Author Topic: Как рассчитать температуру поверхности колбы лампы накаливания 150 Вт?  (Read 23319 times)

0 Members and 1 Guest are viewing this topic.

Offline ALEXIN

  • Posts: 433
  • Gender: Male
Добрый день!

Помогите, пожалуйста, решить задачу. По-моему, нет никакой разницы, по таким задачам, куда обращаться: хоть на лингвистический форум, хоть на физический — всё равно, никто не поможет —  поскольку задача незаурядная. Аналогов  решения нигде нет.
Сделал замеры диаметров ламп накаливания с цоколем Е27:
-  95 Вт = 50,5 мм
- 150 Вт = 64,5 мм
Увеличение диаметра колбы, по-моему, вызвано предосторожностью — чтобы не потекло стекло, как аморфное тело имеет пределы текучести 400-600 °C.

Как рассчитать температуру поверхности колбы лампы накаливания 150 Вт?

Offline Python

  • Posts: 38607
  • Gender: Male
  • Aluarium agent
На температуру колбы может влиять поглощение лучей колбой, перенос тепла через газ внутри колбы, передача тепла по конструкции лампы. Думаю, поскольку цоколь и находящиеся рядом с лампой предметы нагреваются относительно слабо, следует учитывать, в первую очередь, второй фактор. Впрочем, неуверен — я не специалист.
Пролетареві ніколи вчити європейських мов, бодай би свою знати добре і на ній принести до своєї хати світло знання (Гнат Хоткевич)
ÆC CASALI NAXI PRASQURI: AHOV CÆRU, MERTVÆRI TÆ SLAVUTÆT!
Вони просили його: «Скажи: кетум», а він говорив: «сатем», і не міг вимовити правильно.
Хотелось бы также отметить, что "Питон" - это "мышиный язык" : "пи+тон". © АБР-2

Offline Flos

  • Posts: 14007
  • Gender: Male
Как рассчитать температуру поверхности колбы лампы накаливания 150 Вт?
Если Вам действительно нужно знать эту температуру, правильнее ее не рассчитывать, а измерить.
Сейчас продаются инфракрасные бесконтактные термометры.

Рассчитать можно, но  только  с такими допущениями, что будет совсем неточно. Подозреваю, что каждая конкретная лампа 150 Вт  может нагреваться сильно по-разному.

Offline lammik

  • Posts: 3764
  • Gender: Male

Offline Andrew

  • Posts: 1006
На температуру колбы может влиять поглощение лучей колбой, перенос тепла через газ внутри колбы, передача тепла по конструкции лампы. Думаю, поскольку цоколь и находящиеся рядом с лампой предметы нагреваются относительно слабо, следует учитывать, в первую очередь, второй фактор. Впрочем, неуверен — я не специалист.
Внутри колбы лампы накаливания газа очень мало -> почти вакуум
Дякую тобі Боже що я москаль

Online Awwal12

  • Super Moderator
  • *
  • Posts: 58453
  • Gender: Male
перенос тепла через газ внутри колбы
:D
Что вас так сильно рассмешило?
Фашиствующий имперец, асексуал и многожёнец, татарофоб, заслуженный функционер РПЦ. Слушает радио "Радонеж" и терпеть не может счастливых людей.

"Да здравствуют ДОЯРКИ!! Потому что доярки - это раса сверхчеловеков. За ними будущее планеты. Они переживут даже атомную войну, потому что доярки вечны, ибо хтоничны. И дадут потомство, которое тоже будет доярами и доярками. Ура, товарищи!.." (c) Awwal12

На температуру колбы может влиять поглощение лучей колбой, перенос тепла через газ внутри колбы, передача тепла по конструкции лампы. Думаю, поскольку цоколь и находящиеся рядом с лампой предметы нагреваются относительно слабо, следует учитывать, в первую очередь, второй фактор. Впрочем, неуверен — я не специалист.
Внутри колбы лампы накаливания газа очень мало -> почти вакуум
Да кто вам это сказал?  :no: Низкое давление в колбе весьма невыгодно. Как правило, там аргон-азотная смесь под давлением чуть ниже атмосферного.
Фашиствующий имперец, асексуал и многожёнец, татарофоб, заслуженный функционер РПЦ. Слушает радио "Радонеж" и терпеть не может счастливых людей.

"Да здравствуют ДОЯРКИ!! Потому что доярки - это раса сверхчеловеков. За ними будущее планеты. Они переживут даже атомную войну, потому что доярки вечны, ибо хтоничны. И дадут потомство, которое тоже будет доярами и доярками. Ура, товарищи!.." (c) Awwal12

Offline mnashe

  • Administrator
  • *
  • Posts: 43670
  • Gender: Male
Рассчитать можно, но  только  с такими допущениями, что будет совсем неточно. Подозреваю, что каждая конкретная лампа 150 Вт  может нагреваться сильно по-разному.
Сильнее всего это зависит от движения воздуха снаружи колбы.
От конструкции конкретной лампы мало что зависит.
«Потери» на свет тоже более-менее постоянны и весьма незначительны, всего порядка 3%.
Думаю, через цоколь и то больше утекает.

Если Вам действительно нужно знать эту температуру, правильнее ее не рассчитывать, а измерить.
Сейчас продаются инфракрасные бесконтактные термометры.
Где бы мне взять лампу, чтобы измерить?
Термометр есть, а почти все оставшиеся лампы я отдал бабушке за ненадобностью. Остались только 25 Ватт. И несколько галогенок.
У бабушки вроде тоже нету больше 60 Вт.
שָׁלוֹם עֲלֵיכֶם!

Offline lammik

  • Posts: 3764
  • Gender: Male
перенос тепла через газ внутри колбы
:D
Что вас так сильно рассмешило?

Quote
Колбы первых ламп были вакуумированы. Большинство современных ламп наполняются химически инертными газами (кроме ламп малой мощности, которые по-прежнему делают вакуумными). Потери тепла, возникающие при этом за счёт теплопроводности, уменьшают путём выбора газа с большой молярной массой. Смеси азота N2 с аргоном Ar являются наиболее распространёнными в силу малой себестоимости, также применяют чистый осушенный аргон, реже — криптон Kr или ксенон Xe (молярные массы: N2 — 28,0134 г/моль; Ar: 39,948 г/моль; Kr — 83,798 г/моль; Xe — 131,293 г/моль)
Забираю свой смех обратно.

Offline bvs

  • Posts: 9428
Это из-за того, что в газонаполненной лампе меньше испарение вольфрама со спирали - больше срок службы.

Offline Bhudh

  • Posts: 54310
  • Gender: Male
  • aka 蝎
    • Сайты по языкознанию
Это из-за того, что в газонаполненной лампе меньше испарение вольфрама со спирали
Испарение то же. Обратное оседание куда выше.
Пиши, что думаешь, но думай, что пишешь.
MONEŌ ERGŌ MANEŌ.
Waheeba dokin ʔebi naha.
«каждый пост в интернете имеет коэффициент бреда» © Невский чукчо

Offline ALEXIN

  • Posts: 433
  • Gender: Male
Дела такие. Сам, будучи смуглым брюнетом, подсознательно стал бояться  (последние 5-6 лет) активного солнца. Интересно почему? Хотя пасмурную погоду не люблю.
 Крепкие морозы за -45 °С перепугали насмерть ещё с детства. Как жить дальше?

БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ http://files.lib.sfu-kras.ru/ebibl/umkd/340/u_practice.pdf

Учебное пособие по практическим занятиям
Часть 1
1. Защита от теплового излучения
Стр.6-7
Относительно работающего человека такими источниками могут быть все окружающие его поверхности с температурой выше температуры тела человека (36-37 °С). Чем больше разность температур излучающих и облучаемых поверхностей, тем интенсивнее облучение. Облучаемые поверхности обладают различной способностью поглощать инфракрасные лучи и, следовательно, при облучении нагреваются по-разному. Воздух совершенно не поглощает инфракрасные лучи и поэтому не нагревается. Лучистый поток теплоты, кроме непосредственного воздействия на рабочих, нагревает пол, стены, перекрытия, оборудование, в результате чего ухудшаются условия работы.

Интенсивность облучения на рабочих местах в зависимости от размеров и температуры источника излучения может достигать 7000 Вт/м2 (10 кал/см2×мин). Интенсивность солнечной радиации в летний безоблачный день составляет 1000 Вт/м2 (1,5 кал/см2×мин).

 Инфракрасные излучения оказывают на организм, в основном, тепловое воздействие. Эффект теплового действия зависит от спектра излучения, который обуславливает глубину их проникновения в организм, интенсивности облучения, величины излучающей поверхности, размера облучаемого участка организма, длительности облучения, угла падения лучей. Инфракрасные излучения подразделяют на три области:

А – с длиной волны от 0,76 до 1,4 мкм;
Б – от 1,4 до 3,0 мкм;
С – более 3,0 мкм.


Излучение в области А обладает большой проникающей способностью через кожные покровы, поглощается кровью и подкожной жировой клетчаткой. В областях Б и С излучение поглощается большей частью в эпидермисе (наружном слое кожи). В практических условиях излучение является интегральным, поскольку нагретые тела излучают одновременно различные длины волн, причем по мере увеличения температуры источника излучения максимум энергии излучения перемещается в сторону коротких волн. При этом длина волны с максимальной энергией теплового излучения определяется по закону смещения Вина:

max l = 0,29×10^3/Tи,
где max l - длина волны; Ти - температура излучающей поверхности; 0,29•10^3 – постоянное число.


Действие инфракрасных лучей при поглощении их в различных слоях кожи сводится к нагреванию ее, что обуславливает переполнение кровеносных сосудов кровью и усиление обмена веществ. При этом изменяется морфологический состав крови – уменьшается число лейкоцитов и тромбоцитов, происходит поляризация кожи человека. Инфракрасные излучения влияют на функциональное состояние центральной нервной системы, приводят к изменениям в сердечно-сосудистой системе.

Стр.8
По действующим санитарным нормам температура нагретых поверхностей оборудования и ограждений на рабочих местах не должна превышать 45 °С. Иногда применяют внутреннюю теплоизоляцию для снижения рабочих температур наружных поверхностей оборудования.

Подозреваю, что каждая конкретная лампа 150 Вт  может нагреваться сильно по-разному.

Уважаемые лингвисты!

Вы, пожалуйста, помогите мне с информацией. Что там — на Западе пишут? У нас, Россия-матушка, каждый имеет своё личное мнение о нагреве колбы ЛН 150 Ватт, об этом чуть позже.
Главное: температура определяется положением колбы в пространстве — цоколем вверх или вниз, соответственно идут температуры для каждого угла наклона.

Quote
Лампы накаливания представляют пожарную опасность. Через 30 минут после включения ламп накаливания температура наружной поверхности достигает, в зависимости от мощности, следующих величин: 25 Вт — 100 °C, 40 Вт — 145 °C, 75 Вт — 250 °C, 100 Вт — 290 °C, 200 Вт — 330 °C. При соприкосновении ламп с текстильными материалами их колба нагревается ещё сильнее. Солома, касающаяся поверхности лампы мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно через 67 минут.[21] (wiki/ru) Лампа_накаливания

Скачал эту ссылку:
21. Таубкин С. И. Пожар и взрыв, особенности их экспертизы — М., 1999 с. 104 http://www.twirpx.com/file/149209/

Опять интересно, сам Таубкин на стр. 104 — ссылается на других авторов, смотрите: Федотов А. И., Ливчиков А. П., Ульянов Л.Н.  Пожарно-техническая экспертиза. — М.: Стройиздат,1986.

А вот их найти не удалось.


Offline RNK

  • Posts: 321
  • Gender: Male
Тут много факторов, точный расчёт задач на конвекцию очень сложен и, боюсь, результата в аналитических функциях мы не получим, надо считать численно (примерно так, как сейчас обсчитывают обтекание самолётов). Так что проще померить экспериментально.
ḲelHä weṭei ʕaḲun kähla / ḳaλai palhʌ-ḳʌ na wetä / śa da ʔa-ḳʌ ʔeja ʔälä / ja-ḳo pele ṭuba wete

И ещё, поскольку на колбе лампы постепенно оседает пыль, поглощающая свет и таким образом дополнительно нагревающая колбу, результаты измерений на чистой лампе могут оказаться слишком оптимистичными.
ḲelHä weṭei ʕaḲun kähla / ḳaλai palhʌ-ḳʌ na wetä / śa da ʔa-ḳʌ ʔeja ʔälä / ja-ḳo pele ṭuba wete

Это из-за того, что в газонаполненной лампе меньше испарение вольфрама со спирали - больше срок службы.
А ещё лучше добавить в газ внутри колбы немного йода, такая лампа (называемая галогеновой) имеет бóльшую температуру нити (а значит, и светоотдачу) и в несколько раз больший срок службы.
ḲelHä weṭei ʕaḲun kähla / ḳaλai palhʌ-ḳʌ na wetä / śa da ʔa-ḳʌ ʔeja ʔälä / ja-ḳo pele ṭuba wete

Offline antic

  • Posts: 7389
  • Gender: Male
    • antic
Да, что-либо считать тут бесполезно, слишком много влияющих факторов. Проще померить
— Боже мой, боже мой, чем вы вынуждены заниматься! Но я спрашиваю вас, кто-то все-таки летит ведь к звёздам! Где-то строят мезонные реакторы! Где-то создают новую педагогику! Боже мой, совсем недавно я понял, что мы даже не захолустье, мы — заповедник! В глазах всего мира мы — заповедник глупости, невежества и порнократии.
АБС «Хищные вещи века»

Offline ALEXIN

  • Posts: 433
  • Gender: Male
Тут много факторов, точный расчёт задач на конвекцию очень сложен и, боюсь, результата в аналитических функциях мы не получим, надо считать численно (примерно так, как сейчас обсчитывают обтекание самолётов). Так что проще померить экспериментально.

RNK!

Искренне рад, что Вы появились. Не могу сам справиться. По-прежнему считаю Вас умницей! Другого такого мне не найти. Извините за резкость и бестактность в другой теме.

Надо считать по самой упрощённой схеме. Но как?

Нашёл энтузиаста в Интернете. Смотрите: [PDF] Физика в лампе (Лампы накаливания) http://internat.msu.ru/wp-content/uploads/Физика-в-лампе-Лампы-накаливания.pdf

И ещё встретил очень хороший справочник по лампам накаливания, там диаметры для всех типов ламп — смотрите: ЛАМПЫ НАКАЛИВАНИЯ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ http://www.baurum.ru/_library/?cat=incandescent-lamps&id=1612

Quote
ГОСТ 2239-79  http://www.baurum.ru/_library/?cat=incandescent-lamps&id=1612
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Лампы накаливания общего назначения предназначены для освещения жилых, общественных и административных помещений, промышленных предприятий и применяются в светильниках внутреннего и наружного освещения.
По применению лампы подразделяются на типы:
БН - применяются там, где предъявляются повышенные требования к качеству цветопередачи;
БС - применяются для бытовых облучателей, используемых в медицинских целях и для ночного освещения.
Лампы на диапазон напряжения 125-135 В применяются в сетях напряжением 127 В; на напряжение 215-225 и 220-230 В - при стабильном напряжении сети 220 В; лампы на повышенное напряжение 225-235, 235-245 и 245-255 В следует применять в осветительных приборах, установленных в труднодоступных местах (на лестничных площадках, в коридорах, подвалах, чердачных помещениях и т.п.), где освещением пользуются днем и вечером, а также в квартирах, где напряжение сети нестабильно или постоянно повышено. При стабильном напряжении сети 220 В применять их нецелесообразно из-за резкого снижения светового потока.
ОБОЗНАЧЕНИЕ ЛАМП ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ (Х-Х-Х-Х)
X - буквенное обозначение ламп:
Б - биспиральная аргоновая,
БК - биспиральная криптоновая,
Н - неодимовая,
С - синяя,
В - вакуумная,
Г - газополная моноспиральная аргоновая;
Для ламп в светорассеивающих колбах к первому элементу условного обозначения добавляются буквы:
МТ - матированная,
МЛ - молочная,
О - опаловая;
Х- номинальное напряжение или диапазон напряжений, В (127, 220 или 125-135, 215-225, 220-230, 225-235, 235-245, 245-255);
Х - номинальная мощность, Вт (15, 25, 36, 40, 54, 60, 75, 93,100,150,200,300,500,750,1000);
X - отличительная особенность от базовой модели (1, 2).
К обозначению ламп мощностью 150 Вт (типов Б и Г) в колбе диаметром 71-2 мм, ламп типа Г 245-255-300 в колбе диаметром 91-3 мм и ламп мощностью 1000 Вт в колбе диаметром 131-3 мм добавляется цифра 1, а к обозначению ламп мощностью 300 Вт (кроме Г245-255-300) в колбе диаметром 91 -3 мм добавляется цифра 3.

перенос тепла через газ внутри колбы

Попробую вставить рисунок из книги Таyбкина стр. 105, смотрите выше.

Offline antic

  • Posts: 7389
  • Gender: Male
    • antic
Надо считать по самой упрощённой схеме. Но как?
Для этого нужно прежде всего знать функцию зависимость отдачи энергии лампы во внешнюю среду от температуры, эта зависимость нелинейна, условно обозначим её как:
Pколб.отд = f(t),
Где: Pколб.отд —отдаваемая мощность, t — температура

Поскольку энергия от колбы отдаётся разными способами (конвекция, теплопередача, излучение), довольно трудно определить зависимость f

Далее, нужно знать какую мощность получает колба от спирали (обозначим как Pколб.берёт). Эта мощность поступает как теплопередачей через газонаполнитель, так и через радиацию от спирали, часть которой задерживается стеклом.

Поскольку в уравновешенном режиме колба выделяет энергии столько же, сколько и принимает, то Pколб.отд = Pколб.берёт
Зная проходящую через колбу мощность и функцию зависимости, вычисляем температуру


— Боже мой, боже мой, чем вы вынуждены заниматься! Но я спрашиваю вас, кто-то все-таки летит ведь к звёздам! Где-то строят мезонные реакторы! Где-то создают новую педагогику! Боже мой, совсем недавно я понял, что мы даже не захолустье, мы — заповедник! В глазах всего мира мы — заповедник глупости, невежества и порнократии.
АБС «Хищные вещи века»

Offline Flos

  • Posts: 14007
  • Gender: Male
Quote
Как-то во дворике Парижского университета вышел спор о том, есть ли у крота глаза. Вот уже несколько часов длится этот словесный турнир – и все безрезультатно. Каждый стоит на своем истово и непоколебимо. Но тут случись садовник, случайно подслушавший этот ученый диспут, возьми да и предложи свои услуги: «Хотите я вам сей же миг принесу настоящего живого крота. На том и разрешится ваш спор». «Ни в коем случае, - воскликнули в один голос спорщики. – Ни в коем случае. Никогда! Мы ведь спорим в принципе: есть ли в принципе у принципиального крота принципиальные глаза

Offline mnashe

  • Administrator
  • *
  • Posts: 43670
  • Gender: Male
Offtop
Не получается принести крота: у Алексина нет ИК термометра, а у меня нет лампы :)
שָׁלוֹם עֲלֵיכֶם!

Offline ALEXIN

  • Posts: 433
  • Gender: Male
Теоретики, нужны только расчёты. Умные сразу понимают, что прячут за словоблудием — только пыль в глаза.  Не бойтесь считать — в тюрьму не посадят.

Не привык долго думать! Дальше прояснится!

 Сколько времени будет нагреваться 1.5 л воды от 20 до 100 градусов С в электрическом чайнике мощностью 600 Вт, если КПД чайника 80%
Решение:
t = c*m*ΔT/Pη
t = 4200*1.5*80/(600*0.8) = 1050 сек

По этому АНАЛОГУ — для ЛН 150 Ватт
Удельная теплоемкость оконного стекла 840 Дж/(кг•К) http://www.genon.ru/GetAnswer.aspx?qid=153816e3-eab6-4cd3-bcb2-309683a77156
Толщина стекла = 1 мм  http://bibliofond.ru/view.aspx?id=109419
Размер колбы 64,5 мм, тогда как площадь сферы:
 4 * 3,14 * 31,25^2 * 10^(-6) * 1 * 10^(-3) = 1,04 * 10^(-6) m^3
Вес стекла http://www.fxyz.ru/справочные_данные/механические_свойства_веществ/плотность_твердых_веществ/
Стекло оконное — плотность оконного стекла   2.500 • 10^3 (Килограмм / Метр^3) или 2,5 * 1,04 = 2,6
За полчаса температура стекла возрастает с 25 до 300 градусов или ΔT = 275
η (наш КПД) = c*m*ΔT/ Pt = 840 * 2,6 * 10^(-6) * 275/(150 * 1800) = 0,6/(2,7 *10^5) = 2,22 * 10^(-6)

Что не так?

Offline antic

  • Posts: 7389
  • Gender: Male
    • antic
Трудно сказать, что не так, поскольку вы не привели никакой расшифровки обозначений в формуле и вообще, объясните, для начала, что вы считаете, что такое "наш КПД", температура какого стекла возрастает и в результате чего возрастает
— Боже мой, боже мой, чем вы вынуждены заниматься! Но я спрашиваю вас, кто-то все-таки летит ведь к звёздам! Где-то строят мезонные реакторы! Где-то создают новую педагогику! Боже мой, совсем недавно я понял, что мы даже не захолустье, мы — заповедник! В глазах всего мира мы — заповедник глупости, невежества и порнократии.
АБС «Хищные вещи века»

Offline RNK

  • Posts: 321
  • Gender: Male
Для этого нужно прежде всего знать функцию зависимость отдачи энергии лампы во внешнюю среду от температуры, эта зависимость нелинейна, условно обозначим её как:
Pколб.отд = f(t),
Где: Pколб.отд —отдаваемая мощность, t — температура

Поскольку энергия от колбы отдаётся разными способами (конвекция, теплопередача, излучение), довольно трудно определить зависимость f

Далее, нужно знать какую мощность получает колба от спирали (обозначим как Pколб.берёт). Эта мощность поступает как теплопередачей через газонаполнитель, так и через радиацию от спирали, часть которой задерживается стеклом.

Поскольку в уравновешенном режиме колба выделяет энергии столько же, сколько и принимает, то Pколб.отд = Pколб.берёт
Зная проходящую через колбу мощность и функцию зависимости, вычисляем температуру
Да это ежу понятно, проблема в том, чтобы найти f(t). Если ещё учесть, что в разных точках колбы температура, поглощаемая теплота и теплоотдача разные, что существует теплообмен между разными участками колбы, и в итоге вместо простой записи f(t) придётся брать двойной поверхностный интеграл по ds₁ds₂, то задача потянет на кандидатскую диссертацию.
ḲelHä weṭei ʕaḲun kähla / ḳaλai palhʌ-ḳʌ na wetä / śa da ʔa-ḳʌ ʔeja ʔälä / ja-ḳo pele ṭuba wete

 

With Quick-Reply you can write a post when viewing a topic without loading a new page. You can still use bulletin board code and smileys as you would in a normal post.

Note: this post will not display until it's been approved by a moderator.
Name: Email:
Verification:
Type the letters shown in the picture
Listen to the letters / Request another image
Type the letters shown in the picture:
√49 Напишите ответ строчными буквами:
«Сто одёжек, все без застёжек» — что это?: