Нагревание проводников электрическим током

§ 25. НАГРЕВАНИЕ ПРОВОДНИКОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ

На нагревании проводников электрическим током основано устройство электрического освещения, электронагревательных приборов, электрических печей, многих типов измерительной и медицинской аппаратуры и т. д.

Из всех видов искусственного освещения наибольшее распро­странение получила электрическая лампа накаливания с металли­ческой нитью, изобретенная А. Н. Лодыгиным в 1873 г. В такой лампе проводник под действием тока нагревается до белого кале­ния и вследствие этого излучает свет.

Основными частями современной лампы накаливания являются нить накала и стеклянный баллон (колба).

Материалом для изготовления нити накала осветительных ламп служит вольфрам (с примесью оксида тория и других элементов). Этот металл обладает высокой температурой плавления (3660°) и большой механической прочностью.

Нормальные осветительные лампы выпускаются для напряжений 110, 120, 127 и 220 в.

Чтобы накаленная нить не сгорела, т. е. чтобы она не соединялась с кислородом воздуха, из колбы удаляют кислород. Лампы мощ­ностью до 60 вт изготовляют с колбами, из которых выкачан воздух (вакуумные лампы), у более мощных ламп колбы наполняют раз­реженной смесью инертных газов — аргона и азота или криптоном (газополные лампы). При наличии в колбе инертного газа умень­шается испарение вольфрама с поверхности нити, что позволяет по­высить температуру накала нити.

Нить накала выполняется из тонкой проволоки, свернутой в спи­раль с близко расположенными друг к другу витками.

Основными характеристиками лампы накаливания являются: номинальное напряжение, мощность, излучаемый световой поток, срок службы и световая отдача, которая представляет собой отно­шение светового потока к мощности и определяет экономичность

лампы.

Время непрерывного горения лампы при ее номинальном напря­жении, в течение которого она потеряет 10% от начального светово­го потока, называется сроком службы лампы. Срок службы ламп 1000 ч. Световой поток, излучаемый лампой, уменьшается потому, что при температуре белого каления происходит постепенное умень­шение площади поперечного сечения нити вследствие испарения ме­талла, который в виде пыли осаждается на стенки колбы. Это при­водит к увеличению сопротивления нити накала и уменьшению силы света.

Электрическое нагревание проводников не всегда находит полез­ное применение. Так, в проводах линий электропередач нагревание связано с бесполезной затратой электрической энергии, а при боль­ших токах может создавать опасность возникновения пожаров.

Во избежание чрезмерного нагрева линейных проводов, а также различных обмоток из  изолированной проволоки для электрической аппаратуры установлены нормы максимальных значений сил токов, пропускаемых по данному проводу или обмотке.

Допустимая сила тока для материала и проводника определяется максимальной плотностью тока. Плотностью тока называется сила тока, приходящаяся на 1 мм² площади поперечного сечения провода. Например, если по проводу в 6 мм² протекает ток силой 30 а, то плотность тока в этом проводе равна: 30 : 6 = 5 а/мм².

Для защиты аппаратов и приборов от прохождения по ним слишком больших токов применяют предохранительные устройства, которые автоматически прерывают цепь тока, как только величина последнего превзойдет допустимую норму.

Наиболее широко распространены в домовых установках так называемые пробковые предохранители, в которых собственно пре­дохранителем — плавкой вставкой служит свинцовая проволока того или иного диаметра, выбираемого в зависимости от номиналь­ной силы тока данной установки.