Поиск
Свежие комментарии

Белые пятна лампы накаливания

Две лампочки последовательно

Две лампочки от новогодней гирлянды включены последовательно

Сегодня, когда народ готовится встречать Новый год, на блоге СамЭлектрик.ру мы уже думаем о Лете. Точнее, о летнем Конкурсе статей, первая статья которого публикуется сегодня!

Статью можно считать научно-теоретической, а скорее инженерно-практической.
Не вызывает сомнения, что статья может оказаться интересной для инженеров и техников, деятельность которых связана с эксплуатацией такого простого и знакомого всем нам прибора как лампочка накаливания. А также – для всех, кто интересуется физикой.

Напоминаю, что по у меня на блоге уже была попытка исследовать данный вопрос – в моей статье “Сопротивление нити лампочки накаливания

Не смотря на обыденнность лампочки, не смотря на ее “повседневность”, особенности ее эксплуатации имеют то, что принято называть “белыми пятнами”.

В настоящий момент электрические параметры лампы накаливания невозможно рассчитать, если режим эксплуатации отличается от паспортного (от того режима на который лампочка спроектирована). Автор предлагает физическую модель, в рамках которой удается получить ряд формул, пригодных для решения широкого круга практических инженерных задач.

Автор – Станислав Альбертович Матросов. Проживает в Санкт-Петербурге.
По образованию инженер-электрик. Закончил ЛЭТИ им. В.И.Ульянова\Ленина\ в 1977 году по специальности “Оптико-физические приборы”.

Статью не без оснований можно считать пусть маленьким, но вполне НОВЫМ словом в вопросах инженерно-практического применения таких “обычных но необычных” приборов, как лампочка накаливания.

Предоставим слово автору….

Выражаю признательность владельцу ресурса за любезно предоставленную возможность опубликования этого мемуара.

Матросов С.

Лампа накаливания

Настоящую статью предлагается понимать как расширенное толкование (или пояснение) статьи «Закон Кеплера для лампочки накаливания» – https://www.proza.ru/2016/09/19/1858

В указанной статье приведена формула, позволяющая обсчитывать параметры лампы накаливания в произвольных режимах, в том числе и в режимах, отличающихся от паспортных.

Формула зависимости напряжения и мощности лампочки

Это основная формула статьи, вывод которой будет приведён ниже. Формула  выглядит так:1. Лампа накаливания: отношение куба напряжения к квадрату мощности

Для любой лампы накаливания существует параметр, стабильный в широком диапазоне электрических режимов. Этим параметром является отношение куба напряжения к квадрату мощности.

Методика использования формулы проста.

Берем лампочку, читаем на колбе или на цоколе параметры,  на которые она расчитана  – 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.

Вот и рассмотрим вопросы, связанные с правильной эксплуатацией формулы, а так же с теми ограничениями, котрые неизбежны ввиду того что «абсолютных» формул просто не бывает.

Однако, сначала немножко «теории»…

 


Может, это тоже будет интересно?


Базовые «теоретические» предпосылки

Формула была получена в предположении того, что в металле (из которого состоит нить накаливания) ток и сопротивление имеют единую физическую сущность.

 

В упрощенном виде это можно рассуждать примерно так.

Сообразно современным воззрениям, ток представляет собой упорядоченное движение носителей заряда. Для металла это будут электроны.

Было сделано предположение, что электрическое сопротивление металла определяется  ХАОТИЧЕСКИМ движением тех же самых электронов.

С возрастанием температуры нити, хаотическое движение электронов возрастает, что, в конечном итоге, и приводит к возрастанию электрического сопротивления.

 

Еще раз. Ток и сопротивление в нити накаливания – суть одно и тоже. С той лишь разницей, что ток – это упорядоченное движение под действием электрического поля, а сопротивление – это хаотическое движение электронов.

 

Немножко «алгебраической схоластики»

Теперь,  когда с “теорией” покончено (улыбнулся), приведу алгебраические выкладки для вывода  «главной» формулы.

Каноническая запись закона Ома выглядит:

I  *  R  =  U

2. Преобразование записи закона ОмаДля приведения в соответствие количественных значений, необходимо ввести соответствующие коэффициенты пропорциональности, для токовой компоненты – Кт и для резистивной компоненты – Кр:3. коэффициенты пропорциональности, для токовой компоненты - Кт и для резистивной компоненты - Кр

Самые общие соображения подвигают к мысли, что эти коэффициенты должны быть взаимно обратными величинами, а значит:4. коэффициенты должны быть взаимно обратными величинами

В этом случае, попарно перемножая правые и левые части (в системе уравнений),  мы возвращаемся к исходной записи закона Ома:

I * R = U

 

Окончательный вывод формулы

Рассмотрим подробнее систему уравнений:5. Система уравнений для тока и сопротивления

Возведем в квадрат первое уравнение и попарно перемножим их.6. Перемножим уравнения для тока и сопротивления

В левой части мы видим выражение для мощности, а так же памятуя о том, что произведение коэффициентов равно единице, окончательно перепишем:7. Выражение мощности через напряжение

Отсюда получим выражение для токового коэффициента:8. получим выражение для токового коэффициента

И для резистивного коэффициента (они взаимообратны):9. для резистивного коэффициентагде Рном и Uном – это номинальные мощность и напряжение, маркированные на цоколе или на колбе лампы.

 

Осталось подставить эти значения коэффициентов в “РАСЩЕПЛЕННУЮ” формулу Закона Ома, и мы получим окончательные выражения для тока и сопротивления.10. окончательные выражения для тока и сопротивления

 

Домножая последнее соотношение на Ux, получим:11. формула для мощности

 

Чтобы не забивать себе голову этими квадратами, кубами и  корнями, достаточно запомнить простую зависимость, которая вытекает из последнего соотношения . Возводя  последнее соотношение  в квадрат, мы получаем ясную и понятную формулу:12. Для любой лампочки с вольфрамовой нитью накала отношение куба напряжения  к квадрату мощности является величиной ПОСТОЯННОЙ

Для любой лампочки с вольфрамовой нитью накала отношение куба напряжения  к квадрату мощности является величиной ПОСТОЯННОЙ.

Полученные соотношения показали прекрасное соответствие практическим результатам (измерениям) в широком диапазоне изменения параметров напряжения и для весьма различных типов ламп накаливания, начиная от комнатных, автомобильных и заканчивая лампочками для карманных фонариков…

 

Некоторые общие рассуждения по сопротивлению лампочек накаливания

Безусловно,  для малых значений напряжения (когда приложенное напряжение ЗНАЧИТЕЛЬНО отличается  от паспортного), наши формулы будут “подвирать”.

Например, при расчете сопротивления комнатной лампочки накаливания 95W , 230V, подключенной  к источнику напряжения 1 вольт, формула13. формула сопротивления лампочки

дает значение сопротивления нити 36,7171 ом.

Если предположить, что мы подали на лампу напряжение 0,1 вольта, то расчетное сопротивление  нити составит 11,611 ом…

Интуиция подсказывает, что дело обстоит не совсем не так, а скорее совсем не так…

 

В области малых напряжений формула будет стабильно “низить” значение расчетного сопротивления по сравнению с фактическим, и дело тут вот в чем…

 

В рассматриваемой концепции неявно предполагается, что хаотическое движение электронов “ЗАМРЕТ” при отсутствии внешнего приложенного напряжения. Однако, очевидно, что движение электронов не  “замирает” даже в отсутствие приложенного внешнего напряжения (если лампа просто лежит на столе  и никуда не включена).

Хаотическое движение электронов имеет ТЕПЛОВУЮ природу и обусловлено ЕСТЕСТВЕННОЙ ТЕМПЕРАТУРОЙ нити накаливания.

Этот момент формулой не учитывается и прямое измерение сопротивления нити прибором неизбежно покажет отличие измеренного значения сопротивления против расчетного.

 

Излучение и КПД лампочки накаливания

Прежде чем разобраться с вопросом применимости формулы для обсчета режимов “малого напряжения”,  следует акцентировать внимание на один момент.

Лампочка представляет собой почти идеальный преобразователь электрической мощности в лучистую  энергию.

То обстоятельство, что разработчики лампочек упорно бьются за повышение КПД лампочки, никоим  образом не влияет на данное утверждение. Лампа накаливания – идеальный преобразователь электрической мощности в излучение.

 

Дело в том, что разработчики стремятся повысить выход СВЕТОВОЙ энергии, и именно в этом смысле  вычисляют КПД. Разработчик стремится повысить коэффициент преобразования электрической  мощности именно в СВЕТОВОЕ излучение, в излучение, находящееся в видимом диапазоне.

Этот КПД у лампочки действительно МАЛ. Однако лампочка прекрасно излучает ВО ВСЕМ спектре и очень много в инфракрасном диапазоне, там, где наш глаз не видит.

 

Для расчета сугубо электрических параметров нам совершенно не важно, В КАКОМ диапазоне излучает лампочка. Нам важно лишь помнить, что лампочка ИЗЛУЧАЕТ ВСЕГДА, если только на нее подано хоть какое-то (пусть даже самое малое) напряжение. И важно помнить, что подводимая мощность рассеивается именно в форме излучения.

Сколько электрической мощности подано на лампу, именно ТАКАЯ мощность и рассеется в форме излучения.

Закон сохранения энергии никто не отменял и второй закон термодинамики тоже никто не отменял. А значит, сколько прибыло – столько и убыть должно. И убудет именно в форме излучения, ибо больше энергии деваться просто НЕКУДА – только в излучение. Это очень важное обстоятельство.

 

Конструктивно нить накаливания представляет собой тонюсенькую вольфрамовую проволочку диаметром порядка 50 микрон и длиной порядка полуметра, свернутую в в спиральку замысловатой конфигурации.

Вакуум в колбе исключает возможность конвекционного теплообмена – ТОЛЬКО ЧЕРЕЗ ИЗЛУЧЕНИЕ.

Конечно, какая то доля тепла уходит через усики лампы, на которой крепится спиралька, но это мизер.

Чтобы наглядно представить себе эту малость, можно провести аналогию.

Повторю, сама вольфрамовая ниточка – аккурат размером с волосок из косички первоклассницы 50 см  в длину и 50 микрон в диаметре.

Если наглядно увеличить этот волосок.… это как если мы имеем проводочек диаметром 1 мм и длиной  10 метров! Здравый смысл подсказывает, что охлаждаться этот проводок вовсе НЕ путем теплообмена на краях. Да, что-то уйдет и в местах контакта, но основная мощность рассеется по всей длине проводка.

Для случая спирали, расположенной в вакууме, вся мощность уйдет В ИЗЛУЧЕНИЕ и не важно в каком  диапазоне спектра…

 

Важный эксперимент с измерением сопротивления Омметром

Любой, даже самый маленький ток БУДЕТ оказывать тепловое воздействие на проводок, НАГРЕВАЯ его…

Измеряя тестером сопротивление лампочки мы… пропускаем через нее ТОК. Ток от тестера маленький, но он ЕСТЬ. Следовательно, измеряя сопротивление нити, мы НАГРЕВАЕМ нить и, как следствие этого, меняем значение параметра самим фактом измерения.

Грубо говоря, тестер ТОЖЕ ВРЕТ. Тестер показывает НЕ ИСТИННОЕ значение сопротивления спирали.

 

Для того чтобы убедиться в этом обстоятельстве, можно проделать несложный эксперимент. Это доступно любому.

Можно ОДНИМ И ТЕМ ЖЕ тестером отобрать две лампочки с одинаковыми (близкими) значениями “холодного” сопротивления нити, и измерить сопротивление ДВУХ лампочек сначала каждую порознь, а потом соединенных последовательно.

 

Неоднократные измерения показывают, что сумма сопротивлений, измеренных порознь, НЕ СОВПАДАЕТ с суммарным сопротивлением последовательного включения…

Еще раз.

Мы измеряем сопротивления лампочек порознь.

Затем мы измеряем сопротивление последовательного включения.

И мы  УСТОЙЧИВО наблюдаем, что сумма сопротивлений измеренных “по одиночке” оказывается БОЛЬШЕ чем суммарное сопротивление лампочек, включенных последовательно.

Прибор один и тот же, диапазон измерения не переключался, так что методические погрешности измерения исключаются.

И все становится ПОНЯТНО.

Последовательное сопротивление двух спиралей УМЕНЬШАЕТ ток  от тестера, и нити нагреваются меньше.

А когда мы меряем лампочки порознь, то ток измерения больше и соответственно увеличиваются показания прибора за счет пусть даже небольшого, но УВЕЛИЧЕНИЯ температуры нитей вследствие нагрева в процессе измерения…

 

Раньше (четверть века назад, когда еще цифровые тестеры были экзотикой) было невозможно стрелочным индикатором уловить эту разницу. Сейчас в любом доме имеется  китайский цифровой тестер и любой человек, может проделать этот несложный эксперимент.

Разница в сопротивлениях невелика, но разница ОЧЕВИДНА, что исключает даже намек на возможную некорректность опыта.

Я подключил лампочки, подключил тестер и сфотографировал результаты таких экспериментов. На фотографиях прекрасно видно, что тестер показывает пониженное сопротивление лампочек, включенных последовательно.

Измерение сопротивления первой лампочки. 72 Ом.

Измерение сопротивления первой лампочки. 72 Ом.

Измерение сопротивления второй лампочки. 65,2 Ом.

Измерение сопротивления второй лампочки. 65,2 Ом.

На фотографиях для бытовых лампочек 60 Ватт 220 Вольт сумма сопротивлений, измеренных порознь:  72,0  +   65,2   =  137,2 ом.

Однако, измеряя сопротивление последовательно, прибор “низит” показание  до 136,8 ом!

Измерение сопротивления двух последовательно соединенных лампочек. 136,8 Ом

Измерение сопротивления двух последовательно соединенных лампочек. 136,8 Ом

 

Аналогичная картина наблюдается для гирляндных лампочек:

Первая лампочка

Первая лампочка

Вторая лампочка

Вторая лампочка

Две лампочки последовательно

Две лампочки последовательно

Вывод. Расчетная формула показывает ЗАНИЖЕННОЕ значение сопротивления “холодной” спирали.

Измерение тестером показывает ЗАВЫШЕННОЕ сопротивление “холодной” спирали.

Возникает естественная мысль – Как страшно жить!!! Кому верить?

\смеюсь\

Попробуем разобраться в этом вопросе…

 

Мощность излучения по отношению к окружающему фону

Оценим мощность излучения лампы, соответствующую температуре окружающего фона.

Известно, что постоянная Стефана-Больцмана  σ = 5,670373·10-8 , тогда мощность излучения с квадратного метра

Р = σ SТ4

В качестве произвольного оценочного значения примем диаметр спирали 40 микрон, а длину 50 см. Температура нормальных условий 293К (20С). Подставив эти данные в формулу Стефана-Больцмана, получим мощность излучения при температуре 0,026258 Ватт.

Для интереса вычислим мощность при некоторых различных температурах окружающей среды:

 

Минус 40   (233К)                              0,0105 Ватт

Минус 20   (253К)                             0,0146 Ватт

Нуль           (273К)                              0,0198 Ватт

Плюс 20     (293К)                            0,026258 Ватт (норм.условия)

Плюс 40     (313К)                             0,0342 Ватт

 

Для курьеза можно привести расчет излучения лампы, когда температура окружающей среды равна 2300К:

Р =  99,7 Ватт.

Что вобщем неплохо согласуется с реальным положением вещей – лампа, расчитанная на 100 ватт нагревается до температуры 2300К.

Можно с высокой долей уверенности заявить, что данная геометрия спирали соответствует  «стоваттной» лампочке, рассчитанной на 220 вольт.

 

А теперь пересчитаем эти величины мощностей к «приведенному» напряжению. Как если бы температура окружающей среды соответствовала Абсолютному Нулю, а к лампе было приложено некоторое напряжение, нагревающее спираль.

Для пересчета используем полученное соотношение что напряжения и мощности соответствуют степеням «три» и «два».

 

темпер, Кнапряжение, В
2330,489665457
2530,609918399
2730,747109176
2930,902119352
3131,075809178

 

Из таблицы видно, что “токовая” мощность лампочки при напряжении  на ней 0,902…Вольт нагревает спираль до температуры 293К. Аналогично, “токовая” мощность при напряжении 1,0758 Вольт нагреет спираль до температуры 313К (на 20 градусов выше).

Повторю еще раз, это при условии, что температура окружающей среды равна Абсолютному Нулю.

 

Вывод. Весьма малое изменение напряжения оказывает значительное влияние на температуру нити. Изменили напряжение на каких то семнадцать сотых Вольта (1,0758 – 0,902 = 0,1738) а температура возросла на 20 градусов.

 

Эти расчеты  весьма условны, но в качестве ОЦЕНОЧНЫХ величин их можно использовать.

Оценка естественно очень грубая, ибо закон Стефана-Больцмана описывает излучение «идеального» излучателя – абсолютно черного тела (АЧТ), а спираль весьма отличается от АЧТ, но, тем не менее, получили «цифирь» весьма правдоподобную…

Из экселовской таблички видно, что уже при напряжении на лампе 1 вольт, температура спирали будет 40 градусов по Цельсию. Приложим больше, будет больше.

Напрашивается естественный вывод, что при напржении 10-15 вольт нить будет достаточно горячая, хотя визуально это не будет видно.

На глаз нить будет казаться «ЧЕРНОЙ» (холодной) вплоть до температур 600 градусов (начало излучения в видимом диапазоне).

 

Желающие «погонять цифирь» могут это сделать самостоятельно, используя формулу Стефана- Больцмана.

Результаты будут условными, ввиду того что (как было сказано выше) спираль имеет некоторое альбедо и не соответствует излучателю АЧТ, НО(!)  оценка температур будет вполне достоверной…

Повторю – именно ОЦЕНКА. Нить начинает светиться примерно с 20 вольт.

 

Дополнительно хотел бы обратить внимание на разброс параметров лампочек.

На фотографии с тестером, маленькие лампочки (гирляндные) были мной отобраны и откалиброваны весьма тщательно. Для разных измерительных целей и опытов. Потому то они и показывают одинаковое сопротивление, что называется «пуля в пулю».

А вот большие лампочки, я их просто принес из магазина, не отбирая по параметрам и хорошо видно, что разброс магазинных лампочек наблюдается в весьма широком диапазоне. Вплоть до 10%.

Это обстоятельство дополнительно указывает, что погрешности расчета оказываются МЕНЬШЕ чем реальный разброс лампочек.

 

Некоторые дополнительные формулы

Выше я вывел формулу, что для любой лампочки отношение куба напряжения к квадрату мощности – есть величина постоянная .

Исключительно в целях удобства предлагаю представить эту константу в виде квадрата некоторой величины.  Назовем ее параметром S и перепишем главную формулу14. Определение параметра S

Удобства предлагаемой методики просматриваются вот в каком аспекте. Поскольку параметр S оказывается неизменным в широком диапазоне напряжений, то открывается возможность обсчитывать схемы из лампочек, скомбинированных произвольным образом.

Для этого будет полезен ряд формул, которые легко выводятся самостоятельно.15. формулы для сопротивления, тока и мощности лампы накаливания

Для последовательного и параллельного сопротивления можно использовать формулы:16. формулы для последовательного и параллельного соединения ламп накаливания

Для случая, когда лампа включается последовательно с балластным резистором, для расчета напряжение на ней необходимо решить простенькое квадратное уравнение приведенного вида:

U  + ( Rрезист / Sлампы) * корень(U)  =  U питания.

 

Вот собственно и все……..

 


Рекомендую ещё:


Статья понравилась?
Добавьте её в свою соц.сеть и дайте оценку!

Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5
(5 оценок, среднее: 4,20 из 5)
Загрузка...


Если статья оказалось полезной или появились вопросы -
пожалуйста, оставьте комментарий.

(через форму ВКонтакте, или через обычное комментирование)


20 комментариев
на “Белые пятна лампы накаливания”

  • maratNo Gravatar:

    Благодарю Александра и Станислава за разъяснение “белых пятен”,давно хотел это понять!

    Ответить
    • Александр/СамЭлектрикNo Gravatar:

      Спасибо.
      Кстати, это относится к любым лампам накаливания, любой конструкции и фирмы!

      Ответить
  • BashirNo Gravatar:

    Очень интересная статья, но в некоторых рассуждениях явные ошибки. Например, у нити вольфрама толщиной 40 микрон и длиной 50см расчетное холодное сопротивление получается около 22 Ома, а это будет скорее лампа на 200 Вт (измерьте, у 100-ваттной сопротивление около 50 Ом). Видимо, не “абсолютная черность” вольфрама сказывается гораздо весомее…

    Ответить
  • СтаниславNo Gravatar:

    Приветствую всех… я чуть попозже добавлю еще разных “пространных рассуждений” для более полного понимания процесса…
    Уточню Александра – галогенные лампочки я не смотрел… там добавится еще конвекционна составляющая но НЕ СИЛЬНО…ибо даже наличие газа-наполнителя все равно не создает “ветра”… Интуитивно (от опыта) я чувствую что и галогенные лампы можно обсчитывать… а вот сберегайки нельзя…там встроенная схема…

    Ответить
  • BashirNo Gravatar:

    В догонку к сказанному. Описываемая автором спираль (на деле 200Вт) при 200 Ваттах нагреется до 2735 К или 2362 градуса по Цельсию. Возможно, это и есть реальная рабочая температура спирали лампы 200Вт. А автор слегка подогнал (без обид) выводы. Но повторюсь, статья хорошая!

    Ответить
  • BashirNo Gravatar:

    Тьфу, ошибся. 2462 по Цельсию , а не 2362!

    Ответить
  • СтаниславNo Gravatar:

    Уважаемый Башир (наверное так пишется кириллицей)))
    Я не то что бы обижаюсь, я СЧАСТЛИВ вашему замечанию)))

    Да…я подгонял, но подгонял под ПОЭТИЧЕСКУЮ АЛЛЕГОРИЮ “волосок из косички первоклассницы”)))
    И то что фактически делая этот абсолютно ДИКИЙ пересчет, пренебрегая погрешностями отклонения от АЧТ и массой прочих допущений… То что я “ПОПАЛ В МИШЕНЬ” и это подтверждаете даже Вы, сторонний эксперт, это меня бесконечно РАДУЕТ!!!
    Честное слово говорю…
    Я же не ставил целью попасть “в десятку”… Я ставил целью “попасть в мишень”.

    Эти расчеты мне нужны были для ОЦЕНКИ НИЖНЕГО предела мощности…
    Нижнего предела, при котором формула начнет давать “непредсказуемый” результат…и я там нашел порядок этой величины 0,0262 Ватта…
    Вот ЭТУ цифирь я и пытался “ущучуть”… Ну пусть она будет не 0,0262…пусть 0,05 Ватт или 0,01 Ватт
    Окончательно, можно смело прогнозировать, что это будут ДЕСЯТКИ миллиВатт…
    А это в свою очередь пересчитывается на ОДИН (или доли) Вольт приложенного напряжения…

    Вот к чему я подкрадывался…
    При каком напряжении надо СОМНЕВАТЬСЯ в результатах расчета?
    И для ламы на 220 вольт это оказывается 1 вольт… Значит если будет приложено 10 вольт – то все уже будет стрелять гораздо точнее…

    Огромное вам спасибо…
    Потому что, вы сами понимаете, когда варишься “в собственном соку”, то глаз “замыливается” и ваше замечание уместно и очень очень ПОЛЕЗНО!!!

    Ответить
  • BashirNo Gravatar:

    Спасибо, Станислав, за адекватную реакцию на моё замечание! Я надеюсь создать с помощью Вашей формулы Spice модель лампы накаливания – готовую не нашёл нигде. Если в Вашей формуле использовать вместо Ux сумму Ux+U0, где U0 – соответствующая температуре воздуха “приведенное напряжение”, возможно формула будет корректна для ВСЕХ значений напряжения? Тогда U0 можно вычислить прямо из Вашей формулы, подставив туда Ux=0 (либо, если совсем точнее, напряжению на лампе при измерении сопротивления, которое обычно ничтожно) и измеренное начальное сопротивление спирали ! Что Вы об этом думаете?

    Ответить
  • СтаниславNo Gravatar:

    Приветствую, Башир…
    Я не очень понимаю что такое Спайс-модель, но ориентируясь на формульную запись (Ux + U0), я считаю что в области малых напряжений это будет некоторое подспорье…

    Вот смотрите.
    Александр в ссылке на свою работу (в самом начале моей статьи есть ссылка на его статью, где он достаточно скурпулезно провел снятие ВАХ для лампочки ЛИСМА…

    Я из “спортивного” интереса решил ПРОВЕРИТЬ его АККУРАТНОСТЬ и пересчитал значение S для каждой точки.
    Согласно моей модели S должно быть постоянно во всем диапазоне измерения…
    Вот что я получил. Приведу результат моей проверки:

    напр 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

    S 2,571 2,857 2,916 2,916 2,928 2,911 2,901 2,899 2,886 2,885 2,878 2,882

    (таблицу не удалось втиснуть… разберетесь)
    Усредненное значение S = 2,869

    Хорошо видно, что в левой части имеем “завал” характеристики.
    При напряжении 2 вольта параметр S падает на 11%
    А в остальном диапазоне имеем достаточно ровную “полку”.

    Если использовать формулу для вычисления сопротивления
    Rx = S * корень( Ux + Uo )
    ТО завал слева можно как то компенсировать ибо по моим соображеним значение Uo будет порядка одного Вольта, и его влияние скажется ТОЛЬКО на левой части характеристики.

    Но тут есть одно “подводное место”.
    Дело в том что параметр S некоторым образом характеризует энергоемкость спирали. Не мощность, а именно энергоемкость. И этот параметр “завязан” на ГЕОМЕТРИЮ спирали, на размер, а точнее на массивность спирали…

    И я опасаюсь, что вам придется вводить значение Uo РАЗЛИЧНОЕ для каждого типа лампы…
    Вот в чем тонкость.
    Для одного типа лампы будет одно значение Uo, а для другого типа лампы – другое…

    И второй момент будет связан с тем, что разброс конкретных ЭКЗЕМПЛЯРОВ лампочек очень велик…
    Делают их НЕБРЕЖНО (плюс-минус лапоть) и индивидуальные характеристики могут отличаться даже и на 10%. Это я проверял… Стабильный разброс – 7%
    ——–
    Но для одного типа ламп такую обобщенно-уточненную модель построить можно.
    Это я опять высказал интуитивное соображение.
    =============
    Но вообще мне понравилась ваша задумка ввести КЛИМАТИЧЕСКУЮ составляющую… Я честно признаюсь я УПЕРСЯ в проблему климатики и даже делал опыты давно… Клал лампочку в морозилку и выводил проводки наружу, “вымораживал” лампочку и измерял)))
    И пришел к выводу что климатика дело такое непредсказуемое, что отыскав формулу постоянства параметра S в РАБОЧИХ диапазонах, я “воодушевился” настолько, что плюнул на климатику и сказал сам себе – И так сойдет))))))))
    И в самом деле… поведение лампы при малых напряжениях радикально отличается – или я делаю в комнате на столе…или я делаю зимой на балконе)))
    Но мне было бы интересно узнать результаты ваших изысканий… если что-то вытанцуется, то предлагал бы обменяться информацией на страницах этого блога…

    Ответить
  • СтаниславNo Gravatar:

    использование лампочки при малых напряжениях выводит на совершенно иной круг задач…я то ориентировался на “осмысленное” построение бареттерных схем…
    А в малом сигнале лампочку можно использовать например, как датчик… или какой-либо климатический компенсатор… то есть совсем ИНАЯ СФЕРА вопросов)))

    Ответить
  • Дмитрий МNo Gravatar:

    Да, статья интересная…оригинальный подход автора… И самое главное – ФОРМУЛА РАБОТАЕТ!!! Она приведена как раз для быстрых практических расчетов и действует в широком диапазоне напряжений!!! Респект, Станислав!!! 🙂

    От себя хочу лишь добавить, что характеристики ЛН при напряжении отличном от рабочего, вобщем-то давно уже известны. И это не такое уж “туманное” дело. 😉 К примеру вот обобщенные характеристики ЛН (ток, мощность, светоотдача, световой поток, срок службы) при напряжении от 80% до 120% от номинального:

    http://bookre.org/reader?file=532910&pg=75

    Формулы тока, мощности и т.д ЕЩЕ могут быть получены методом простой апроксимации (подгонки) подходящей функции.

    Вот например приближенные формулы для тех, кого волнует срок службы ЛН:

    Срок службы (относительно 1):
    T~=(Uном/U)^13

    Формула дающая более точный результат для ПОНИЖЕННОГО напряжения:
    T~=2,045*10^6/exp(14,51*U/Uном)
    -эта формула получена мной простой подгонкой функции по точкам. И тоже лет 20 назад. 🙂

    Световой поток:
    L~=(U/Uном)^3,4

    Ответить
  • СтаниславNo Gravatar:

    Дмитрий, приветствую вас и с Новым Годом наступающим…
    Вы верно отметили… хотелось отыскать ПРОСТУЮ формулу “для калькулятора”))) чтоб если компутера под рукой нет, чтоб можно было “прикинуть цифирь”…
    я не без удовлетворения где то и написал – ПРОСТАЯ И ПОНЯТНАЯ зависимость)))

    Сейчас Новый Год наступает со стремительностью “падающего домкрата”)))
    После НГ я с интересом ознакомлюсь с вашими наработками)))
    и в самом деле с интересом, потому что эти лампочки мне “всю жизнь переехали”)))
    кстати Башир сделал весьма ценное замечание …вводить поправку
    вместо “Корень (U)” использовать Корень “(U+Uо)”, если дело касается малого сигнала… где Uo – это проста маленькая добавка на тепловую добавку резистивности…
    Ну так… один вольт вставить и не заморачиваться…
    Да и сам тестер порядка 1 вольта дает подпор на лампу…
    Ну…ладно…все это потом… после НГ)))
    Поздравлю вас и ВСЕХ кто заглянул в статью :
    С НАСТУПАЮЩИМ Новым Годом!!!

    Ответить
    • Дмитрий МNo Gravatar:

      Приветствую, Станислав и С Наступающим Новым Годом!!! А также поздравляю Александра и всех кто заглянул сюда… 😉 И спасибо отдельно Вам за отличную статью, а Александру за публикацию и хороший сайт!!!

      Меня тогда в основном интересовала долговечность ЛН как функция от напряжения: что бы можно было прикинуть сколь долго будет работать лампа при таком-то напряжении.) Была проделана обычная подгонка подходящей кривой (функции) под уже известные точки графиков, в результате чего была получена вышеупомянутая формула… Такую же подгонку можно проделать и для графиков тока, мощности и тд. Если конечно Вам интересен сам процесс подгонки, расскажу подробнее сей алгоритм… 🙂

      Еще раз: с Наступающим Вас и всех прочитавших! 🙂

      Ответить
      • Александр/СамЭлектрикNo Gravatar:

        Всем спасибо!
        Хорошо отпраздновать, и в Новый год – с новыми силами!

        Ответить
  • wolframbel.byNo Gravatar:

    Хорошая статья, спасибо, сейчас проблемы часто с энергосберегающими лампочками)

    Ответить
  • СтаниславNo Gravatar:

    Я вроде бы указал в статье, что на сберегайки этот метод не распространяется.
    Сберегайки это “обманка”. Они выдуманы чтобы взвинтить цены.
    Срок службы сберегайки очень сильно зависит от интенсивности включений и выключений.
    Поэтому радикального выигрыша не получается.
    Цена обычной лампочки 15 рублей, а сберегайка 150.
    Выигрывая в стоимости электроэнергии мы проигрываем в стоимости лампочек.
    Во всяком случае, лично по моим наблюдениям получается “шило на мыло”

    Ответить
  • Валентин ПетровичNo Gravatar:

    Спасибо автору за труд.
    Меня заинтересовал помимо прочего этот отрывок:
    “И важно помнить, что подводимая мощность рассеивается именно в форме излучения.
    Сколько электрической мощности подано на лампу, именно ТАКАЯ мощность и рассеется в форме излучения.”

    Вот какой вопрос я хочу задать. Известно, что в космосе, как и в лампочке, вакуум. И если к космическому кораблю подводится мощность от солнца посредством светового излучения, то он должен нагреваться. Вспомните, как нагреваются металлические предметы в летний полдень, а в космосе нагрев должен быть ещё больше, поскольку нет атмосферы.

    Вопрос. Куда девается эта тепловая энергия? она должна ведь излучаться, причем со стороны, обратной солнцу? И это должен быть активный излучатель, ведь мощность излучения должна быть немалой! А посредством теплового контакта, как на земле, нагрев не устранить, ведь вокруг вакуум. Значит, отдать энергию можно только за счет излучаемой (переизлучаемой) энергии.

    Интересны ваши мысли, коллеги.
    Спасибо.

    Ответить
  • СтаниславNo Gravatar:

    Уважаемый Валентин Петрович, я не спец по космическим кораблям (улыбнулся), но рискну ответить…
    В конце сообщения вы сами употребили слово ПЕРЕИЗЛУЧАЕТ…

    Температурный баланс космического корабля НУ ОЧЕНЬ напоминает температурный баланс той же лампочки накаливания, ЛЕЖАЩЕЙ НА ПОДОКОННИКЕ и никуда не подключенной.
    Ночью нить (и вообще все “внутренности”) лампочки охлаждается до тех пор пока не наступает ВЫРАВНИВАНИЕ ночного притока тепла и собственного излучения нити.
    Днем солнце начинает нагревать спираль находящуюся в вакууме НО(!) нагревает не до “безумно горячей” температуры, а до тех пор пока собственное излучение не уравновесит приток энергии извне (от солнца).
    То же самое и с космическим кораблем…
    Солнце нагревает его обшивку до тех пор пока подводимая мощность излучения от солнца не уравновесится собственным излучением космического корабля…

    Резюме. Если наблюдаем НАГРЕВ, значит приток энергии больше чем потери. Если имеем ОХЛАЖДЕНИЕ, значит приток энергии извне меньше собственного излучения…
    И третья ситуация – если тело находится в равновесном температурном режиме – значит сколько приходит ИЗВНЕ, столько же излучается и ВОВНЕ….

    Ответить
  • Дмитрий МNo Gravatar:

    Станислав, интересно, если Вы пришли к этому 20 лет назад, то не пытались ли опубликовать все в научно-технических журналах? Таких как скажем “Радио”, “Техника молодежи”, “Изобретатель-рационализатор” и тд?… Эта основная формула сняла бы очень многие вопросы по расчету эл.цепей с ЛН…

    Последняя выкладка ЛН резистор…она, к примеру, помогла бы расчитать резистор или даже цепочку резисторов для ограничения тока в моменты включения ЛН…

    Лет 10 назад использование ЛН в быту было правилом, а теперь “лампочка Ильича” уже “уходит в лету” в связи с запретом производства…ее почти заменили светодиодные…

    Ответить

Оставить комментарий

Отправляя комментарий, Вы соглашаетесь с Правилами комментирования.


Статьи от SamElectric.ru
Введите e-mail, чтобы получать новые статьи

Количество читателей

СамЭлектрик ВКонтакте

Подписывайтесь!
Будет интересно.
Самая полная коллекция даташитов в рунете