КПД электрической лампы накаливания. как определить КПД электрической лампы накаливания?

Answer 1

КПД зависит от того, как его считать, а считать его можно по-разному (т. к. не всё излучение лампы видит человеческий глаз, большая часть - это невидимое глазу тепловое излучение. В общем случае это очень сложная задача.
В общем случае КПД можно посчитать так:
включить лампу;
измерить её электрическую мощность (в ваттах) ;
измерить световой поток в видимой глазу области спектра (в люменах) ;
разделить люмены на ватты;
нормализовать на какой-то эталлонный источник.

Почти вся энергия, которая подается в лампу, тратится на излучение и только часть уходит на теплопроводность и конвекцию. Наши глаза видят только в узком диапазоне длин волн (диапазон видимого излучения) , но основная мощность излучения находится в инфракрасном диапазоне, который мы не можем увидеть и воспринимаем в виде тепла. Поэтому КПД лампы накаливания при температуре 3400 К составляет 15%. При температуре в 2700 К (это обычная лампочка на 60 Вт) КПД составляет всего 5%.

Чем больше температура, тем больше КПД, но долговечность существенно снижается. Если температура будет достигать 2700 К, то лампа прослужит 1000 часов, но если увеличить температуру нити до 3400 К, то лампочка прослужит всего несколько часов. Если поднять напряжение на 20%, то яркость увеличится в 2 раза, но при этом срок службы упадет на 95%.

Низкое напряжение, конечно, понижает и КПД, но лампочка дольше прослужит. Если понизить напряжение (последовательное включение) , то КПД упадет в 4-5 раз, но лампа прослужит почти в тысячу раз дольше. Такой вариант работы очень эффективен, если к освещению не предъявляют особых требований, например, на лестничных площадках. Лампу последовательно подключают с диодом и пускают переменный ток, тогда ток в лампе будет протекать только половину периода. Это снизит мощность в 2 раза, поэтому и снизиться напряжение в ~1, 41 раза.

Если рассматривать это с экономической точки зрения, то повышать долговечность за счет понижения напряжения совершенно не выгодно, поскольку за время службы стоимость потребленной лампой электроэнергии будет больше, чем стоимость самой лампы. Поэтому было выбрано оптимальное напряжение, которое больше номинального и минимально снижает затраты на освещение.