Как работает лампочка накаливания?

Из чего состоит лампочка накаливания — схема и устройство

Для создания искусственного освещения часто используют обычную лампу накаливания. Этот элемент знаком всем еще со времен СССР. Стеклянная колба, патрон и спираль — основные видимые части продукта. Как устроена лампа накаливания изнутри, интересно и мастеру-новичку, и профессионалу.

  1. История изобретения лампочки
  2. Из чего состоит лампа
  3. Электротехнические параметры
  4. Принцип работы электрической лампы накаливания
  5. Разновидности световых элементов
  6. Преимущества и недостатки
  7. КПД и долговечность
  8. Как увеличить срок службы лампы накаливания

История изобретения лампочки

Внешний вид лампы накаливания

Изделие проектировалось и дорабатывалось многими учеными в разные периоды. Первая электрическая дуга была зажжена ученым Петровым В.В. в 1802 году. Изобретение состояло из двух угольных стержней, которые подключались к полюсам гальванической батареи. В момент их сближения возникал электрический разряд, и над элементами формировалась светящаяся дуга. Применение такой лампы в быту было невозможным по ряду причин – неудобство конструкции, быстрое перегорание угольных стержней. Зато мировые ученые начали понимать, из чего сделать лампу.

Спустя 70 лет в 1872 году Лодыгин А.Н. получил патент на лампу накаливания. В качестве спирали в ней был использован стержень ретортного угля, который находился под стеклянным колпаком.

Уже в 1880 году 10 мая лампочкой Лодыгина было обустроено уличное освещение в Санкт-Петербурге на Литейном мосту. Срок службы источника света составлял всего 2 месяца (пока не перегорал угольный стержень).

В 1910 году было принято решение скручивать вольфрамовую нить в спираль для увеличения ресурса её службы. Таким образом, изделие теперь работает вместо первоначальных 50-100 часов целых 1000 ч.

Принцип теплового получения излучения используют и при производстве галогеновых ламп дневного света.

Из чего состоит лампа

Строение лампы накаливания

Строение и схема лампы накаливания выглядят так:

  • стеклянная колба грушевидной или округлой формы;
  • тело накала (вольфрамовая или угольная нить), расположенное в ней на двух держателях-крючках;
  • два электрода;
  • предохранитель;
  • ножка;
  • цоколь (корпус) с изолятором;
  • его контакт (донышко).

Окисление вольфрамовой нити (спирали, тела накала) исключается за счет её помещения в вакуум или газообразную среду. Ими наполняют стеклянную колбу.

Электротехнические параметры

Все лампочки производятся для разных напряжений. Поскольку тугоплавкий металл вольфрам имеет малое удельное сопротивление, для устройства светового элемента нужен длинный провод. Таким образом, нить накаливания в электрической лампочке часто достигает 50 микрометров. При включении света через тело накала проходит ток, превышающий рабочий в 10-14 раз. Чем больше прогревается нить, тем сильнее увеличивается сопротивление нити и снижается сила тока.

Принцип работы электрической лампы накаливания

Рассмотрев, из чего состоит лампочка, важно понять и принцип её работы:

  • При включении света через донышко цоколя к телу накала проходит ток.
  • Вольфрамовая нить сильно разогревается после замыкания электрической цепи, что приводит к её свечению.
  • На этот момент температура нити достигает 570 градусов.
  • Таким образом спектр свечения лампочек сдвинут в сторону теплых температур.

Для справки: чем ниже градус вольфрамовой/угольной нити, тем ниже будет доля энергии, которая подходит к телу накала и провоцирует его видимое излучение. Ретро-лампы тем и отличаются, что медленнее и слабее прогревают спираль.

Разновидности световых элементов

Классифицируют все изделия по разным параметрам. По типу наполнения колбы различают такие лампы:

  • самые простые вакуумные (при их изготовлении из колбы отсасывается весь воздух);
  • наполненные газом аргоном;
  • ксенон-галогенные;
  • наполненные криптоном.

По типу предназначения лампочки делят на такие виды:

    Декоративные. Работают по привычному принципу. Колба выполнена в виде свечи или шара.

