Почему перегорают лампочки при включении

,24 марта 2016

Многие замечали, что лампочки часто перегорают при включении. Почему так происходит? Вольфрамовая нить лампы, нагреваясь примерно до 3000 градусов, излучает свет, большая часть которого, кстати находится в невидимой для человеческого глаза инфракрасной части спектра. Но на свет расходуется лишь небольшая часть энергии, за которую мы платим. Основная часть энергии уходит в тепло, которое, с одной стороны нагревает спираль до нужной температуры свечения, а с другой стороны и является причиной перегорания лампочки.

Тепло, которое выделяет лампочка в единицу времени определяется из закона Джоуля-Ленца, а именно Q=U*U/R. , где U - напряжение в сети, а R - сопротивление вольфрамовой нити. Это сопротивление увеличивается линейно с ростом температуры от комнатной до температуры свечения на порядок ( в 10 раз). Если считать температуру в Кельвинах с 300К до 3000К. Это означает, что тепло выделяемое вольфрамовой нитью в момент включения в 10 раз больше, чем необходимо для поддержания рабочего состояния лампы. Не каждый металл выдержит подобный перегрев. Но и это еще не все. Вольфрамовая нить неоднородна. Толщина нити на всей длине спирали неодинакова. Сопротивление, как известно, зависит от площади сечения проводника. Чем меньше площадь сечения, тем больше сопротивление. Предположим, что на каком-то участке спираль тоньше, чем обычно в два раза. Это значит, что сопротивление спирали на этом участке в 4! раза больше, чем в других местах спирали (площадь пропорциональна квадрату диаметра).

А теперь представим, что будет происходить с лампой при включении. Ток, проходящий через спираль лампы в этот момент максимален, и равен Imax = 220В/Rлампы. Этот ток имеет одинаковое значение по всей длине спирали, поэтому количество теплоты, выделяемое отдельным участком спирали определяется по формуле: Q=I*I*r, где I - ток в лампе, r - сопротивление участка вольфрамовой нити. Спираль лампы нагревается равномерно, за исключением тонкого участка. Там выделяемое тепло в 4 раза больше. Это значит, что тонкий участок нагрелся быстрее, и его сопротивление, которое зависит от температуры повышается пропорционально температуре. Ток же, который определяется сопротивлением всей вольфрамовой нити, а не только тонкого участка, не изменился (вольфрамовая нить в целом еще не успела нагреться). Поэтому рост сопротивления малого участка нити приводит к еще большему нагреву этого участка. Теплота , выделяемая на этом участке нити может быть в 40 раз выше теплоты на других кусках вольфрамовой нити. Так продолжается до момента, когда вся нить нагревается и ток, проходящий через лампу принимает минимальное значение. Такие перегрузки по перегреву может не выдержать даже вольфрамовая нить. А если выдержит, то не без потерь. Вольфрам испаряется и нить становиться ещё тоньше. Это значит, что с каждым следующим включении данный участок нити будет испытывать всё большие перегрузки, пока лампочка окончательно не перегорит.

Что делать? Переходить на светодиодные лампочки. Они работают по другому принципу и частое включение/выключение никак не сказывается на их эффективности.

Поделиться: