L'histoire des lampes à incandescence remonte au XIXe siècle. Considérons les principaux points associés à cette invention unique de l'humanité.
Particularités
Une ampoule à incandescence est un objet familier à de nombreuses personnes. Actuellement, il est difficile d’imaginer la vie de l’humanité sans l’utilisation de la lumière artificielle et électrique. Dans le même temps, on pense rarement à quoi ressemblait la première lampe et à quelle période historique elle a été créée.
Examinons d’abord la conception d’une lampe à incandescence. Cette source de lumière électrique est un conducteur à point de fusion élevé, situé dans une ampoule. L'air en a été préalablement pompé et le ballon est rempli d'un gaz inerte. En traversant la lampe, le courant électrique émet un flux lumineux.
L'essence de l'opération
Quel est le principe de fonctionnement d'une lampe à incandescence ? Cela réside dans le fait que lorsque le courant électrique traverse le corps du filament, l'élément se réchauffe et le filament de tungstène lui-même se réchauffe. C’est elle qui émet des rayonnements thermiques et électromagnétiques selon la loi de Planck. Pour créer une lueur à part entière, il est nécessaire de chauffer le filament de tungstène à plusieurs centaines de degrés. À mesure que la température diminue, le spectre devient rouge.
Les premières lampes à incandescence présentaient de nombreux inconvénients. Par exemple, il était difficile de réguler la température, ce qui entraînait une panne rapide des lampes.
Caractéristiques techniques
Quel est le design d’une lampe à incandescence moderne ? Depuis qu’elle est devenue la première source lumineuse, sa conception est assez simple. Les principaux éléments de la lampe sont :
- corps de filament ;
- ballon;
- entrées de courant.
Actuellement, diverses modifications ont été développées : un fusible, qui est un lien, a été introduit dans la lampe. Un alliage fer-nickel est utilisé pour produire cette pièce. Le lien est soudé dans la patte d'entrée de courant afin d'éviter que l'ampoule en verre ne soit détruite lorsque le filament de tungstène est chauffé.
Compte tenu des principaux avantages et inconvénients des lampes à incandescence, on constate que depuis leur introduction, les lampes ont été considérablement modernisées. Par exemple, grâce à l’utilisation d’un fusible, le risque de destruction rapide de la lampe a été réduit.
Le principal inconvénient de ces éléments d’éclairage est leur consommation d’énergie élevée. C’est pourquoi ils sont désormais beaucoup moins utilisés.
Comment sont nées les sources de lumière artificielle ?
L'histoire des lampes à incandescence est associée à de nombreux inventeurs. Avant même que le physicien russe Alexandre Lodyguine ait commencé à travailler à sa création, les premiers modèles de lampes à incandescence avaient déjà été développés. En 1809, l'inventeur anglais Delarue met au point un modèle équipé d'une spirale en platine. L'histoire des lampes à incandescence est également liée à l'inventeur Heinrich Hebel. Dans l'exemple créé par l'Allemand, un fil de bambou carbonisé était placé dans un récipient d'où l'air était d'abord pompé. Goebel modernise son modèle de lampe à incandescence depuis quinze ans. Il a réussi à obtenir une version fonctionnelle d'une ampoule à incandescence. Lodygin a obtenu une lueur de haute qualité à partir d'une tige de carbone placée dans un récipient en verre dont l'air avait été retiré.
Option de modèle pratique
Les premières lampes à incandescence pouvant être produites en grande quantité sont apparues en Angleterre à la fin du XIXe siècle. Joseph Wilson Swan a même réussi à obtenir un brevet pour son propre développement.
Parlant de ceux qui ont inventé la lampe à incandescence, il faut aussi s'attarder sur les expériences menées par Thomas Edison.
Il a essayé d'utiliser divers matériaux comme filaments. C'est ce scientifique qui a proposé un filament de platine comme filament.
Cette invention de la lampe à incandescence marque une nouvelle étape dans le domaine de l'électricité. Initialement, les lampes d'Edison ne fonctionnaient que quarante heures, mais malgré cela, elles remplaçèrent rapidement l'éclairage au gaz.
À l'époque où Edison était engagé dans ses recherches, Alexandre Lodygin a réussi en Russie à créer plusieurs types de lampes dans lesquelles les métaux réfractaires jouaient le rôle de filaments.
L'histoire des lampes à incandescence indique que c'est l'inventeur russe qui a commencé à utiliser des métaux réfractaires sous la forme d'un corps incandescent.
En plus du tungstène, Lodygin a également mené des expériences avec le molybdène, en le tordant sous la forme d'une spirale.
Spécificités de fonctionnement de la lampe Lodygin
Les analogues modernes se caractérisent par un excellent flux lumineux ainsi qu'un rendu des couleurs de haute qualité. Leur efficacité est de 15 % à la température de lueur la plus élevée. De telles sources lumineuses consomment une quantité importante d'énergie électrique pour leur fonctionnement, leur fonctionnement ne dure donc pas plus de 1 000 heures. Ceci est plus que compensé par le faible coût des lampes. Par conséquent, malgré la variété de sources d'éclairage artificiel présentées sur le marché moderne, elles sont toujours considérées comme populaires et demandées par les acheteurs.
