt. Nur in einiger Entfernung tritt eine Konvektion auf, um Wärme in den Umschlag der Glühbirne zu tragen.

Die Ausrichtung des Filaments beeinflusst die Effizienz. Der Gasfluss parallel zum Filament, z. B. eine vertikal orientierte Glühbirne mit vertikalem (oder axialem) Filament, reduziert konvektive Verluste.

Die Effizienz der Lampe nimmt mit einem größeren Filamentdurchmesser zu. Dünnfilament, Low-Power-Glühbirnen profitieren weniger von einem Füllgas und werden oft nur evakuiert.

Frühe Glühbirnen mit Kohlenstofffilamenten verwendet ebenfalls Kohlenmonoxid, Stickstoff-, oder Merkur Dampf. Kohlenstofffilamente funktionieren jedoch bei niedrigeren Temperaturen als Wolframs, sodass die Auswirkung des Füllgases nicht signifikant war, da die Wärmeverluste die Vorteile ausgleichen.

Herstellung

Frühe Glühbirnen wurden mühsam von Hand versammelt. Nachdem automatische Maschinen entwickelt worden waren, fielen die Kosten für Zwiebeln. Bis 1910, als Libbeys Westlake-Maschine in Produktion ging, wurden Glühbirnen im Allgemeinen von einem Team von drei Arbeitern (zwei Sammlern und einem Gaffer) hergestellt, die die Lampen in Holz- oder Gusseisenformen mit einer Paste überzogen wurden.^[94] In den 1880er Jahren wurden in den 1880er Jahren in Corning Glass Works rund 150 Lampen pro Stunde hergestellt.^[94]

Die Westlake -Maschine, entwickelt von Libbey Glass, basiert auf einer Anpassung der Owens-Libbey-Flaschenblättermaschine. Corning Glass funktioniert Bald begann die Entwicklung von konkurrierenden automatisierten Zwiebelmaschinen, von denen die erste in der Produktion die E-Maschine war.^[94]

Bandmaschine

Corning entwickelte weiterhin automatisierte Lampenproduktionsmaschinen und installierte die Bandmaschine 1926 in seiner Wellsboro, Pennsylvania, Fabrik.^[95] Die Bandmaschine übertraf alle früheren Versuche zur Automatisierung der Glühbirnenproduktion und wurde verwendet, um Glühlampen bis ins 21. Jahrhundert zu produzieren. Der Erfinder William Woods hatte zusammen mit seinem Kollegen bei Corning Glass Works, David E. Gray, eine Maschine geschaffen, die 1939 1.000 Lampen pro Minute herausstellte.^[94]

Die Bandmaschine arbeitet, indem er ein kontinuierliches Glas -Glas entlang a passt Förderband, in einem Ofen erhitzt und dann durch präzise ausgerichtete Luftdüsen durch Löcher im Förderband in Formen geblasen. Somit werden die Gläsbirnen oder Umschläge erzeugt. Eine typische Maschine dieser Art kann je nach Größe der Glühbirne zwischen 50.000 und 120.000 Glühbirnen pro Stunde produzieren.^[96][97] In den 1970er Jahren produzierten 15 Bandmaschinen in Fabriken auf der ganzen Welt die gesamte Versorgung mit Glühbirnen.^[98] Das Filament und seine Stützen werden auf einem Glasstamm zusammengesetzt, der dann mit der Glühbirne verschmolzen wird. Die Luft wird aus der Glühbirne gepumpt, und das Evakuierungsrohr in der Stammpresse wird durch eine Flamme versiegelt. Die Glühbirne wird dann in die Lampenbasis eingeführt und die gesamte Baugruppe getestet. Die Schließung von 2016 von Osram-sylvaniaDas Werk in Wellsboro, Pennsylvania, bedeutete, dass eine der letzten verbleibenden Bandmaschinen in den Vereinigten Staaten geschlossen wurde.^[98]

Filament

Die ersten kommerziell erfolgreichen Glühbirnenfilamente wurden aus karbonisiertem Papier hergestellt oder Bambus. Kohlenstofffilamente haben negativ Temperaturkoeffizient des Widerstands- Wie sie heißer werden, nimmt ihr elektrischer Widerstand ab. Dies machte die Lampe empfindlich gegenüber Schwankungen der Stromversorgung, da das Filament eine geringe Spannungserhöhung erhöht, wodurch der Widerstand verringert wird und dass es noch mehr Leistung und noch weiter erwärmt.

Kohlenstofffilamente wurden durch Erhitzen in einem Kohlenwasserstoffdampf (normalerweise Benzin) "geblitzt", um ihre Stärke und Gleichmäßigkeit zu verbessern. Metallisierte oder "graphitisierte" Filamente wurden zuerst auf hohe Temperatur erhitzt, um sie in sie zu verwandeln Graphit, der das Filament weiter stärkt und glättete. Diese Filamente haben einen positiven Temperaturkoeffizienten wie ein Metallic Dirigent, die die Betriebseigenschaften der Lampen gegen geringfügige Variationen der Versorgungsspannung stabilisierte.

Metallfilamente verschoben Kohlenstoff ab 1904. Wolfram hat den höchsten verfügbaren Schmelzpunkt. Bis 1910 wurde ein Prozess von entwickelt von William D. Coolidge bei General Electric zur Herstellung einer duktilen Form von Wolfram. Der Vorgang erforderte das Drücken von Wolframpulver in Balken, dann mehrere Schritte des Sinterns, des Schwagings und der dann Drahtzeichnung. Es wurde festgestellt, dass sehr reine Wolfram -Filamente, die in Gebrauch sackten, und dass eine sehr kleine "Doping" -Behandlung mit Kalium-, Silizium- und Aluminiumoxiden auf der Ebene von einigen hundert Teilen pro Million die Lebensdauer und Haltbarkeit des Wolfrags erheblich verbessert hat Filamente.^[99]

Spulenfilament

Um die Effizienz der Lampe zu verbessern, besteht das Filament normalerweise aus mehreren Spulen aus gewickeltem Feinkabel, auch bekannt als a Spulenspule. Glühbirnen unter Verwendung von Spulenfilamenten werden manchmal als "Doppel-Coil-Lampen" bezeichnet. Für eine 60-Watt-120-Volt-Lampe beträgt die unölte Länge des Wolframfilaments normalerweise 580 Millimeter (22,8 Zoll).^[67] und der Filamentdurchmesser beträgt 0,046 Millimeter (0,0018 Zoll). Der Vorteil der gewickelten Spule besteht darin, dass die Verdunstung des Wolframfilaments mit der Geschwindigkeit eines Wolframzylinders einen Durchmesser mit der der gewickelten Spule hat. Das Coiled-Coilament-Filament verdunstet langsamer als ein gerader Filament der gleichen Oberfläche und der lichtemittierenden Kraft. Infolgedessen kann das Filament dann heißer laufen, was zu einer effizienteren Lichtquelle führt und bei der gleichen Temperatur länger als ein gerader Filament dauert.

Hersteller bezeichnen verschiedene Formen des Lampenfilaments mit einem alphanumerischen Code.^[100]

Elektrische Filamente werden auch in verwendet Heiße Kathoden von Fluoreszenzlampen und Vakuumröhren als Quelle von Elektronen oder in Vakuumröhrchen zum Erwärmen einer Elektronenemittelelektrode. Wenn sie als Elektronenquelle verwendet werden, können sie eine spezielle Beschichtung haben, die die Elektronenproduktion erhöht.

Reduzierung der Filamentverdunstung

Während des normalen Betriebs verdampft der Wolfram des Filaments; heißere, effizientere Filamente verdampfen schneller.^[101] Aus diesem Grund ist die Lebensdauer einer Filamentlampe ein Kompromiss zwischen Effizienz und Langlebigkeit. Der Kompromiss soll in der Regel eine Lebensdauer von 1.000 bis 2.000 Stunden für Lampen für die allgemeine Beleuchtung bieten. Theatral-, fotografische und Projektionslampen können nur wenige Stunden lang eine nützliche Lebensdauer haben und die Lebenserwartung mit hoher Leistung in kompakter Form handeln. Langlebige allgemeine Servicelampen haben eine geringere Effizienz, aber vor der Entwicklung von Glühlampen und LED-Lampen waren sie in Anwendungen nützlich, bei denen die Glühbirne schwer zu ändern war.

Irving Langmuir fand heraus, dass ein inertes Gas anstelle von Vakuum die Verdunstung verzögern würde. General Service Glühbirnen über 25 Watt in Bewertung werden jetzt mit einer Mischung aus meist gefüllt Argon und einige Stickstoff-,^[102] oder manchmal Krypton.^[103] Während des Inertgass reduziert die Filamentverdunstung, führt es auch Wärme aus dem Filament durch, wodurch das Filament und die Verringerung der Effizienz abkühlt. Bei konstanter Druck und Temperatur hängt die thermische Leitfähigkeit eines Gases vom Molekulargewicht des Gases und der Querschnittsfläche der Gasmoleküle ab. Höhere Molekulargewichtsgase weisen eine geringere thermische Leitfähigkeit auf, da sowohl das Molekulargewicht als auch die Querschnittsfläche höher sind. Xenon Gas verbessert die Effizienz aufgrund seines hohen Molekulargewichts, ist aber auch teurer, sodass seine Verwendung auf kleinere Lampen beschränkt ist.^[104]

Filamentkerb ist auf eine ungleiche Verdunstung des Filaments zurückzuführen. Kleine Variationen in Widerstand entlang des Filaments verursachen "Hot Spots" an Punkten eines höheren Widerstands;^[68] Eine Variation des Durchmessers von nur 1% führt zu einer Reduzierung der Lebensdauer um 25%.^[67] Da der Filamentwiderstand stark temperaturabhängig ist, haben Flecken mit höherer Temperatur einen höheren Widerstand, was dazu führt, dass sie mehr Energie auflösen, was sie heißer macht - a positives Feedback Schleife. Diese Hotspots verdampfen schneller als der Rest des Filaments und erhöhen den Widerstand zu diesem Zeitpunkt dauerhaft. Der Prozess endet in der vertrauten winzigen Lücke in einem ansonsten gesunden Filament.

Lampen, die mit Gleichstrom betrieben werden, entwickeln zufällige Treppenstreppenunregelmäßigkeiten auf der Filamentoberfläche, die die Lebensdauer in zwei Hälften im Vergleich zum Wechselstrombetrieb senken können. verschiedene Legierungen von Wolfram und Rhenium kann verwendet werden, um dem Effekt entgegenzuwirken.^[105][106]

Da ein Filament, das in einer von Gas gefüllten Glühbirne bricht, eine bilden kann elektrischer Bogen, die sich zwischen den Terminals ausbreiten und sehr schwere Strom, absichtlich dünne Kabel oder aufwändige Schutzgeräte zeichnen können Sicherungen in die Glühbirne eingebaut.^[107] Mehr Stickstoff wird bei höheren Volkslampen verwendet, um die Möglichkeit des Lichtbogens zu verringern.^[102]

Glühbirnenschwärzung

In einer herkömmlichen Lampe kondensiert das verdampfte Wolfram schließlich auf der inneren Oberfläche der Glashülle und verdunkelt es. Bei Zwiebeln, die ein Vakuum enthalten, ist die Verdunkelung über die gesamte Oberfläche der Hülle gleichmäßig. Wenn eine Füllung von Inertgas verwendet wird, wird das verdampfte Wolfram in den thermischen Konvektionsströmen des Gases getragen und bevorzugt am obersten Teil der Hülle abgelagert, wobei genau dieser Teil der Hülle schwärzt wird. Eine Glühlampenlampe, die 93% oder weniger von ihrer anfänglichen Lichtleistung bei 75% ihrer Nennleistung ergibt, wird als unbefriedigend angesehen, wenn sie gemäß der IEC -Veröffentlichung 60064 getestet wird. Leichtverlust ist auf die Verdunstung der Filament und die Schwärzung der Glühbirne zurückzuführen.^[108] Die Untersuchung des Problems der Glühbirnenschwärzung führte zur Entdeckung der Edison -Effekt, thermionische Emission und Erfindung der Vakuumröhre.^[109][110]

Eine sehr kleine Menge Wasserdampf in einer Glühbirne kann die Dunkelheit der Lampe erheblich erhöhen. Wasserdampf Dissoziates in Wasserstoff und Sauerstoff am heißen Filament. Der Sauerstoff greift das Wolframmetall an, und die resultierenden Wolframoxidpartikel wandern zu kühleren Teilen der Lampe. Wasserstoff aus Wasserdampf reduziert das Oxid, reformiert Wasserdampf und setzt dies fort Wasserkreislauf.^[68] Das Äquivalent eines über 500.000 Lampen verteilten Wasserabfalls erhöht die Verdunkelung erheblich.^[67] Kleine Mengen von Substanzen wie z. Zirkonium werden als lampe als Getter mit jedem Sauerstoff zu reagieren, der während des Betriebs aus den Lampenkomponenten aus backen kann.

Einige alte, leistungsstarke Lampen, die im Theater-, Projektions-, Suchlicht- und Leuchtturmservice mit schweren, stabilen Filamenten verwendet wurden, enthielten lose Wolframpulver im Umschlag. Von Zeit zu Zeit entfernte der Bediener die Glühbirne und schüttelte sie, sodass das Wolframpulver den größten Teil des Wolframs schrubben konnte, das im Inneren des Umschlags kondensiert hatte, die Schwärzung und das Verheißung der Lampe erneut entfernen.^[111]

Halogenlampen

Das Halogenlampe reduziert die ungleiche Verdunstung des Filaments und eliminiert die Verdunkelung des Umschlags, indem die Lampe mit a gefüllt wird Halogen Gas bei niedrigem Druck, zusammen mit einem Inertgas. Das Halogenzyklus Erhöht die Lebensdauer der Glühbirne und verhindert die Verdunkelung, indem Wolfram von der Innenseite der Glühbirne wieder auf das Filament wieder aufgenommen wird. Die Halogenlampe kann ihr Filament bei einer höheren Temperatur bedienen als eine mit einer Standard -Gas gefüllte Lampe mit ähnlicher Leistung ohne Verlust der Betriebsdauer. Solche Lampen sind viel kleiner als normale Glühbirnen und sind weit verbreitet, wenn eine intensive Beleuchtung in einem begrenzten Raum benötigt wird. Glasfaser Lampen für optische Mikroskopie ist eine typische Anwendung.

Glühbogenlampen

Eine Variation der Glühlampe verwendete kein heißes Drahtfilament, sondern verwendete stattdessen einen Bogen, der auf einer kugelförmigen Perlenelektrode geschlagen wurde, um Wärme zu erzeugen. Die Elektrode wurde dann Glühbilde, wobei der Bogen wenig zum produzierten Licht beitrug. Solche Lampen wurden zur Projektion oder Beleuchtung für wissenschaftliche Instrumente verwendet, wie z. Mikroskope. Diese Lichtbogenlampen liefen relativ niedrige Spannungen und integrierte Wolfram -Filamente zum Starten Ionisation Innerhalb des Umschlags. Sie lieferten das intensive konzentrierte Licht eines Lichtbogenlampe aber leichter zu bedienen. Diese um 1915 entwickelten Lampen wurden durch Quecksilber und von Quecksilber vertrieben und Xenon -Bogenlampen.^{[112][113][114]}

Elektrische Eigenschaften

Vergleich der Wirksamkeit durch Macht

	120-Volt-Lampen[115]		230-Volt-Lampen[116]
Macht (w)	Ausgabe (lm)	Wirksamkeit (LM/W)	Ausgabe (lm)	Wirksamkeit (LM/W)
5	25	5
15	110	7.3
25	200	8.0	230	9.2
40	500	12.5	430	10.8
60	850	14.2	730	12.2
75	1.200	16.0
100	1.700	17.0	1.380	13.8
150	2.850	19.0	2,220	14.8
200	3.900	19.5	3.150	15.8
300	6,200	20.7	5.000	16.7
500			8.400	16.8

Leistung

Glühlampen sind fast reine Widerstandslasten mit a Leistungsfaktor von 1. Im Gegensatz zu Entlastungslampen oder LED -Lampen ist der verbrauchte Strom gleich der scheinbare Kraft in der Schaltung. Glühbirnen Glühbirnen sind normalerweise vermarktet laut dem elektrische Energie verbraucht. Dies hängt hauptsächlich vom Betrieb ab Widerstand des Filaments. Bei zwei Lampen derselben Spannung und dem Typ und Typ verleiht die Glühbirne mehr Licht.

Die Tabelle zeigt den ungefähren typischen Ausgang in Lumen, von Standard mit 120 Volt Glühbirnen bei verschiedenen Potenzen. Die Lichtleistung von ähnlichen 230 -V -Glühbirnen ist etwas geringer. Das niedrigere Strom (höhere Spannung) ist dünner und muss für die gleiche Lebenserwartung bei einer etwas niedrigeren Temperatur betrieben werden, was die Energieeffizienz verringert.^[117] Die Lumenwerte für "weiche weiße" Glühbirnen sind im Allgemeinen etwas niedriger als bei klaren Glühbirnen bei gleicher Leistung.

Strom und Widerstand

Der Widerstand des Filaments ist temperaturabhängig. Der kalte Widerstand von Wolframfilamentlampen beträgt bei der Betriebswiderstand etwa 1/15. Zum Beispiel hat eine 100-Watt-120-Volt-Lampe einen Widerstand von 144 Ohm Bei Beleuchtung, aber der kalte Widerstand ist viel niedriger (ca. 9,5 Ohm).^[67][b] Da Glühlampen resistive Lasten sind, einfache Phasenkontrolle Triac Dimmers kann verwendet werden, um die Helligkeit zu kontrollieren. Elektrische Kontakte können ein "T" -Stymbol tragen, das darauf hinweist, dass sie Schaltkreise mit dem hohen Einbruchstrom kontrollieren, der für Wolframlampen charakteristisch ist. Für eine 100-Watt-120-Volt-General-Service-Lampe stabilisiert sich der Strom in etwa 0,10 Sekunden und die Lampe erreicht nach etwa 0,13 Sekunden 90% seiner vollen Helligkeit.^[118]

Physikalische Eigenschaften

Sicherheit

Das Filament in einer Wolfram -Glühbirne ist nicht einfach zu brechen, wenn die Glühbirne kalt ist, aber Filamente sind anfälliger, wenn sie heiß sind, weil das Glühlmetall weniger starr ist. Ein Auswirkungen auf die Außenseite der Glühbirne kann dazu führen, dass das Filament einbricht oder einen Anstieg erlebt elektrischer Strom Das führt dazu, dass ein Teil davon schmilzt oder verdampft. In den meisten modernen Glühbirnen wirkt ein Teil des Drahtes innerhalb der Glühbirne wie a Sicherung: Wenn ein gebrochenes Filament eine produziert elektrisches Kurzschluss Innerhalb der Glühbirne schmilzt der schmelzbare Drahtabschnitt und schneidet den Strom aus, um Schäden an den Versorgungsleitungen zu verhindern.

Eine heiße Glasbirne kann beim Kontakt mit kalten Objekten brechen. Wenn der Glasumschlag bricht, die Glühbirne implodiertdas Filament der Umgebungsluft aussetzen. Die Luft zerstört dann normalerweise das heiße Filament durch Oxidation.

Glühbirnenformen

Die Bezeichnungen der Glühbirnenform und Größen werden in den nationalen Standards angegeben. Einige Bezeichnungen sind ein oder mehrere Buchstaben, gefolgt von einer oder mehreren Zahlen, z. A55 oder Par38, wo die Buchstaben die Form und die Zahlen eine charakteristische Größe identifizieren.

Nationale Standards wie z. Ansi C79.1-2002, IST 14897: 2000^[119] und Jis C 7710: 1988^[120] Decken Sie eine gemeinsame Terminologie für Glühbirnenformen ab.

Beispiele

Beschreibung	Si	Zoll	Einzelheiten
"Standard" Glühbirne	A60 E26	A19 E26	⌀60 mm (~ ⌀19/8 in) Eine Serie -Glühbirne, ⌀26 mm Edison Schraube
Kerzenflamme	CA35 E12	CA11 E12	⌀35 mm (~ ⌀11/8 Zoll) Kerzenflammenform, ⌀12 mm Edisonschraube
Flutlicht	BR95 E26	BR30 E26	Flutlicht ⌀95 mm (~ ⌀30/8 Zoll), ⌀26 mm Edisonschraube
Halogen-Track-Light-Glühbirne	MR50 GU5.3	MR16 GU5.3	⌀50 mm (~ ⌀16/8 in) facettenreicher Reflektor, 5,33 mm Ablauf 12 V. Bi-Pin-Stecker

Gemeinsame Formcodes

Üblicher Service

Licht in (fast) in alle Richtungen ausgestrahlt. Erhältlich entweder klar oder frostiert.

Typen: Allgemein (A), Pilz, elliptisch (e), Zeichen (s), tubulär (t)

120 V Größen: A17, 19 und 21

230 V Größen: A55 und 60^[c]

Allgemeiner Dienst mit hoher Leistung

Lampen mehr als 200 Watt.

Typen: birnenförmig (PS)

Dekorativ

Lampen in Kronleuchtern usw. kleinere Zwiebel mit Kerzengröße können eine kleinere Steckdose verwenden.

Typen: Kerze (b), verdrehte Kerze, Bent-Tip-Kerze (CA & BA), Flamme (F), Globe (G), Laternschornstein (H), Fancy Round (p)

230 V Größen: P45, G95

Reflektor (R)

Reflektierende Beschichtung innerhalb der Glühbirne lenkt den Licht nach vorne. Hochwassertypen (FL) leichte. Spottypen (SP) Konzentrieren Sie das Licht. Reflektor (R) Glühbirnen legten ungefähr doppelt so hoch wie die Lichtmenge (Fußkandles) in den vorderen zentralen Bereich als allgemeiner Dienst (a) derselben Leistung.

Typen: Standardreflektor (R), gevölkerter Reflektor (BR), elliptischer Reflektor (ER), Kronen-Silber

120 V Größen: R16, 20, 25 und 30

230 V Größen: R50, 63, 80 und 95^[c]

Parabolischer aluminisierter Reflektor (PAR)

Parabolischer aluminisierter Reflektor (PAR) Lampen steuern das Licht genauer. Sie produzieren etwa das Vierfache der konzentrierten Lichtintensität des allgemeinen Dienstes (a) und werden in den Einzügen und der Spurbeleuchtung verwendet. Wetterfeste Gehäuse sind für Platz im Freien und Flutvorrichtungen erhältlich.

120 V Größen: Par 16, 20, 30, 38, 56 und 64

230 V Größen: Par 16, 20, 30, 38, 56 und 64

Erhältlich an zahlreichen Spots und Hochwasserstrahl. Wie alle Glühbirnen repräsentiert die Zahl den Durchmesser der Glühbirne in 1⁄8 von einem Zentimeter. Daher beträgt ein Par 16 51 mm einen Durchmesser, ein Par 20 beträgt 64 mm (2,5 Zoll) im Durchmesser, PAR 30 beträgt 95 mm (3,75 Zoll) und ein Par 38 beträgt 121 mm (4,75 Zoll) im Durchmesser .

Vielfältiger Reflektor (MR)

Facettenreicher Reflektor Lampen sind normalerweise kleiner und laufen in einer niedrigeren Spannung, oft 12 V.

Hir/IRC

"Hir" ist ein Ge Bezeichnung für eine Lampe mit einer Infrarot -reflektierenden Beschichtung. Da weniger Wärme entkommt, verbrennt das Filament heißer und effizienter.^[121] Das Osram Die Bezeichnung für eine ähnliche Beschichtung ist "IRC".^[122]

Lampenbasen

Große Lampen können a haben Schraubenbasis oder ein Bajonettbasismit einem oder mehreren Kontakten auf der Basis. Die Schale kann als elektrischer Kontakt oder nur als mechanischer Unterstützung dienen. Bajonett -Basislampen werden häufig in verwendet Kfz -Lampen durch Vibration zu lösen. Einige röhrenförmige Lampen haben an beiden Enden einen elektrischen Kontakt. Miniaturlampen können a haben Keilbasis und Drahtkontakte und einige Automobil- und Speziallampen haben Schraubenklemmen für die Verbindung zu Drähten. In sehr kleinen Lampen können die Filamentstützdrähte für Verbindungen durch die Basis der Lampe verlängert werden. EIN Bipin Basis wird häufig für Halogen- oder Reflektorlampen verwendet.^[123]

Im späten 19. Jahrhundert führten die Hersteller eine Vielzahl von inkompatiblen Lampenbasen ein. General Electric's "Mazda"In den USA wurden bald Standardgrößen übernommen.

Lampenbasen können mit einem Zement oder durch mechanische Crimps zu Einrückungen in die Glasummesser gesichert werden.

Lampen, die für die Verwendung in optischen Systemen bestimmt sind, haben Basen mit Ausrichtungsmerkmalen, so dass das Filament genau im optischen System positioniert ist. Eine Schraublampe kann eine zufällige Ausrichtung des Filaments aufweisen, wenn die Lampe in der Steckdose installiert ist.

Kontakte in der Glühbirnenbuchse Lassen Sie den elektrischen Strom durch die Basis zum Filament gehen. Die Steckdose bietet elektrische Verbindungen und mechanische Unterstützung und ermöglicht das Wechseln der Lampe, wenn sie ausbrennt.

Lichtausgang und Lebensdauer

Glühlampen sind sehr empfindlich gegenüber Änderungen der Versorgungsspannung. Diese Merkmale sind von großer praktischer und wirtschaftlicher Bedeutung.

Für eine Versorgungsspannung V In der Nähe der Nennspannung der Lampe:

• Licht Ausgang ist ungefähr proportional zu V ^3.4
• Leistung Der Verbrauch ist ungefähr proportional zu V ^1.6
• Lebensdauer ist ungefähr proportional zu V ^–16
• Farbtemperatur ist ungefähr proportional zu V ^0,42[101]

Eine Spannungsverringerung um 5% wird die Lebensdauer der Glühbirne verdoppeln, aber die Lichtleistung um etwa 16% verringert. Langlebige Glühbirnen nutzen diesen Kompromiss in Anwendungen wie Verkehrssignallampen. Da die elektrische Energie mehr als die Kosten der Glühbirne kostet, betonen die allgemeinen Servicelampen die Effizienz gegenüber der langen Betriebslebensdauer. Ziel ist es, die Lichtkosten zu minimieren, nicht die Kosten für Lampen.^[67] Frühe Glühbirnen hatten ein Leben von bis zu 2500 Stunden, aber 1924 die Phoebus -Kartell stimmte zu, die Lebensdauer auf 1000 Stunden zu beschränken.^[124] Als dies 1953 ausgesetzt wurde, drohten General Electric und andere führende amerikanische Hersteller, die Lebensdauer zu begrenzen.^[125]

Die oben genannten Beziehungen sind nur für wenige prozentuale Spannungsveränderungen um Standardbedingungen gültig. Das "Hundertjahreslicht"Ist eine Glühbirne, die von der akzeptiert wird Guinness -Buch der Weltrekorde als fast kontinuierlich bei a Feuerwehr in Livermore, KalifornienSeit 1901 emittiert die Glühbirne jedoch das äquivalente Licht einer Vier -Watt -Glühbirne. Eine ähnliche Geschichte kann von einer 40-Watt-Glühbirne in Texas erzählt werden, die seit dem 21. September 1908 beleuchtet wird. Sie lebte einst in einem Opernhaus Wo bemerkenswerte Prominente anhielten, um seinen Glühen zu beziehen, und 1977 in ein Museum in ein Museum verlegt wurde.^[126]

Photoflood -Lampen Wird zur fotografischen Beleuchtung verwendet, bevorzugt die Lichtleistung im Laufe des Lebens, wobei einige nur zwei Stunden dauern. Die obere Temperaturgrenze für das Filament ist der Schmelzpunkt des Metalls. Wolfram ist das Metall mit dem höchsten Schmelzpunkt, 3.695 K (3.422 ° C; 6,191 ° F). Beispielsweise ist eine 50-Stunden-Projektionsbirne so ausgelegt, dass sie nur 50 ° C unter diesem Schmelzpunkt betrieben wird. Eine solche Lampe kann bis zu 22 Lumen pro Watt erzielen, verglichen mit 17,5 für eine 750-stündige allgemeine Servicelampe.^[67]

Lampen der gleichen Leistungsbewertung, die jedoch für verschiedene Spannungen entwickelt wurden, haben eine unterschiedliche leuchtende Wirksamkeit. Beispielsweise produziert eine 100-Watt-, 1000-stündige, 120-Volt-Lampe etwa 17,1 Lumen pro Watt. Eine ähnliche Lampe für 230 V würde nur etwa 12,8 Lumen pro Watt erzeugen, und eine für 30 Volt (Zugbeleuchtung) würde bis zu 19,8 Lumen pro Watt produzieren.^[67] Untere Spannungslampen haben ein dickeres Filament für die gleiche Leistungsbewertung. Sie können für das gleiche Leben heißer laufen, bevor das Filament verdunstet.

Die zur Unterstützung des Filaments verwendeten Drähte machen es mechanisch stärker, entfernen jedoch Wärme, wodurch ein weiterer Kompromiss zwischen Effizienz und langer Lebensdauer entsteht. Viele 120-Volt-Lampen für allgemeine Dienstleistungen verwenden keine zusätzlichen Stützdrähte, aber Lampen, die für "entwickelt wurden"grobe Service"oder" Vibrationsdienst "können bis zu fünf Personen enthalten. Niederspannungslampen haben Filamente aus schwererem Draht und erfordern keine zusätzlichen Stützdrähte.

Sehr niedrige Spannungen sind ineffizient, da die Bleidrähte zu viel Wärme vom Filament wegführen würden, sodass die praktische Untergrenze für Glühlampen 1,5 Volt beträgt. Sehr lange Filamente für Hochspannungen sind zerbrechlich, und die Lampenbasen werden schwieriger zu isolieren, sodass die Beleuchtungslampen nicht mit Nennspannungen über 300 Volt hergestellt werden.^[67] Einige Infrarotheizelemente werden für höhere Spannungen hergestellt, diese verwenden jedoch röhrenförmige Lampen mit weit getrennten Klemmen.

• 

  Das Hundertjahreslicht ist die am längsten anhaltende Glühbirne der Welt.

• 

  Verschiedene Beleuchtungsspektren, wie sie in a betrachtet werden Beugungsgitter. Oben links: Fluoreszenzlampe, Ober rechts: Glühlampe, unten links: Weiße LED, unten rechts: Kerzenflamme.

Siehe auch

• 3-Wege-Lampe
• Blitz (Fotografie)
• Lampenschirm
• Lichtrohr
• Glühbirne Witze
• Liste der Lichtquellen
• Längste anhaltende Glühbirnen
• Über-Illumination
• Photometrie (Optik)
• Widerstandsdraht
• Spektrometer

Erläuternder Vermerk

Verweise

Externe Links

• Lichtquellenspektren 60 W-100 W Glühlampen-Glühbirnen-Spektren aus dem Cornell University-Programm für Computergrafiken
• Zeitlupenvideo eines Glühbirnenfilaments
• Ribbon-Maschine in Osram-Sylvania im Jahr 2016 in Betrieb