Декоративные лампы накаливания

  • Общего назначения. Это знакомые всем обычные элементы, которые вкручиваются в люстру или бра. Часто мастера волнует вопрос, сколько ватт потребляет лампочка. Можно купить изделие на 40, 60, 90, 100, 120, 150, 200 и более Вт. Чем больше показатель, тем ярче будет свечение.
  • Лампы для локального освещения. Конструктивно они ничем не отличаются от обычных элементов. Но рабочее напряжение для них находится в диапазоне 12-42 В.
  • Лампочки для иллюминации. Имеют окрашенную в яркие цвета колбу. Рабочая мощность в диапазоне 10-25 Вт.
  • Сигнальные. Имеют предельно низкую мощность и используются для светосигнальных устройств. На сегодняшний день такие изделия уверенно вытесняются современными светодиодными лампами.

    Зеркальная лампа

  • Зеркальные. Имеют особое покрытие колбы. Она частично обтянута пленкой распыленного термическим способом алюминия. Таким образом удается добиться узкой направленности светового луча. Зеркалки применяются для устройства локального освещения.
  • Транспортные. Эти изделия отличаются повышенной прочностью, устойчивостью к вибрациям. Для транспортных ламп используют специальные цоколи, благодаря которым можно быстро заменить осветительный элемент в стесненных условиях машины. Работают такие элементы от электросети авто 6-220 В.
  • Изделия для оптических приборов. Сегодня почти не выпускаются. Ранее использовались для кинопроекторов, медтехники. Лампы такого типа имеют колбу особой формы.
  • Коммутаторная лампочка. Относятся к классу сигнальных. Имеют малый размер колбы, что позволяет размещать их под кнопками панелей различных установок.

    Двухнитевая сигнальная лампа

    По количеству нитей накаливания все элементы бывают:

    • Двухнитевые. Имеют одно тело накала для дальнего (сильного) света и одно – для ближнего (слабого) освещения. Используются в авто, авиации, ж/д светофорах, в звездах Московского Кремля.
    • Однонитевые. Привычные лампочки с вольфрамовым телом накала.

    Тело накала малоинерционных изделий имеет крайне тонкую спираль. Ранее они применялись для систем оптической записи звука. Существуют также нагревательные лампы, которые используют для устройства сушильных камер, электроплит, оргтехники и др.

    Преимущества и недостатки

    Лампы накаливания имеют ряд своих достоинств:

    • приемлемую стоимость;
    • компактные габариты;
    • мгновенную реакцию на включение/выключение;
    • отсутствие мерцания, неблагоприятно воздействующего на глаза;
    • инертность к скачкам напряжения;
    • мягкая гамма свечения, способствующая расслаблению, созданию атмосферы уюта;
    • хороший индекс цветопередачи, равный Ra 90;
    • работа в любых условиях (в том числе при высокой влажности);
    • постоянная доступность для потребителя;
    • экологичность;
    • отсутствие шума при работе;
    • инертность к ионизирующей радиации.

    К недостаткам ламп накаливания относят такие моменты:

    • хрупкость, чувствительность к механическим повреждениям;
    • сравнительно малый срок эксплуатации;
    • низкий КПД, не превышающий 5-7% (отношение расходуемой мощности к видимому излучению);
    • пожарная опасность при прямом контакте лампы с горючими веществами (текстиль, солома и др.);
    • вероятность взрыва при термическом ударе или разрыве спирали под напряжением.

    Несмотря на все перечисленные недостатки, привычные лампочки уверенно сохраняют за собой занятые позиции. Более 70% населения СНГ все еще пользуются ими.

    КПД и долговечность

    Влияние напряжения на срок службы лампочки

    Разбирая, как устроена лампа накаливания, важно понять коэффициент ее полезного действия. При световой температуре 3400 Кельвинов КПД элемента составляет 15%. Имеется в виду отношение потребляемой мощности к видимому человеческим глазом световому излучению. При температуре 2700 К (средняя нормальная для обычной бытовой лампы) коэффициент полезного действия равен всего 5%.

    Чем выше температура накала, тем большим будет КПД. Но при этом срок службы изделия снижается. К примеру, если повысить напряжение на 20%, яркость освещения станет сильнее — повысится КПД лампочки, однако срок эксплуатации сократится на 90-95%. Соответственно, снижение напряжения приводит к уменьшению коэффициента полезного действия изделия и увеличению срока его эксплуатации.

    Как увеличить срок службы лампы накаливания

    Схема устройства для увеличении срока службы лампы накаливания

    В среднем обычная бытовая лампочка накаливания служит 700-1000 часов. Но на деле элемент перегорает гораздо быстрее. Чтобы продлить срок службы лампочки, нужно предотвратить провоцирующие перегорание спирали факторы.

    • Учитывать диапазон напряжений. Его указывают на колбе изделия. Как правило, он равен 125-135 Вт, 220-230 Вт, 2,3-2,4 кВт. При превышенном напряжении в доме изделие будет перегорать скорее. К примеру, в квартире максимальное напряжение 220 В, а лампа куплена с диапазоном 125-135 В. Здесь нить накала перегорит однозначно быстрее, поскольку увеличивается КПД изделия.
    • Устранить неисправность патрона. Если лампы перегорают часто, стоит осмотреть его, перепроверить контакты. При необходимости патрон меняют.
    • Исключить вибрации. Они приводят к быстрому перегоранию вольфрамовой нити. Поэтому перенос мобильных светильников лучше выполнять с выключенной лампочкой.

    Для продления срока службы лампы накаливания можно снизить напряжение в сети всего на 7-8%. В этом случае изделие проработает дольше в 3-3,5 раза при экономном расходе электроэнергии.

    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.

    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.

    Читайте также  Как вывернуть лампочку из подвесного потолка?

    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.

    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.

    Читайте также  Последовательное и параллельное подключение лампочек

    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!

    Конструкция, преимущество и недостатки ламп накаливания

    Конструкция лампы накаливания

    В нынешнее время лампа накаливания мощностью 100 Вт имеет такую конструкцию:

    1. Герметичная стеклянная колба грушевидной формы. Из неё частично выкачан воздух или заменён инертным газом. Это сделано для того, чтобы вольфрамовая нить накала не сгорала.
    2. Внутри колбы находится ножка, к которой прикреплены два электрода и несколько держателей из металла (молибдена), которые подпирают вольфрамовую нить, не давая ей провисать и разрываться под собственным весом во время нагрева.
    3. Узкая часть грушевидной колбы закреплена в металлическом корпусе цоколя, имеющего спиральную резьбу для вкручивания в штепсельный патрон. Резьбовая часть является одним контактом, к нему припаян один электрод.
    4. Второй электрод припаян к контакту на донышке цоколя. Он имеет вокруг себя кольцевую изоляцию от резьбового корпуса.

    В зависимости от особенных условий эксплуатации некоторые конструктивные элементы могут отсутствовать (например, цоколь или держатели), быть видоизменёнными (например, цоколь), дополнены другими деталями (дополнительная колба). Но такие части, как нить, колба и электроды являются основными частями.

    Принцип работы электрической лампы накаливания

    Свечение электрической лампы накаливания обусловлено разогревом вольфрамовой нити, через которую проходит электрический ток. Выбор в пользу вольфрама при изготовлении тела свечения был сделан по той причине, что из многих тугоплавких токопроводящих материалов, он наименее дорогой. Но иногда нить накала электроламп изготавливается из других металлов: осмия и рения.
    Мощность лампы зависит от того, какого размера нить используется. То есть, зависит от длины и толщины проволоки. Так у лампы накаливания 100 вт нить будет иметь большую длину, чем у лампы накаливания 60вт.

    Некоторые особенности и предназначение конструктивных элементов вольфрамовой лампы

    Каждая деталь в электролампе имеет своё предназначение и выполняет свои функции:

    1. Колба. Изготавливается из стекла, достаточно дешёвого материала, отвечающего основным требованиям:
      – высокая прозрачность позволяет пропускать световую энергию и по минимуму поглощать её, избегая дополнительного нагревания (этот фактор имеет первостепенное значение для осветительных приборов);
      – жаропрочность даёт возможность выдерживать высокие температуры вследствие нагревания от раскалённой нити (например, в лампе 100 вт колба нагревается до 290°С, 60 Вт — 200°С; 200 Вт — 330°С; 25 Вт — 100°C, 40 Вт — 145°C);
      – твёрдость позволяет выдерживать внешнее давление при откачке воздуха, и не разрушаться при вкручивании.
    2. Наполнение колбы. Сильно разрежённая среда позволяет минимизировать теплопередачу от раскалённой нити к деталям лампы, но усиливает испарение частиц раскалённого тела. Наполнение инертным газом (аргон, ксенон, азот, криптон) исключает сильное испарение вольфрама из спирали, не даёт возгораться нити и минимизирует теплопередачу. Использование галогенов позволяет испарившемуся вольфраму возвращаться обратно в спиральную нить.
    3. Спираль. Изготавливается из вольфрама, выдерживающего 3400°С, рения – 3400°С, осмия — 3000°С. Иногда вместо спиральной нити, в лампе используется лента или тело другой формы. Используемая проволока имеет круглое сечение, для уменьшения габаритов и потерь энергии на теплоотдачу закручивается в двойную или тройную спираль.
    4. Крючки-держатели изготавливаются из молибдена. Они не позволяют сильно провисать увеличившейся от нагрева во время работы спирали. Их количество зависит от длины проволоки, то есть от мощности лампы. Например, у лампы 100 Вт держателей будет 2 – 3 шт. У ламп накаливания мощностью поменьше держатели могут отсутствовать.
    5. Цоколь изготавливается из металла с внешней резьбой. Он выполняет несколько функций:
      — соединяет несколько деталей (колбу, электроды и центральный контакт);
      — служит для крепления в штепсельном патроне с помощью резьбы;
      — является одним контактом.
    Читайте также  Как достать светодиодную лампочку из подвесного потолка?

    Существует несколько видов и форм цоколей в зависимости от предназначения осветительного прибора. Есть конструкции, не имеющие цоколя, но с неизменным принципом работы лампы накаливания. Самыми распространенными видами цоколя являются Е27, Е14 и Е40.

    Вот некоторые виды цоколей, применяемые для различных типов ламп:

    Кроме различных видов цоколя есть и различные виды колб.


    Кроме перечисленных конструктивных деталей, лампы накаливания могут иметь и некоторые дополнительные элементы: биметаллические переключатели, отражатели, цоколи без резьбы, различные напыления и др.

    История создания и усовершенствования конструкции лампы накаливания

    За свою более чем 100 – летнюю историю существования лампы накаливания с вольфрамовой спиралью, принцип работы и основные конструкторские элементы почти не претерпели изменений.
    А началось всё в 1840 году, когда была создана лампа, использующая для освещения принцип накаливания платиновой спирали.
    1854 год – первая практичная лампа. Применялся сосуд с откачанным воздухом и бамбуковая обугленная нить.
    1874 год – используется в качестве тела накала угольный стержень, помещённый в вакуумный сосуд.
    1875 год – лампа с несколькими стержнями, которые раскаляются один за другим в случае сгорания предыдущего.
    1876 год – использование каолиновой нити накала, которая не требовала откачки воздуха из сосуда.
    1878 год – использование угольного волокна в разрежённой кислородной атмосфере. Это позволяло получать яркое освещение.
    1880 год – создана лампа с угольным волокном, имеющая время свечения до 40 часов.
    1890 год – использование спиральных нитей из тугоплавких металлов (окиси магния, тория, циркония, иттрия, металлического осмия, тантала) и наполнение колб азотом.
    1904 год – выпуск ламп с вольфрамовой спиралью.
    1909 год – наполнение колб аргоном.
    С тех пор прошло более 100 лет. Принцип работы, материалы деталей, наполнение колбы практически не изменились. Эволюции подверглось лишь качество используемых материалов при производстве ламп, технические характеристики и небольшие дополнения.

    Преимущества и недостатки ламп накаливания перед другими искусственными источниками света

    Для освещения создана масса различных осветительных приборов. Многие из них изобретены в последние 20 – 30 лет с применением высоких технологий, но обычная лампа накаливания всё равно имеет ряд преимуществ или совокупность характеристик, которые являются более оптимальными при практичном использовании:

    1. Дешевизна при производстве.
    2. Нечувствительность к перепадам напряжения.
    3. Быстрое зажигание.
    4. Отсутствие мерцания. Этот фактор очень актуален при использовании переменного тока частотой 50 гц.
    5. Наличие возможности регулировки яркости источника света.
    6. Постоянный спектр светового излучения, близкий к естественному.
    7. Резкость теней, как при солнечном освещении. Что тоже является привычным для человека.
    8. Возможность эксплуатации в условиях высоких и низких температур.
    9. Возможность производства ламп различной мощности (от нескольких Вт до нескольких кВт) и рассчитанных на различное напряжение (от нескольких Вольт до нескольких кВ).
    10. Несложная утилизация в виду отсутствия токсичных веществ.
    11. Возможность использования любого вида тока с любой полярностью.
    12. Эксплуатация без дополнительных пусковых устройств.
    13. Бесшумность работы.
    14. Не создаёт радиопомех.

    Наряду с таким большим перечнем положительных факторов, лампы накаливания обладают и рядом существенных недостатков:

    1. Главный отрицательный фактор – это очень низкий КПД. Он достигает у лампы мощностью 100 Вт лишь 15 %, у прибора 60 Вт этот показатель составляет только 5 %. Одним из способов повышения КПД является повышение температуры накала, но при этом резко уменьшается срок службы вольфрамовой спирали.
    2. Короткий срок службы.
    3. Высокая температура поверхности колбы, которая может достигать у 100-Ваттной лампы 300°С. Это представляет угрозу для жизни и здоровья живых существ, и представляет пожарную опасность.
    4. Чувствительность к встряске и вибрации.
    5. Использование термостойкой арматуры и изоляции токоподводящих проводов.
    6. Высокое энергопотребление (в 5 -10 раз больше номинального) во время запуска.

    Несмотря на наличие существенных недостатков, электрическая лампа накаливания является безальтернативным прибором освещения. Низкий КПД компенсируется дешевизной производства. Поэтому в ближайшие 10 – 20 лет она будет вполне востребованным товаром.

    УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ ЛАМПЫ НАКАЛИВАНИЯ

    Лампа накаливания — это электрический источник освещения, в котором излучение световых волн осуществляет некоторое тело, разогретое до высокой температуры протекающим по нему током.

    В качестве излучающего тела обычно используется спираль из тугоплавкого материала, имеющего большое удельное электрическое сопротивление. Таким материалом чаще всего является вольфрам.

    Источники света с накальной спиралью имеют самое широкое применение:

    • в бытовых светильниках;
    • для освещения внутрицеховых и производственных территорий;
    • в светильниках наружного освещения;
    • в качестве сигнальных ламп различных щитов управления.

    Из чего же состоит лампа накаливания?

    В её конструкцию входит стеклянная колба, герметично соединённая с цоколем. Спираль находится внутри колбы. Ввиду того, что вольфрам при нагревании до температуры свечения склонен к активному окислению при контакте с кислородом воздуха, внутренность колбы вакуумируется, либо заполняется инертным газом.

    Спираль подвешивается на специальных крючках-держателях и электродах, выполненных из тугоплавкого металла. Наружная часть электрода, соединяющегося с резьбой цоколя, сделана из медного провода и играет роль предохранителя. Работает предохранитель следующим образом.

    В случае перегорания и разрыва спирали, имеющей высокую температуру, в месте разрыва возникает электрическая дуга. В момент зажигания дуги ток потребляемый лампой, возрастает и спираль расплавляется. Капли расплавленного вольфрама легко могут повредить колбу, а очутившись наружи способны вызвать пожар.

    Цоколь лампочки накаливания общего назначения представляет собой цилиндр из металлического сплава с резьбой, служащий для вкручивания в патрон светильника и обеспечивающий электрический контакт с цепями питания. Наибольшее распространение получили цоколи трёх типоразмеров — Е14, Е27 и Е40.

    Цифры в обозначениях указывают на наружный диаметр резьбовой части.

    Цоколем Е14 оснащаются так называемые лампочки типа «миньон», использующиеся в бытовых декоративных светильниках и люстрах. Е27 — самый распространённый вид цоколя под стандартные патроны бытовых и производственных светильников.

    Цоколем Е40 комплектуются лампочки накаливания повышенной мощности, предназначенные для промышленных и уличных осветительных приборов.

    ХАРАКТЕРИСТИКА СПЕКТРА ЛАМП НАКАЛИВАНИЯ

    Каждый источник света, в зависимости от принципа его действия, обладает определённым спектральным составом светового потока. Для оценки спектральных характеристик световых источников пользуются таким параметром, как цветовая температура.

    За основу оценочных градаций принято излучение абсолютно чёрного тела, длина волны которого функционально связана с температурой нагрева тела. Цветовую температуру выражают в кельвинах, при этом её значение численно равно температуре нагрева абсолютно чёрного тела, при которой оно создаёт излучение соответствующей длины волны.

    В соответствии с данной системой оценок, цветовая температура лампочек накаливания имеет следующее значение:

    • лампочка 40 Вт — 2200 К;
    • лампочка 60 Вт — 2680 К;
    • лампочка 100 Вт с вакуумной колбой — 2800 К.

    Более низкое значение цветовой температуры соответствует тёплым тонам с преобладанием жёлтого оттенка, высокой температурой обладают источники холодного свечения с оттенками голубизны.

    Вероятно, в значении цветовой температуры заключена одна из причин того, что «лампочка Ильича» до сих пор не может окончательно покинуть наши жилища и рабочие места.

    Дело в том, что альтернативные источники света, появившиеся в последние годы (светодиодные и уже исчезающие газоразрядные приборы) обладают довольно неприятным холодным свечением.

    По большому счёту ситуацию пока не спасают различные люминофоры, придающие их свету более тёплые цветовые оттенки.

    Вторая причина видимо в цене — светодиодные источники света стоят практически на порядок дороже лампочек накаливания, и что самое обидное — заявленный производителем срок их службы далеко не всегда соответствует реальному.

    Этот аргумент может перевесить даже потрясающую экономичность этих источников. Добиться же некоторой экономии, имея лампы накаливания, поможет только регулятор освещения.

    Ну и последний фактор носит психологический характер. Переход на источники света, дороже традиционных в десять раз, и которые почти во столько же раз меньше потребляют электроэнергии, можно рассматривать как мини инвестицию.

    Ведь затратив единовременно определённые средства на покупку светодиодных источников освещения, и заменив ими лампочки накаливания, мы начинает экономить на электроэнергии.

    То есть, вложенные средства постепенно возвращаются к нам, и после полной окупаемости вложенных денег мы начинаем получать чистую прибыль в виде разницы в счетах на электричество. Видимо, не все наши соотечественники способны мыслить категориями бизнесменов.

    КПД ЛАМП НАКАЛИВАНИЯ

    Один из вариантов оценки эффективности источника света является их световой коэффициент полезного действия. Этот показатель определяет, какая часть подведённой к осветительному прибору электрической энергии преобразуется собственно в световой поток.

    Для наглядного сравнения приведём данные по КПД ламп различного вида:

    • лампы накаливания — 4%;
    • люминесцентные лампы — 10%;
    • светодиодная лампа — 40%.

    Таким образом, более 95% электроэнергии, потребляемой лампой накаливания, просто греет окружающий воздух.

    Другой способ оценки энергоэффективности ламп заключается в сравнении световых потоков, создаваемых единицей затраченной мощности. Практически, это то же самое что и сравнение КПД, только подход осуществлён с другой стороны.

    © 2012-2020 г. Все права защищены.

    Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов