Чем заполнена лампа накаливания

Лампа накаливания: характеристики и особенности.

Лампа накаливания – самая дешевая из представленных на рынке осветительных приборов. Несмотря на активную пропаганду энергосберегающих приборов, многие люди продолжают пользоваться этим надежным электрическим источником света.

Устройство и принцип работы.

С начала XX века устройство лампы практически не изменилась. Она состоит из нескольких элементов:

  • стеклянная колба;
  • инертный газ;
  • вольфрамовая нить накаливания;
  • держатель для нити накаливания;
  • токовводящие электроды;
  • предохранитель;
  • цоколь.

Колба герметизирует и защищает нить накала от воздействия атмосферы. Для изготовления источника света с вольфрамовой спиралью обычно используют известковое стекло.

В качестве инертного газа чаще всего применяют недорогую смесь азота и аргона, чистый аргон или криптон.

Тело накаливания для бытовых лампочек изготавливается из вольфрамовой проволоки, которую закручивают в спираль. Это делают для уменьшения размера изделия и увеличения площади излучения.

В качестве держателей для нити накаливания применяют молибденовые крючки.

Часто конструкцией предусмотрен предохранитель. Он состоит из ферроникелевого сплава, который вваривается в один из токовводящих электродов. Назначение предохранителя – предотвратить взрыв колбы при перегорании нити накаливания.

Цоколь состоит из металлического корпуса, стеклянного изолятора и токопроводящего контакта.

Принцип работы лампы достаточно прост. Свечение возникает благодаря прохождению электрического тока через нить накаливания. Чтобы световое излучение стало видимым для человеческого глаза, спираль должна нагреться до температуры 570°С. А рабочая температура нити накала достигает 3000°С. При нажатии на выключатель вольфрамовая спираль начинает нагреваться и светиться.

Почему их называют лампами Ильича?

За этим бытовым осветительным прибором на территории нашей страны закрепилось название лампа Ильича. Не каждый светильник достоин такого имени. Лишь голую лампочку на проводе без плафона можно назвать именем Ленина. Дело в том, что одной из первых задач молодой советской власти была электрификация страны. В 1920 году Владимир Ильич Ленин приехал в деревню Кашино на запуск электростанции. Там он побеседовал с крестьянами, сфотографировался с ними и провел митинг. Это, казалось бы, рядовое событие, нашло отражение в советской литературе и кино. А простой светильник, свисающий на проводе с потолка, стали называть лампой Ильича. Позже этот термин приобрел иронический оттенок, как пример проблемы, решенной на скорую руку.

Виды ламп накаливания, область применения и электрические характеристики.

Классификация данных осветительных приборов.

  1. Общего назначения. Предназначены для общего, местного и декоративного освещения в домах и офисах.
  2. Местного освещения. Подобны предыдущей группе, но с низким напряжением (12, 24, 36 В). Применяются для подсветки рабочих мест, в том числе и на специальных станках.
  3. Декоративные модели. Изготавливаются со специальными фигурными колбами (в виде свечей, шаров и др.). Применяются для украшения интерьера в квартирах и общественных зданиях.
  4. Иллюминационные. Выпускаются с ярко окрашенными колбами. Имеют малую мощность. Применяются в иллюминационных установках.
  5. Сигнальные. Прибор малой мощности, но долгого срока службы. Используются в светосигнальных устройствах.
  6. Зеркальные. Изготавливаются с колбой специальной формы, покрытой отражающим слоем из алюминия. Применяются для локализации местного освещения в определенную точку.
  7. Транспортные. Предназначены для различных видов транспорта. Выпускаются с высокой механической и вибрационной стойкостью. Имеют специальный цоколь.
  8. Лампы для оптических приборов (измерительных, медицинских и др.).
  9. Прожекторные лампы. Имеют большую мощность (до 10кВт) и световую отдачу.
  10. Специальные:
  • коммутаторные (миниатюрные, маломощные);
  • фотолампы (сейчас практически не используются);
  • проекционные (для кинопроекторов);
  • двухнитевые и лампы-фары для автомобилей, самолетов и железнодорожных светофоров;
  • нагревательные и лампы специального спектра излучения для различной техники (принтеры, сушильные камеры и др.).

Номенклатура осветительных приборов определяет их характеристики.

  1. Диапазон мощности составляет от 0,1 Вт до 23 кВт. Для бытовых лампочек интервал значительно уже: от 15 до 150 Вт.
  2. Цветовая температура находится в интервале от 2100 до 3000 К, что весьма близко к естественному солнечному спектру.
  3. Коэффициент полезного действия у ламп накаливания довольно низкий: примерно 5%. Это обусловлено тем, что большая часть электроэнергии расходуется на тепловой нагрев нити накаливания и невидимое глазу инфракрасное излучение.
  4. При работе осветительный прибор не требует дополнительных устройств для ограничения тока. Он подключается напрямую к электрической сети. Это связано со свойствами вольфрама. Он имеет положительный коэффициент температурного расширения. Значит, с ростом температуры увеличивается электрическое удельное сопротивление: стабилизация потребляемой мощности осветительного пробора достигается автоматически.
  5. Световой поток или яркость свечения у лампы накаливания зависит от мощности. Для бытовых приборов он находится в рамках 90−2200 лм. Световая отдача при этом составляет 9−15 лм/Вт.
  6. Индекс цветопередачи Rа 100. Следовательно, цвета предметов не искажаются.
  7. Важной для потребителя характеристикой является размер и тип цоколя лампы. Чаще всего у бытовых осветительных приборов встречается резьбовой цоколь. Кроме него выпускают лампы со штифтовым одно- или двухконтактным цоколем. В зависимости от размера в Европе выпускают цоколи Е14, Е27 и Е40. Цифра соответствует диаметру цоколя в миллиметрах. В странах с меньшим напряжением сети (110В) лампы меньше. Цоколи для них имеют размеры Е12, Е17, Е26 и Е39.

Преимущества и недостатки.

Достоинств у лампы накаливания больше, чем недостатков.

  • Низкая цена осветительного прибора. Дешевле пока не производят.
  • Небольшой размер, эргономичная форма.
  • Низкая чувствительность к перепадам напряжения.
  • Моментальное свечение при включении в сеть.
  • Не вредно для глаз: мерцание человеческим глазом не фиксируется.
  • Возможность использования димеров – регуляторов яркости.
  • Спектр света максимально близок к естественному солнечному освещению.
  • Свечение не искажает цвета предметов.
  • Постоянный спектр излучения.
  • Надежность при работе в условиях, отличающихся от нормальных: низкие или высокие температуры, конденсат в атмосфере.
  • Широкий диапазон рабочих напряжений.
  • Легкая и безопасная утилизация.
  • Простота электрической схемы. Лампа подключается напрямую к сети без дополнительных регулирующих приборов.
  • Устойчивость к ионизирующей радиации и электромагнитным импульсам.
  • Не создает помех для радиочастот.
  • Не гудит при работе.
  • Может работать и от переменного, и от постоянного тока; не зависит от полярности.
  • Невысокий уровень ультрафиолетового излучения.
  • Маленький срок службы.
  • Невысокая световая отдача, которая зависит от напряжения.
  • Низкий коэффициент полезного действия: не более 5%.
  • Пожароопасность из-за сильного теплового нагрева колбы.
  • Хрупкость стеклянной колбы.
  • Возможность взрыва колбы.
  • Высокое потребление электроэнергии по сравнению с другими типами ламп.

Итоги.

Лампы накаливания служили человеку верой и правдой на протяжении всего XX века. В нынешнем столетии на смену приходят светодиодные и люминесцентные осветительные приборы. В нашей стране в рамках борьбы за энергоэффективность приняты программы, которые стимулируют развитие производства более современных источников света. Многие россияне уже отказались от использования ламп накаливания в своих квартирах. Тем не менее, некоторые их достоинства неповторимы. Например, для фото- и кинопроизводства незаменима высокая цветопередача. Многие специальные осветительные приборы пока работают только по старой технологии. Кто-то просто бережет свои глаза и использует лампу Ильича. А для помещений с кратковременным включением света раз в неделю лампа накаливания и вовсе самый экономически обоснованный вариант. Выбор остается за конкретным потребителем!

Часть 2. Классификация и характеристики

1. Лампы накаливания.
Классическая лампочка накаливания выглядит как сферический стеклянный шар из силикатного стекла (колба), внутри лампы находится вольфрамовая нить, при этом в полости лампы создан вакуум.
Принцип работы сводится к тому, что при прохождении электрического тока электроны разогревают вольфрамовую спираль и возникает электромагнитное тепловое излучение с эффектом свечения.
Средний КПД у таких ламп составляет около 6-8% в частности, КПД зависит от длины волны выпускаемого света, а она — от температуры нити накаливания, которая ограничена у обычных ламп.
Недостатком данных ламп является затуманивание колбы вследствие оседания вольфрама, вырвавшегося с поверхности нити накаливания лампы при высоких температурах.
Значительная длина нити накаливания лампы усложняет задачу фокусировки пучка света отражателем фары, что ограничивает видимость на дороге.
Некоторые разновидности ламп накаливания выпускались со сдвоенно спиралью.Маркировка таких ламп производится с использованием индекса R2.
Обычные классические лампочки хоть и пользовались до недавнего времени достаточно широкой популярностью, но, к сожалению, совершенно не практичны. Сейчас уже и в автомагазине практически невозможно встретить в продаже обычных лампочек накаливания, на смену которым пришли галогеновые лампы.

2. Галогенные лампы.
Галогенные лампы решили часть проблем, связанных с обычными лампочками.
Форма лампы позволяет использовать более короткую нить накаливания, колба лампы изготовлена из кварцевого стекла.
Колба наполнена инертным газом с парами галогена(йод, бром и другие). Применение такого наполнителя позволяет осуществить физико-химическую реакцию возвращения молекул вольфрама обратно на нить накаливания галогенной лампы.
Поэтому стекло галогенных ламп не мутнеет из-за оседания вольфрама и пропускает через поверхность колбы бо́льшее количество фотонов света.Галогенные лампы позволили поддерживать более высокую температуру нити накаливания, что изменило длину волны испускаемого спектра и повысило эффективность ламп.
Стекло галогенной лампы нельзя трогать руками.
При касании мы всегда оставляем отпечатки, а с ними жир и грязь, что в свою очередь вызывает неравномерное распределение температуры по кварцевой колбе галогенной лампы. При нарушении температурного режима колба может треснуть, и лампа выйдет из строя.
На сегодняшний день галогенные лампы имеют наиболее широкое применение в автомобилях.

3. Газоразрядные лампы.
Газоразрядные лампы появились самыми последними — в середине 90-х годов.
На вид они не отличаются от галогенных ламп, но принцип их работы совершенно другой.
Колба заполнена газом (чаще всего — это ксенон)
Поэтому лампы называются ксеноновыми. В ксеноне создаётся электрическая дуга между электродами.
Цветовая температура — это характеристика источника света, определяющая ощущаемый глазом цвет. Каждому цвету соответствует своя температура, измеряемая в градусах Кельвина (далее — К).
Глаз человека лучше всего видит при дневном свете.
Цветовая температура показывает, как должен быть нагрет газ внутри колбы, чтобы лампа светила тем или иным цветом.
Как правило, производители предлагают ассортимент из трёх основных видов цветовых температур:
• 4300 Кельвинов — «Бело-молочный»
• 5000 Кельвинов — «Белый»
• 6000 Кельвинов — «Голубой кристалл».

Читайте также  Как подключить дроссель к лампе

Чем выше цветовая температура, тем больше лампа будет отдавать в голубой свет, а чем меньше — тем в жёлтый. Также чем выше температура ксенона, тем меньше яркость излучаемого света.
Штатный ксенон, который ставится непосредственно на заводе, имеет цветовую температуру 4300 К. При установке ксенона с цветовой температурой 5000 К потеря в яркости невелика. Поэтому многие устанавливают среднее по цвету — 5000 К.
При цвете свечения ксенона 6000 К показатель освещенности сильно падает, и в плохую погоду (дождь, снег, слякоть) освещения будет не хватать.
Минусами газоразрядных ксеноновых ламп является необходимость установки дополнительного оборудования, обеспечивающего подачу напряжения до 20000 Вольт, необходимого для создания электрической дуги.
И как ни странно, к минусам можно отнести слишком высокую интенсивность испускаемого света, которая отрицательно сказывается на безопасности дорожного движения.
Установка ксеноновых ламп должна производится в условиях автосервиса.
Колбу газоразрядных ламп также запрещено трогать руками.

Обладая рядом преимуществ перед галогеном, ксеноновые и светодиодные лампы завоевали большую популярность.
Главное преимущество ксеноновой (газоразрядной) лампы — её световой поток, который примерно в два-три раза мощнее, чем у галогенной.
Цветовая температура света ксеноновой лампы намного выше, чем у галогенной, в результате чего видимость намного лучше, чем при свете галогенных фар.

Другие приятные особенности ксенона — повышенный срок службы, до 2000-3000 часов против 400-1000 у галогеновой лампы. Это результат отсутствия в ксеноновой лампе хрупкой нити, чувствительной к тряске. Кроме того, в рабочем режиме ксенон потребляет гораздо меньший ток, что положительно сказывается на ресурсе генератора автомобиля.
Ксеноновая лампа нагревается на 40% меньше, чем галогеновая.
Дело в том, что КПД галогеновой лампы 30%, именно эти 30% и преобразуются в световую энергию, остальные 70% потребляемой энергии идут в тепло.
Ксеноновые лампы работают по совершенно другому принципу, и лишь небольшая часть энергии уходит в тепло. Так что ксенон холоднее галогена, поэтому опасность оплавления фары при работе ксеноновой лампы отсутствует.
Из недостатков ксеноновых фар можно выделить следующие:
• Дороговизна. Высокая стоимость лампы, кроме этого, в случае замены ксеноновых ламп нужно менять их в паре (со временем спектр излучения ксеноновой лампы изменяется).
• Для розжига ксеноновой лампы нужно подать на лампу напряжение около 25000 Вольт и поддерживать его на уровне 80 Вольт с частотой 300 Гц. Поэтому подключить лампу прямо к бортовой сети не получится, а значит, лампа нуждается в дополнительном блоке розжига.
• Задержка при включении (время на розжиг).

4. Светодиодный лампы.

Одним из последних новшеств в производстве автомобильных ламп являются светодиодные лампы. Светодиодные лампы постепенно завоёвывают авторитет, благодаря интенсивному яркому свету и малой потребляемой мощности.
Качество света фар, как известно, напрямую зависит от двух составляющих — самой оптики и применяемых ламп.
Преимущества светодиодных ламп:
• Низкое энергопотребление сильно уменьшает нагрузку на электросеть автомобиля.
• Большой срок службы, от 50000 часов.
• Высокая надёжность при ударах и вибрациях из-за отсутствия нити накала.
• Большой световой поток, от 1800 до 3600 Люмен.
• Цветовая температура схожа с цветом ксенона, то есть свет белый, а не жёлтый.

Примечание.

Видимое излучение оцениваемое по световому ощущению, которое оно производит на человеческий глаз, называется световым излучением, а мощность такого излучения — световым потоком. единица светового потока — Люмен (Лм).

Для примера световой поток различных источников света:

• Лампа накаливания 100 Вт — 1350 Лм
• Галогенная лампа накаливания 230 В 70 Вт — 1170 Лм
• Газоразрядная лампа 35 Вт («автомобильный ксенон») — 3000-3400 Лм
• Светодиод 40-80 Вт — 6000 Лм
• Светодиодная лампа (цокольная) 4500 К, 10 Вт — 860 Лм
• Солнце — 3,63х10^28 Лм

В последнее время светодиоды стали пользоваться большей популярностью в быту, несмотря на то, что по стоимости они минимум в 10 раз дороже привычных ламп накаливания. Основная причина этого — их экономичность. Срок службы светодиодного светильника может составлять до 10 лет, а его энергопотребление во много раз ниже «классики».
В автомобилях все эти преимущества особенно актуальны, так как чем ниже потребление тока, тем заметней снижается нагрузка на аккумулятор (АКБ). Да и менять перегоревшие лампы придётся гораздо реже. Светодиодные приборы сегодня можно встретить во многих иномарках, даже бюджетных. К примеру, их часто используют в стоп-сигналах, индикаторах, поворотниках и в приборных панелях. Светодиодам необходим номинальный рабочий ток. В самых простых случаях эту проблему решает резистор, а в более сложных придётся устанавливать дополнительные электронные узлы — источники тока.
При этом в пользу замены светодиодов множество факторов. Во-первых, такие лампы служат значительно дольше традиционных. Они выдерживают температуры от -30 до +70, куда меньше греются, потребляют значительно меньше электричества. Правильно устанавливаемая светодиодная лампа отличается большей устойчивостью к вибрациям и ударам, что весьма существенно для автомобиля, передвигающегося по российским дорогам.
Эксперты утверждают, что грамотно сконструированный светодиод от хорошего производителя будет работать без замены примерно столько же, сколько и весь автомобиль.
Так же советуют начать с замены традиционных ламп накаливания на светодиоды в габаритах, огнях подсветки багажника, освещения бардачка. Необходимо посмотреть цоколи использующихся в автомобиле ламп, чтобы подобрать аналогичные, но уже светодиодные. Кстати, при этом можно выбрать и температуру свечения, которая бывает теплой белой (ближе к жёлтому свечению ламп накаливания), просто белой и холодной белой (отдаёт в синеву).

Тонкости при установке светодиодов.

Если у автомобиля есть бортовая система самодиагностики, то установка светодиодов может активировать функцию предупреждения о перегоревших лампочках, так как бортовой компьютер увидит снижение потребляемого тока. Для того чтобы убрать этот сигнал, нужно подключить диагностический компьютер и внести корректировки. А можно просто не обращать внимание на предупреждения.
Замена в автомобиле ламп накаливания на светодиодные лампы позволит снизить нагрузку осветительных приборов на аккумулятор (АКБ) в среднем на 85%. Кроме того, можно сэкономить и на покупках самих лампочек, которые не нужно будет больше менять раз в год или пол года. Светодиоды значительно прочнее ламп накаливания.

Как работает лампа накаливания? В том числе ретро лампочка Эдисона.

Как работает лампа накаливания?

Ретро лампочка — красивая штука, без сомнения. Но как это все устроено? Чем лампочка Эдисона отличается от обычной? Да честно говоря, почти ничем. Сейчас все расставим по полочкам.

Ретро лампочка накаливания фабрики DANLAMP

Сначала определение. Лампа накаливания — источник света , в котором свет испускает спираль, она же нить накаливания, она же тело накала, нагреваемое электрическим током до высокой температуры. Чаще всего используется спираль из тугоплавкого металла, например вольфрама , либо угольная нить. Чтобы исключить окисление тела накала при контакте с воздухом, его помещают в вакуум, откачивая из стеклянной колбы воздух.

В любой лампе накаливания, что обычной, что ретро лампочке, используется эффект нагревания проводника при протекании через него электрического тока . Температура нити повышается после замыкания электрической цепи. Для получения видимого излучения необходимо, чтобы температура излучающего тела превышала 570 градусов (температура начала красного свечения, видимого человеческим глазом в темноте). Для зрения человека, оптимальный, физиологически самый удобный, спектральный состав видимого света отвечает излучению с температурой поверхности фотосферы Солнца 5770 K . Однако неизвестны твердые вещества, способные без разрушения выдержать температуру фотосферы Солнца, поэтому рабочие температуры нитей ламп накаливания лежат в пределах 2000—2800 C. В телах накаливания современных ламп накаливания применяется тугоплавкий и относительно недорогой вольфрам ( температура плавления 3410 °C ), рений и (очень редко) осмий . Поэтому спектр ламп накаливания смещён в красную часть спектра. Только малая доля электромагнитного излучения лежит в области видимого света, основная доля приходится на инфракрасное излучение и воспринимается в виде тепла . Чем меньше температура тела накаливания, тем меньшая доля энергии , подводимой к нагреваемой проволоке, преобразуется в полезное видимое излучение , и тем более «красным» кажется излучение. Соответственно, ретро лампочки отличаются от обычных тем, что нагревают нить накаливания слабее. За счет этого нить накаливания медленнее испаряется и дольше функционирует.

Ретро лампочки, кстати, еще и полезны. При типичных для ламп накаливания температурах 2200—2900 K излучается желтоватый свет, отличный от дневного. В вечернее время «тёплый» ( мелатонина , важного для регуляции суточных циклов организма (нарушение его синтеза негативно сказывается на здоровье).

В атмосферном воздухе при высоких температурах вольфрам быстро окисляется, образуя характерный белый налёт на внутренней поверхности лампы при потере ею герметичности. По этой причине, вольфрамовое тело накала помещают в герметичную колбу, из которой, в процессе изготовления лампы откачивается воздух. Также встречаются, даже более часто, газонаполненные лампы: в них колба заполняется инертным газом — обычно аргоном . Повышенное давление в колбе газонаполненных ламп уменьшает скорость испарения вольфрамовой нити. Это не только увеличивает срок службы лампы, но и позволяет повысить температуру тела накаливания. Таким образом, световой КПД повышается, а спектр излучения приближается к белому. Внутренняя поверхность колбы газонаполненной лампы медленнее темнеет при распылении материала тела накала в процессе работы, как у вакуумированной лампы. Ретро лампочки как правило делаются с вакуумныи колбами, но некоторые производители делают их газонаполенными.