Faits intéressants de l'histoire de la lampe à incandescence
À la fin du XIXe siècle, Didrichson parvient à apporter des modifications significatives au modèle proposé par l'inventeur russe Lodygin. Il en a complètement pompé l'air et a utilisé plusieurs cheveux dans la lampe à la fois.
Cette amélioration a permis d'utiliser la lampe même si l'un des cheveux brûlait.
L'ingénieur anglais Joseph Wilson Swan possède un brevet confirmant sa création d'une lampe en fibre de carbone.
La fibre était située dans une atmosphère d’oxygène raréfié, ce qui produisait une lumière plus brillante et plus uniforme.
Dans la seconde moitié du XIXe siècle, Edison, en plus de la lampe elle-même, a inventé un interrupteur domestique rotatif.
Apparition à grande échelle des lampes sur le marché
Depuis la fin du XIXe siècle, des lampes ont commencé à apparaître dans lesquelles des oxydes d'yttrium, de zirconium, de thorium et de magnésium étaient utilisés comme filaments.
Au début du siècle dernier, les chercheurs hongrois Sandor Just et Franjo Hanaman ont obtenu un brevet pour l'utilisation de filaments de tungstène dans les lampes à incandescence. C'est dans ce pays que les premiers exemplaires de ces lampes ont été fabriqués et sont entrés sur le marché à grande échelle.
Aux États-Unis, au cours de la même période, des usines ont été construites et lancées pour produire du titane, du tungstène et du chrome par réduction électrochimique.
Le coût élevé du tungstène a entraîné des ajustements à la vitesse d'introduction des lampes à incandescence dans la vie quotidienne.
En 1910, Coolidge a développé une nouvelle technologie pour fabriquer de fins filaments de tungstène, ce qui a contribué à réduire le coût de production des lampes à incandescence artificielles.
Le problème de son évaporation rapide a été résolu par le scientifique américain Irving Langmuir. C'est lui qui a introduit dans la production industrielle le remplissage de flacons en verre avec du gaz inerte, ce qui a augmenté la durée de vie des lampes et les a rendus moins chers.
Efficacité
Presque toute l’énergie reçue par la lampe se transforme progressivement en rayonnement thermique. L'efficacité atteint 15 pour cent à une température de 15 pour cent.
À mesure que la température augmente, l'efficacité augmente, mais cela entraîne une réduction significative de la durée de vie de la lampe.
À 2 700 K, la durée d'utilisation complète d'une source de lumière artificielle est de 1 000 heures et à 3 400 K, de plusieurs heures.
Afin d'augmenter la durabilité d'une lampe à incandescence, les développeurs proposent de réduire la tension d'alimentation. Bien entendu, dans ce cas, l’efficacité diminuera également d’environ 4 à 5 fois. Les ingénieurs utilisent cet effet dans les cas où un éclairage fiable avec une luminosité minimale est requis. Cela s'applique par exemple à l'éclairage du soir et de la nuit des chantiers de construction et des escaliers.
Pour ce faire, connectez le courant alternatif de la lampe avec une diode en série, ce qui garantit l'alimentation en courant de la lampe pendant la moitié de toute la période d'alimentation en courant.
Considérant que le prix d'une lampe à incandescence conventionnelle est nettement inférieur à sa durée de vie moyenne, l'achat de telles sources d'éclairage peut être considérée comme une entreprise assez rentable.
Conclusion
L'histoire de l'apparition du modèle de lampe électrique auquel nous sommes habitués est associée aux noms de nombreux scientifiques et inventeurs russes et étrangers. Au cours de deux siècles, cette source d'éclairage artificiel a fait l'objet de transformations et de modernisations dont le but était d'augmenter la durée de vie de l'appareil et de réduire son coût.
La plus grande usure du filament est observée en cas d'alimentation soudaine en tension de la lampe. Pour résoudre ce problème, les inventeurs ont commencé à équiper les lampes de divers dispositifs garantissant leur démarrage en douceur.
À froid, le filament de tungstène a une résistivité qui n’est que deux fois supérieure à celle de l’aluminium. Pour éviter les pics de puissance, les concepteurs utilisent des thermistances dont la résistance diminue à mesure que la température augmente.
Les lampes basse tension de puissance égale ont une durée de vie et un rendement lumineux beaucoup plus élevés, car elles ont une plus grande section transversale du corps à incandescence. Dans les luminaires conçus pour plusieurs lampes, la connexion en série de plusieurs lampes de tension inférieure est efficace. Par exemple, au lieu de six lampes de 60 W connectées en parallèle, vous ne pouvez en utiliser que trois.
Bien sûr, de nos jours sont apparus différents modèles de lampes électriques, qui ont des caractéristiques beaucoup plus efficaces que les ampoules conventionnelles inventées à l'époque de Lodygin et Edison.