Недавно на мотоцикле перегорела лампочка ближнего света, и я решил заказать новую на ozon. Ну и самому интересно стало немножечко вникнуть в тему, понять что за лампы там вообще используются, как работают. Получилась хаотичная заметка по основам электроники. Ну а вдруг это вообще кому-нибудь будет интересно...
Пришла ко мне галогенная лампочка KOITO H7 с параметрами 12V 55W. Тут как бы не реклама, но у нее хорошие отзывы и компанию KOITO мне посоветовал мой хороший друг из мотомастерской V-BIKE. Компания вроде как японская, а значит делают хорошо (должны, наверное).
История
Галогены ( древне-греческое ἅλς — «соль» и γένος — «рождение, происхождение» т.е. буквально «солерод») или галоиды — это химические элементы 17-й группы таблицы Менделеева. Это сильные окислители, такие как фтор F, хлор Cl, бром Br, иод I, астат At, теннессин Ts.
При взаимодействии галогена с металлом, возникает ионная связь и образуется соль. В атмосфере галогенов многие металлы самовоспламеняются, выделяя большое количество теплоты. Например, горение железа в атмосфере фтора. Вот, кстати, видео с горением железа в чистом кислороде.
Галогенная лампа — это по сути лампа накаливания, внутри которой создана атмосфера буферного газа из паров галогенов под высоким давлением. Такой газ помогает продлить срок службы и повысить температуру спирали. Рабочая температура спирали составляет примерно 3000°C.
В 1915 году американский химик Ирвинг Легмюр проводил опыты по адсорбции газов, используя две вольфрамовые спирали, находящиеся в атмосфере галогенов. Было замечено, что если включать одну спираль, то она постепенно утолщается за счёт уменьшения (испарения) холодной нерабочей спирали.
В обычных лампах накаливания при прохождении тока через вольфрамовую спираль, она начинает нагреваться и светиться. От высокой температуры испаряются атомы вольфрама с поверхности спирали и осаждаются на наиболее холодных частях стекла колбы.
В галогеновой лампе нить соприкасается с парами иода или брома, которые вступают в реакцию с атомами вольфрама, делая процесс испарения обратимым: в высокотемпературной области пары вольфрама возвращаются обратно на спираль.
Данный эффект наблюдается независимо от характера тока: постоянный или переменный. Плюсами также являются те факты, что в таких лампах минимальное мерцание и максимальная эффективность преобразования энергии в видимый свет.
Особенности галогенных ламп и, в частности, KOITO Whitebeam III H7 P0755W
Нить накаливания в такой лампочке выполнена из тугоплавкого материала, поэтому температура нити накаливания выше, чем стандартных галогеновых лампах. В колбе под высоким давлением находится смесь инертных газов, что позволяет повышать температуру горения нити ( вспоминаем термодинамику и МКТ, где упрощенно можно взять, что p = n⋅k⋅T ). В то же время должен быть соблюден баланс мощности, чтоб не оплавить и не помутнеть пластик обычных фар транспортного средства.
Такие галогенные лампы изготавливают из тугоплавкого стелка, которое фильтрует УФ-часть излучения. Что, в свою очередь, уменьшает выделение тепла в фаре и сохраняет целой оптику. Стандартная мощность в 55 Вт не должна давать дополнительную нагрузку на общую электрическую схему.
Галогенные лампы очень чувствительны к жировым загрязнениям, поэтому их нельзя касаться даже чисто вымытыми руками. При быстром нагреве лампы после её включения эти загрязнения начинают испаряться, охлаждая ту часть колбы, на которой они находятся. Из-за неравномерности нагрева стекла в нём возникают сильные внутренние напряжения, которые могут разрушить колбу — лампа буквально взрывается с большим количеством осколков.
При установке ламп следует держать колбу лампы через чистую салфетку, а при случайном касании тщательно протереть колбу тканью, не оставляющей волокон (микрофиброй) с обезжиривателем. Обычный этиловый спирт для этих целей не очень подходит, так как слабо растворяет жиры и оставляет белёсые разводы.
Поскольку колба галогенной лампы разогревается до пожароопасных температур, то её следует монтировать так, чтобы в дальнейшем полностью исключить всякую возможность её соприкосновения с любыми находящимися поблизости предметами и материалами, и тем более человеческим телом.
При использовании галогенной лампы с диммером необходимо время от времени включать лампу на полную мощность примерно на 10 минут, чтобы испарить накопившийся на внутренней части колбы осадок иодида вольфрама.
Эксперименты: первый запуск и знакомство с галогенной лампочкой
Когда ко мне пришла лампочка, я вспомнил, что не так давно купил себе регулируемый лабораторный источник питания постоянного тока KUAIQU (Model: AN-SPS-C3206) [Отпишитесь в комментариях, если будет интересен обзор и разборка такого БП].
Вообще данный источник питания полезен для любых экспериментов с электроникой, в том числе для ремонта, когда требуется аккуратно подать нужное напряжение, ограничить ток и мощность. Мне понравилось, что в комплекте шли длинные провода с клеммами-крокодильчиками.
Перед подключением и подачей сигнала на выход блока, я сначала ограничил напряжение 12.0 В и силу тока 3 А (специально ниже, примерно 50% от max, чтобы лампа зажглась, но не испортилась и не ослепила меня).
p.s. Еще я планировал, что она не сильно нагреется, но я ошибался... Греется она как паяльник. 😨🔥
❔ Что получилось при первом подключении: ничего не загорелось, т.к. «-» на блоке был спутан с землей (GND), т.е. я подключил красный провод к «+», а черный к земле(GND), а нужно было черный к минусу «-». В итоге я пока не понял, почему «земля» на блоке имеет такой же потенциал, что и «+». Может кто знает в чем соль?
Второе подключение выдало вот такую картинку:
По показаниям я предполагаю, что источник питания показывает характеристики подключенного прибора. То есть в моменте на фото на лампе получилось падение напряжения 5.29 [В], сила тока в 3 [A] и примерная тепловая мощность в 16.3 [Вт]. Этого, кстати, хватило, чтобы раскалить лампу настолько, что ее было невозможно взять голыми руками.
Немного математики и физики
И вот они как раз первые проблемные школьные моменты...
🕑 1 вопрос знатокам: Было выставлено выходное напряжение в 12.0 [В], но после включения цепи на лампочке оказалось всего 5.29 [В] вместо 12[В]. Почему так и можно ли повышать до 12 вольт на уже горящей лампе?
🕑 2 вопрос знатокам: Можно ли найти внутреннее сопротивление источника питания? И необходимо ли его учитывать при подключении электроники?
🕑 3 вопрос знатокам: Почему сопротивление лампочки каждый раз разное и теория не сходится с практикой? Помните ли вы о температурном коэффициенте сопротивления?
А теперь немного расчётов, чтобы наглядно посмотреть расхождение теории и практики. * Разумеется, теория задачи упрощена до школьных расчетов.
А вот и попытка найти внутреннее сопротивление источника питания по характеристикам подключаемой нагрузки:
Попробуйте ответить на те интересные вопросы в комментариях... 😉
Понравилась статья? Поставьте лайк, подпишитесь на канал, напишите комментарий! Вам не сложно, а мне очень приятно :)
Если Вам нужен репетитор по физике, математике или информатике/программированию, Вы можете написать мне или в мою группу Репетитор IT mentor в VK Лучший канал для физиков, математиков и программистов Репетитор IT mentor в telegram