Конструкция лампы накаливания. На схеме: 1 — колба; 2 — полость колбы; 3 — нить (тело накала); 4, 5 — электроды; 6 — крючки-держатели нити; 7 — ножка лампы; 8 — предохранитель; 9 — корпус цоколя; 10 — изолятор цоколя (стекло); 11 — контакт донышка цоколя.

Конструкции ламп накаливания весьма разнообразны, однако потребительские различия это в основном мощность, форма и размер колбы и тип цоколя.

В конструкции ламп общего назначения предусматривается предохранитель — звено из ферроникелевого сплава, вваренное в разрыв одного из токовводов и расположенное вне колбы лампы — как правило, в ножке. Назначение предохранителя — предотвратить разрушение колбы при обрыве нити накала в процессе работы.

Читайте также  Как выбрать люстру в зал

Двойная спираль лампы мощностью 200 Вт (сильно увеличено)

Двойная спираль (биспираль) лампы Osram 200 Вт с токовводами и держателями (увеличено)

Формы тел накала весьма разнообразны и зависят от функционального назначения ламп. Тело накала первых ламп изготавливалось из угля . В современных лампах применяются почти исключительно спирали из вольфрама . Для уменьшения размеров тела накала ему обычно придаётся форма спирали. В случае ретро лампочек, когда важен художественный эффект, спираль крепится так как требуется для художественного эффекта, например имитируется спираль в исторических лампочках Эдисона. В случае лампочек обычных спираль зачастую имеет форму шестиугольника для обеспечения равномерности свечения.

Форма цоколя с резьбой обычной лампы накаливания была предложена Джозефом Уилсоном Суоном или, по другим источникам, Льюисом Говардом Латимером – в фирме Эдисона. Размеры цоколей стандартизованы. У ламп бытового применения наиболее распространены цоколи Эдисона E14, E27 и E40 (число обозначает наружный диаметр в мм).

В США и Канаде используются иные цоколи (это частично обусловлено иным напряжением в сетях — 110 В, поэтому иные размеры цоколей предотвращают случайное ввинчивание европейских ламп, рассчитанных на иное напряжение): Е12 (candelabra), Е17 (intermediate), Е26 (standard или medium), Е39 (mogul).

  • В США в одном из пожарных отделений города Ливермор ( штат Калифорния ) есть 60-ваттная лампа ручной работы, известная под именем « Столетняя лампа ». Она постоянно горит уже более 114 лет, с 1901 года . Необычно высокий ресурс лампе обеспечила в основном работа на малой мощности (4 Ваттa), в глубоком недокале, при очень низком КПД. Лампа включена в Книгу рекордов Гиннесса в 1972 году. Фотографии именно этой лампочки часто публикуют как «ретро лампочку»…
  • В СССР после претворения в жизнь ленинского плана ГОЭЛРО за лампой накаливания закрепилось прозвище « лампочка Ильича ». В наши дни так чаще всего называют простую лампу накаливания, свисающую с потолка на электрическом шнуре без плафона.
  • Для изготовления обычной лампочки требуется, как минимум, 7 металлов.

Лампочка накаливания: целая эпоха в освещении

Ни для кого не секрет, что даже сейчас, с появлением множества новых энергосберегающих источников света, лампа накаливания (еще ее называют «лампочка Ильича» или вольфрамовая лампа), остается очень востребованной, и многие пока не готовы от нее отказаться. Скорее всего, пройдет еще немного времени и этот световой прибор практически уйдет с рынка электротехники, но, естественно, забыт он не будет. Ведь по сути, с открытием обычной лампы накаливания началась новая эра в освещении.

  1. Из чего состоит вольфрамовая лампочка?
  2. Достоинства
  3. Недостатки
  4. Виды ламп накаливания
  5. Коэффициент полезного действия
  6. Что выбрать: светодиоды или вольфрамовые лампы?

Из чего состоит вольфрамовая лампочка?

Конструкция лампы накаливания с вольфрамовой нитью очень проста. Она состоит из:

  • колбы, т. е. самой стеклянной сферы, либо вакуумированной, либо наполненной газом;
  • тела накала (нить накаливания) – спирали из сплава вольфрама;
  • двух электродов, по которым на спираль подается напряжение;
  • крючков – держателей вольфрамовой нити, выполненных из молибдена;
  • ножки лампочки;
  • внешнего звена токоввода, служащего предохранителем;
  • корпуса цоколя;
  • стеклянного изолятора цоколя;
  • контакта донышка цоколя.

Принцип работы лампы накаливания также несложен. Свет вырабатывается по причине того, что вольфрамовая нить нагревается от подаваемого на нее напряжения. Подобное свечение, хоть и в более малых объемах, можно увидеть при работе электрической плитки с открытым нагревательным элементом из нихрома. Свет от спирали выделяется очень слабый, но на этом примере становится ясно, как работает лампа накаливания.

Кроме привычной формы, эти световые приборы могут быть и декоративными, в виде свечи, капли, цилиндра или шара. Так как свет от вольфрама всегда одного цвета, производители выпускают такие осветительные приборы с различными, иногда окрашенными стеклами.

Интересны в работе лампочки с нитями накаливания с зеркальным покрытием. Принцип действия лампы накаливания можно сравнить с точечными светильниками, так как освещают они направленно определенную площадь.

Разновидности форм ламп накаливания

Достоинства

Конечно, основные преимущества ламп накаливания – это минимальная сложность при их изготовлении. Отсюда, естественно, и низкая цена, ведь на сегодняшний день более простого электрического прибора и представить нельзя. Та же история и с включением такого элемента в сеть. Для этого не нужно устанавливать какое-то дополнительное оборудование, достаточно простейшего патрона.

В некоторых случаях даже при его отсутствии люди подключают лампы накаливания, на скорую руку соорудив патрон из дерева, пластика, либо вовсе соединяя лампу с проводом при помощи изоляционной ленты. Конечно, такие подключения в форс-мажорных обстоятельствах имеют право на существование, но они небезопасны в смысле пожарной и электрозащиты (необходимо следить, чтобы основание не нагрелось).

Также лампочки с нитью накаливания больших мощностей (150 Вт) очень широко применяются в освещении теплиц. Ведь помимо того, что они дают свет, в результате накаливания вольфрамовой нити лампы сильно нагреваются. К тому же освещение от них наиболее близко к солнечному свету, современная лампочка на светодиодах или люминесцентная энергосберегающая этим похвастаться не могут. По этой же причине лампа накаливания имеет преимущество и в вопросе влияния на зрение человека.

Недостатки

К недостаткам ламп накаливания можно отнести недолговечность работы таких приборов, это напрямую зависит от такого параметра, как напряжение в сети. Если повысить ток, то спираль начнет быстрее изнашиваться, что и приведет к перегоранию в самом тонком месте. Ну а если же понизить напряжение, то освещение станет намного слабее, хотя, конечно, это увеличит срок службы лампы.

К основным недостаткам ламп накаливания можно также отнести и негативное действие на нить накала резких скачков напряжения. Но от этого недостатка можно избавиться путем установки вводного стабилизатора. Конечно, остается вопрос с включением освещения. Ведь в момент подачи напряжения нить накала холодная, а значит, сопротивление ее ниже. Решается эта проблема установкой простейшего поворотного диммера. Тогда с поворотом рукоятки нить будет накаливаться плавнее, (т. е. будет отсутствовать краткая резкая подача напряжения), а значит и прослужит она много дольше.

Но все же главным минусом этих приборов, конечно же, можно считать их низкий КПД, а именно то, что работающая лампа расходует подавляющую части энергии на тепло, в результате чего начинает сильно нагреваться. Эти потери составляют до 95%, но такой уж алгоритм работы вольфрамовых лампочек. Так что при приобретении этого светового прибора следует учитывать все преимущества и недостатки лампы накаливания.

Виды ламп накаливания

Лампочки с использованием вольфрамовой нити могут быть не только вакуумными. Устройство лампы накаливания различает несколько видов подобных осветительных приборов, каждый из которых используется в определенных отраслях. Они могут быть:

  • вакуумными, т. е. самыми простыми;
  • аргоновыми, либо азотно-аргоновыми;
  • криптоновыми, которые светят на 13–15% сильнее аргоновых;
  • ксеноновыми (чаще применяемыми в последнее время в фарах автомобилей и светящими в 2 раза ярче аргоновых);
  • галогенными – колба в лампе накаливания наполнена галогеном брома или йода. Свет в 3 раза ярче, чем у аргоновой, но эти лампы не терпят снижения напряжения и внешнего загрязнения стекла колбы;
  • галогенными с двойной колбой – с повышенной эффективностью работы галогенов по сбережению вольфрама в нити накаливания;
  • ксенон-галогенными (еще более яркими) – они наполнены помимо галогенов йода или брома еще и ксеноном, т. к. от того, какой газ находится в колбе, напрямую зависит то, сколько градусов составит нагрев лампы а, следовательно, зависит и ее яркость.

Галогенная лампа с двойной колбой

Коэффициент полезного действия

Как уже говорилось, ввиду того, что строение лампы накаливания подразумевает разогрев спирали, 95% подающейся на осветительный прибор энергии уходит в тепло, выделяемое при ее работе, и лишь 5% идет непосредственно на освещение. Это тепло является инфракрасным излучением, которое глаза человека не воспринимают. Потому коэффициент полезного действия таких осветительных приборов при повышении температуры лампы накаливания до 3 400 К составит 15%. При снижении ее до 2 700 К (что соответствует температуре работы лампы в 60 Ватт) КПД ламп составит уже 5%. Получается, что с повышением температурных режимов повышается и КПД, но при этом значительно падает срок службы. Значит, при условии понижения тока падает и коэффициент полезного действия, зато долговечность прибора возрастет в тысячи раз. Такой способ увеличения срока службы ламп часто используется в подъездах многоквартирных домов, где питание на источники подается последовательно на два осветительных прибора, либо к лампе последовательно подключается диод, что позволяет понизить ток сети.

Что выбрать: светодиоды или вольфрамовые лампы?

Это вопрос, ответ на который каждый находит для себя сам, оценив для себя лампы накаливания, их достоинства и недостатки. Советов здесь быть не может. С одной стороны, светодиоды потребляют во много раз меньше электроэнергии и более долговечны в работе, чего нельзя сказать о «лампочках Ильича», а с другой – лампы накаливания оказывают более щадящее действие на зрение человека.

И все же есть статистика, а согласно ей, продажи светодиодов и энергосберегающих ламп в последнее время возросли более чем на 90%, т. к. человеку свойственно идти в ногу с прогрессом, а значит, недалеко время, когда лампы накаливания уйдут в прошлое.

Виды и основные технические характеристики ламп накаливания

Первый электрический осветительный прибор, который изобрели в конце 18 века – лампа накаливания (ЛН). Этот источник света до сих пор пользуется популярностью при организации освещения жилых, производственных помещений, улиц и т. д.

Это устройство имеет простую конструкцию и принцип работы.

На рынке осветительных приборов представлены разные виды лампочек с нитью накала.

Несмотря на то, что сейчас все большую популярность приобретают энергосберегающие лампочки, приборы с нитью накаливания не спешат сдавать позиции.

Читайте также  Как проверить диодные лампочки на люстре

Конструкция лампы накаливания

Устройство разных видов ламп накаливания незначительно отличается, однако можно выделить 3 общих элемента: тело накаливания, стеклянная колба и токовые вводы. Они отличаются конструкцией держателей (крючки) тела накала, типом цоколей, некоторые из них могут быть бесцокольными.

Чтобы избежать разрушения колбы при разрыве спирали во время работы, ЛН оснащена ферроникелевым предохранителем, который обычно располагают в ее ножке. На участке разрыва тела накала образуется электродуга, из-за которой остатки спирали расплавляются, попадают на стеклянную поверхность, тогда повышается риск нарушения ее целостности. Предохранители помогают остановить процесс плавления. Однако сейчас они используются редко, так как их эффективность низкая.

Электрическая лампа имеет такие основные элементы:

  • колба;
  • тело накаливания;
  • электроды (токовводы) по обеим сторонам спирали;
  • крючки, которые удерживают спираль;
  • ножка;
  • токовый ввод;
  • цоколя;
  • изолятор цоколя;
  • контакт на дне цоколя.

Колба из стекла защищает спираль от разрушительного действия воздуха, при ее разрушении нить накала окисляется и быстрее разрывается. Состав колбы устройства отличается, ее полость может быть заполнена вакуумом или смесью газов. Первые ЛН выпускали с безвоздушной емкостью, однако их мощность низкая. Для наполнения современной лампочки используется азотно-аргоновая смесь или только аргон. Некоторые виды устройств могут содержать криптон или ксенон. Теплоотдача прибора зависит от молярной массы вещества, которым наполнена колба.

Это интересно! В отдельную категорию входят галогеновые лампочки, колба которых заполнена специальными газами. Во время работы устройства из спирали испаряется металл, который вступает в реакцию с галогенами. Полученное в результате их взаимодействия вещество разрушается под влиянием высокой температуры, и оседает на поверхность тела накала. Как следствие, увеличивается КПД, а также срок эксплуатации устройства.

В зависимости от функционального назначения, форма спирали ЛН отличается: проволока с круглым сечением или ленточный проводник.

Накал и свечение первых устройств обеспечивали угольные стержни, современные лампы накала оснащены вольфрамовой спиралью. Проводник может быть создан из сплава металлов (осмий и вольфрам).

Боле новые модели оснащены биспиралями или триспиралями, которые получают в результате повторного закручивания. Такие устройства имеют высокий КПД и выделяют меньше тепла.

Форма и размер цоколя лампы накаливания стандартные, поэтому проблем с заменой осветительного элемента после его поломки обычно не возникает. Чаще всего применяются источники света с цоколем Е14, Е27, Е40. Буква Е в маркировке обозначает фамилию изобретателя (Эдисон), а цифра после – наружный диаметр в мм.

Принцип работы

Работает лампочка накаливания за счет нагревания вещества во время протекания тока сквозь него. Электричество проходит через тугоплавкий проводник, разогревая его. Температура нагрева зависит от того, какое напряжение подведено к лампочке. Согласно закону Планка, разогретый излучающий проводник может создавать электромагнитное излучение. Чем выше температура, тем меньше длина волн. Видимое излучение, которое способен уловить человеческий глаз, появляется, когда проводник нагревается до нескольких тысяч градусов. Если прибор разогреть до 5000 К (Кельвин), то появиться нейтральный свет, при снижении температуры в спектре преобладают излучения от желтого до красного.

Большая часть энергии приборов с нитью накала преобразуется в тепло, а незначительное количество в свет. Однако человек способен уловить свет только определенного спектрального состава. Чтобы повысить ярость освещения, нужно повышать температуру тела накала, которое имеет свой максимум (3000°С). При дальнейшем нагреве спираль начнет деформироваться и плавиться. Однако даже предельной температуры удается достигнуть не всегда, особенно, если определенные условия окружающей среды во время работы лампочки накаливания не соблюдены.

Это интересно! Когда лампа теряет герметичность, то вольфрамовая спираль при контакте с воздухом окисляется и появляется белый налет. Поэтому тело накала заключают в воздухонепроницаемую колбу, и заполняют ее инертными газами, которые замедляют скорость его разрушения. Вольфрамовая нить маломощных лампочек (до 25Вт) находится в вакуумной среде.

Разновидности

Прежде чем ознакомиться с видами ЛН, нужно изучить их характеристики:

  1. Мощность бытовых ламп колеблется от 25 до 150 Вт, а других – до 1000 Вт.
  2. Температура разогрева тела накала – до 2900 – 3000° С.
  3. Светоотдача – от 9 до 19 Лм/1 Вт. Эта характеристика имеет свой диапазон, например, лампочка на 40 Вт может излучать световой поток 415 – 460 Лм.
  4. Напряжение 220 – 230 В и 127 В.
  5. Диаметр цоколя – 14 мм для Е14, 27 мм для Е27, 40 мм для Е40.
  6. Тип цоколя – винтовой, штырьковый (с одним или двумя контактами).
  7. Срок эксплуатации – 1000 часов (если напряжение 220В) или 2500 часов (при 127В).

Основные параметры разных видов ламп накаливания отличаются.

В продаже имеются устройства разного виды, которые различают по форме, наполнению или покрытию колбы, назначению и т. д.

С учетом наполнителя и покрытия внутренней поверхности колбы выделяют такие разновидности лампочек:

  1. Вакуумные – это самые простые устройства с низкой мощностью.
  2. Аргоновые – наполненные аргоном.
  3. Криптоновые – закачан одноименный газ.
  4. Ксенон-галогенная с инфракрасным отражателем.
  5. Лампы с покрытием из люминофора, который преобразует инфракрасные лучи в видимый свет.

В зависимости от функционального излучения различают такие типы ламп:

  • общего назначения. Это самая большая группа устройств, которые применяются для общего, местного и декоративного освещения. Прибор местного назначения имеет такую же конструкцию, как общего. Отличается он тем, что рассчитан на меньше напряжение. Устанавливают местные лампочки в переносные светильники, станки и т. д.;

Это интересно! Сейчас производство ламп накаливания сокращается с целью экономии электроэнергии.

  • декоративные лампочки отличаются от обычных формой колб и размещением тела накаливания. Часто применяются для украшения дизайна в стиле ретро;
  • иллюминационные. Колбы этих устройств окрашены в разные цвета с помощью неорганического пигмента или цветных лаков. Обычно их мощность низкая – до 25 Вт;
  • зеркальные. Колба лампы накаливания имеет особую форму, изнутри она частично покрыта тонким слоем распыленного алюминия. Эти устройства излучают более направленный световой поток;
  • сигнальные. Это маломощные лампочки, которые устанавливают в светосигнальные приборы. Сейчас их заменяют светодиодами;
  • транспортные. Это большая группа ламп, которые используются для установки в автомобили, мотоциклы, самолеты, морские судна и т. д. Они прочные, имеют специальный цоколь и рассчитаны на электрическую сеть от 6 до 220 В;
  • двухспиральные. Их применяют в автомобилях (одна нить отвечает за ближний свет, а вторая за дальний), самолетах, железнодорожных светофорах.

Известно еще несколько видов специальных ламп накаливания (прожекторные, коммутаторные, фотолампа и т. д.), которые сейчас все больше замещаются экономками.

Маркировка

Все виды ламп имеют свое буквенное обозначение, но не стоит его путать с типом цоколей, например, Е27.

Маркировка лампочек с нитью накала содержит:

  1. Первые буквы (от 1 до 4) обозначают важные физические свойства или особенности конструкции: В-вакуумная, Г – газополная моноспиральная с аргоновым наполнением, Б – газополная биспиральная, К – наполненная криптоном, МТ – колба с матовым покрытием и т. д. Специальные лампы накаливания не имеют этих букв в маркировке.
  2. Вторая часть обозначения состоит из 1 – 2 букв и указывает на предназначение прибора: А – автомобильная лампа, Ж – железнодорожная, КМ – коммутаторная, ПЖ – прожекторная и т. д.
  3. Первая циферная часть указывает на номинальное напряжение и мощность, а вторая – номер разработки, если она осуществлена повторно. Например, Б235 – 245 – 60 обозначает, что лампа биспиральная, питается от напряжения 245 В, рассчитана на 60 Вт.

Если человек умеет расшифровать маркировку, то он сможет подобрать подходящую лампочку накаливания.

Достоинства

Лампы накаливания имеют такие преимущества:

  1. Низкая стоимость по сравнению с другими видами ламп (люминесцентные, светодиодные).
  2. Компактные размеры.
  3. Работают при незначительных перепадах напряжения.
  4. Функционируют без специального оборудования, излучают свет сразу после включения (не нужно время на разогрев).
  5. При работе на переменном токе мерцание присутствует, но человеческий глаз его не улавливает.
  6. Излучают свет, который приятен для человеческого зрения, коэффициент цветопередачи на высоком уровне.
  7. Обычная лампочка может работать при низких температурах, поэтому ее применяют для освещения улицы.
  8. Не содержит токсических веществ в колбе, поэтому ее можно выбрасывать в мусор.
  9. Работают беззвучно (нет шума, треска, гула), отсутствуют радиопомехи.
  10. Прибор не чувствителен к полярности подключения.
  11. Нить накала прибора испускает сравнительно мало УФ-лучей.

Это основные преимущества ламп накаливания.

Недостатки

Минусов у лампочки накаливания тоже достаточно:

  1. Прибор излучает много тепла и мало света.
  2. Срок службы сравнительно короткий, особенно при скачках напряжения.
  3. При низком напряжении свет становиться тусклым.
  4. Израсходует большое количество электрической энергии.
  5. Существует риск пожара, так как поверхность вокруг лампочки может повышаться до 330°С.
  6. Колба может взорваться и травмировать осколками рядом находящихся людей.
  7. Обычные лампочки хрупкие к вибрациям и очень громким звукам.

Важно! Недостатки ламп накаливания объясняют снижение их популярности в последнее время. Теперь их заменяют более прочные, долговечные и экономные светодиоды.

Основные выводы

До недавнего времени лампы с нитью накала широко применялись в разных сферах жизни, но сейчас их активно вытесняют современные источники света. Однако многие потребители до сих пор остаются верными ЛН. Если вы из их числа, то при выборе лампочки учитывайте ее важные характеристики и маркировку. Также вам следует учитывать, что приборы с телом накала отличаются формой колбы, ее покрытием, наполнением, а также функциональным назначением. К основным плюсам лампочки накаливания относят низкую цену, простоту использования, приятную цветовую температуру, а к недостаткам – короткий ресурс работы, большие траты электроэнергии, ЛН выделяет много тепла и мало света. Использовать лампочку накаливания для освещения жилого помещения или нет – выбор за вами.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: