Какое действие тока используется в электрических лампах?

Электрические лампы – наиболее распространенные и доступные приборы, с помощью которых освещают пространство. На первый взгляд, все очень просто: вы щелкаете выключателем, и загорается свет. Но на самом деле работа осветительных приборов – гораздо более сложный процесс, основную роль в котором играет электрический ток. Расскажем о том, какое действие тока используется в электрических лампах, и как оно отличается в осветительных приборах разного типа.

Электрический ток, принцип его работы в разных лампах

Электрический ток представляет собой упорядоченное, направленное движение существующих в проводниках частиц, которые являются носителями электрического заряда. В разных средах такие частицы разные: в металлах и полупроводниках это электроны, в газах – ионы и электроны, в электролитах – анионы и катионы. Электрический ток появляется только в тех материалах, в которых присутствуют частицы-носители заряда.

Итак, движение частиц является направленным. Это связано с тем, что носители заряда активируют электрическое поле, которое имеет определенную напряженность. Именно оно побуждает носители электрического заряда к движению по проводнику, действуя на них с определенной силой.

Существует несколько источников электрического тока:

1. Механический. В этом случае ток вырабатывается в результате преобразования механической энергии в электрическую. Для этого используется специальное оборудование – генераторы, выполняющие свою работу за счет потока пара или газа, либо потока падающей воды.
2. Тепловой. Ток возникает в результате разности температур двух термопар, которые контактируют между собой. Чем больше разность температур, тем сильнее значения тока.
3. Световой. Возникновение тока в этом случае – следствие преобразования энергии света с помощью солнечных батарей.
4. Химический. Ток образуется при взаимодействии разных элементов.

Основными условиями для существования постоянного электрического тока являются свободные заряды, электрическое поле и замкнутая электрическая цепь.

Тепловое действие тока электрической лампы и его применение

Рассмотрим подробнее тепловое действие тока, так как именно оно применяется в лампах. Его суть заключается в том, что во время протекания тока по проводнику (например, по проводу) происходит нагрев последнего. Тепловое действие тока обусловлено тем, что электроны, которые движутся под действием электрического поля, взаимодействуют с атомами или ионами вещества и передают им свою энергию.

Особенности процесса:

1. Зависимость от закона Джоуля-Ленца. Количество тепла, выделяемое при нагреве проводника, равно произведению квадрата силы тока на сопротивление проводника и на время протекания тока по проводнику.
2. Влияние параметров проводника тока. Количество тепла в проводнике уменьшается, если площадь его сечения увеличивается, а также тепловой эффект уменьшается, если уменьшается длина проводника. Чем дольше протекает ток, тем больше тепла выделяется.

Принцип получения тепловой энергии из электрической широко используется при производстве различной техники – например, электрических плит, водонагревателей, обогревателей. Вместе с тем, в большом количестве электрических устройств нагрев, вызываемый током, нежелателен: в трансформаторах, электродвигателях, проводах он снижает КПД, уменьшает эффективность работы.

Какое действие тока используется в лампе накаливания?

В лампах накаливания тепловое действие тока используется для того, чтобы преобразовать электрическую энергию в свет. В лампе накаливания проводником выступает вольфрамовая нить. Именно по ней переносится электрическая энергия, которая преобразуется в световую и тепловую.

На свободные электроны, которые находятся в проводнике, с определенной силой действует электрическое поле. В результате они начинают двигаться, поэтому электроны сталкиваются с атомами проводника, и выделяется энергия в виде света.

При преобразовании энергии не более 10% потребляемого электричества превращается в видимый свет. Все остальное уходит на нагрев вольфрамовой нити и окружающего пространства. Спектр излучения при этом зависит только от температуры рабочего тела и не связан с другими условиями.

Тепловое действие тока в галогенных лампах, принцип работы

Галогенные лампы – усовершенствованные модификации стандартных ламп накаливания. Их конструкция включает вольфрамовую нить, электроды, группы контактов. Если внутри обычной лампочки накаливания присутствует вакуум или инертный газ, то в галогенном светильнике – пары брома или йода. Сама колба изготовлена из кварца.

В галогенных лампах тепловое действие тока проявляется в нагреве тела накала (его роль обычно выполняет вольфрамовая спираль) во время протекания электрического тока через него. Температура нагрева составляет 2500-3000 градусов. В результате вольфрамовая нить излучает свет. При этом происходит испарение атомов вольфрама.

Колба лампы заполнена внутри смесью, состоящей из инертного газа и небольшого количества галогенов. При испарении атомов вольфрама происходит химическая реакция с газами, в результате чего образуются новые соединения – галогениды вольфрама. Под действием высоких температур они разлагаются, и частицы вольфрама вновь оседают на вольфрамовую нить. Газы возвращаются в инертную смесь, которой заполнена колба галогенной лампы. Описанный процесс называют галогенным циклом: он продлевает срок службы осветительного прибора и предотвращает потемнение стекла.

Особенности действия тока в люминесцентных лампах

Люминесцентная лампа – газоразрядный источник света, который работает по принципу преобразования ультрафиолетового излучения в видимый свет. В колбе такого осветительного прибора содержатся пары ртути или ее соединения с другими металлами. Также внутри присутствуют инертные газы.

На внутренние стенки сосуда нанесено напыление в виде порошка, который называют люминофором. Это смесь галофосфатов кальция и ортофосфатов цинка-кальция. Именно люминофор преобразует поглощенную энергию в свет.

Принцип работы люминесцентной лампы:

• при подаче электричества происходит замыкание подвижного и неподвижного электродов, возникает электрический заряд;
• лампа генерирует свет, до 98% которого лежит в ультрафиолетовом диапазоне;
• люминофор, нанесенный на внутренние стенки колбы, начинает светиться при облучении УФ-излучением.

Люминесцентные источники освещения дают поток белого света, в котором отсутствует ультрафиолет.

Как используется электрический ток в светодиодах?

Светодиоды – полупроводниковые приборы, которые преобразуют электрический ток в световое излучение. Они содержат электронно-дырочный переход. Когда через него проходит электрический ток, происходит перемещение дырок и электронов, а также их рекомбинация. Это сопровождается нагревом и выделением световой энергии. Другими словами, ток в светодиодных источниках работает на основе электролюминесценции: суть процесса заключается в том, что он, протекая через полупроводниковый материал, вызывает излучение света.

Проходящий через светодиод ток определяет яркость светильника, а также срок его службы.

Сравнительная характеристика разных источников света по принципу действия тока

В таблице приведены различия источников света по принципу действия тока: