Как устроена лампа накаливания: принцип работы и потребление электрики

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.

    Читайте также:
    Трехполюсная розетка с заземляющим контактом: устройство, разновидности и параметры

    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.

    Лампа накаливания: устройство, характеристики и принцип работы

    Современный мир невозможно представить без электричества. А ведь сравнительно недавно, каких-то двести лет назад, о нем можно было только мечтать. Освещение домов в темное время суток было доступно лишь состоятельным людям: жизнь простых крестьян и горожан зависела от солнечного света. Изобретение лампочки положило конец этому неравенству. Привычный для нас прибор сконструировали далеко не сразу. Давайте вспомним, какой путь прошли изобретатели, чтобы в домах было всегда светло.

    Кто и когда первым в мире изобрел электрическую лампочку.

    Все изменилось с изобретением электричества. Постепенно изобретатели нашли способ безопасно, ярко и дешево осветить дома всех людей.

    В вопросе первенства изобретения лампочки, как и во многих других, отечественная и мировая точка зрения различаются. В России принято считать первооткрывателями Павла Николаевича Яблочкина и Александра Николаевича Лодыгина. Ученые придумали разные типы осветительных приборов. Яблочкин в 1875-1876 годах первым сконструировал дуговую лампу. Однако в дальнейшем ее признали неэффективной. Лодыгин же двумя годами ранее (1874 год) получил первый патент на лампу накаливания.

    В мире же считается, что первая лампочка изобретена Томасом Эдисоном. Свой патент американский ученый получил в 1879 году, на пять лет позже Лодыгина. Эдисон после долгих экспериментов сконструировал прибор, горевший почти 40 часов — максимально возможный срок для того времени. Кроме этого, изобретатель добился удешевления производства, чтобы лампочку мог позволить себе каждый человек.

    В вопросе первенства изобретения лампы нет однозначного ответа. Множество ученых в разных странах трудились над ней, но далеко не все патентовали свои открытия. Электрическую лампочку однозначно можно назвать коллективным детищем мирового научного сообщества.

    Читайте также:
    Лампа ДРЛ: расшифровка, подключение через дроссель, светодиодные аналоги

    Сфера использования

    Не так давно лампы накаливания присутствовали в различных сферах жизни, в быту и на предприятиях. Это обуславливается простой их монтажа, эксплуатации и обслуживания. Используются в таких сферах:

    • Общего предназначения для внутреннего и наружного освещения в частных домах, квартирах, офисах.
    • Местного применения – для подсветки рабочих мест.
    • Также есть специальные автомобильные лампы накаливания.
    • Устанавливаются в поездах, на судах, и в самолетах.
    • Миниатюрные ЛН применяются в фонариках, шкалах приборов.
    • Сверхминиатюрные в отдельных медприборах, пультах управления.
    • Также есть коммутационные, маячные, кинопроекционные.

    Достоинства и недостатки ламп накаливания.

    • невысокая стоимость;
    • мгновенное зажигание при включении;
    • небольшие габаритные размеры;
    • широкий диапазон мощностей.
    • большая яркость (негативно воздействует на зрение);
    • небольшой срок службы — до 1000 часов;
    • низкий КПД. (только десятая часть потребляемой лампой электрической энергии преобразуется в видимый световой поток) остальная энергия преобразуется в тепловую.

    Характеристики

    Лампы накала обладают такими характеристиками:

    1. Разлет мощностей. Зависит от сферы использования, так для бытовых целей применяются лампы от 25 до 150 Ватт, для других – до 1000 Вт.
    2. Нить накаливается до 2000–2800 градусов.
    3. Напряжение – 220–330 В.
    4. Световая отдача – 9–19 Лм/1Вт.
    5. Размеры цоколя – Е 14, Е 27 и Е 40, что соответствует 14, 27 и 40 мм. Тип цоколя – резьбовой и штифтовой. Последний может быть одно- или двухконтактным.
    6. Ресурс функционирования – 1000 часов при оптимальных условиях.
    7. Выделяют в процессе горения много тепла, имеют чувствительность к частым выключениям.
    8. По цене они самые доступные из предложенных в магазинах ламп.
    9. Средний вес – 15 г.

    Характеристики ламп разной мощности

    Принцип действия

    Суть работы всех ЛН в использовании принципа нагревания вещества при прохождении сквозь него тока. В этом случае повышается температура нити накала после замыкания электрической цепи. Как результат запускается эффект электромагнитного теплового излучения. Чтобы оно стало видимым для человека, температура нагревания должна превышать 570 ⁰C – это начало красного свечения.

    Внутри лампы нить накаливания разогревается до 2000–2800 ⁰С. При разогревании до такой температуры на воздухе вольфрам превращается в оксид – на нем образуется белый налет, поэтому внутрь колбы закачиваются нейтральные газы. На заре развития данной технологи освещения в лампочке создавался вакуум, сейчас это практикуют только для изделий минимальной мощности. При закручивании в патрон цоколя лампы и замыкании цепи запускается процесс накаливания нити, и она дает свет.

    Конструкция

    Устройство всех ЛН схоже, в них содержаться:

    1. Рабочая часть – нить из вольфрамовой проволоки, свернутая в спираль. Удельное сопротивление этого металла в 3 раза больше, чем у меди. Вольфрам используется, потому что он тугоплавкий и можно максимально уменьшить сечение нити. За счет этого повышается электрическое сопротивление. Питание спираль получает от электродов.
    2. Спираль удерживают элементы из молибдена. Он также тугоплавкий, имеет низкий коэффициент теплового расширения.
    3. Колба из стекла. Внутри ее инертный газ, что не дает сгореть нити накала. Именно поэтому такие лампы не вакуумные, именно газ создает давление внутри колбы.
    4. Электроды соединяются с контактными элементами цоколя с помощью медных проводников.
    5. Цоколь. Такой элемент есть во всех рассматриваемых лампочках, за исключением специальных автомобильных. Резьба на цоколе и его размер могут быть различными.

    Цоколь

    Самые привычные для нас лампочки с резьбовым цоколем, размеры их стандартизированы. Для моделей, что используются в бытовых условиях, востребованы Е 14, Е 27 и Е 40. Реже используются для таких источников света без резьбы, но они распространены в автомобильном деле.

    Интересно! В Америке и Канаде используются другие стандарты цоколей по причине иного напряжения в сети. Для них привычные размеры резьбы в мм: 12, 17, 26 и 39. При отражении размера цоколя на лампочке перед цифрами стоит так же как и у нас литера Е.

    Маркировка

    Разобраться в маркировке ламп накаливания несложно, основные обозначения, которые можно встретить:

    • Специфика конструкции и свойства. «Б» указывает на аргоновую биспиральную ЛН, «В» – на содержание внутри вакуума, «Г» – на то, что в лампу закачан газ, «БК» – биспиральная криптоновая, «МЛ» – молочный цвет колбы, «МТ» – матовая, «О» – опаловая.
    • О назначении лампочки расскажет вторая часть маркировки. «Ж» – железнодорожная, «КМ» – коммутационная, «СМ» – для самолетов, «А» – для автомобилей, «ПЖ» – лампа высокой мощности для использования в прожекторах.
    • Форму обозначают так: «А» – абажур, «Д» – декоративная, «В» – витая.
    • Первые цифры – это номинальное напряжение.

    Коэффициент полезного действия и долговечность

    Существенные недостатки таких ламп – это небольшой срок эксплуатации и низкий коэффициент полезного действия. Под КПД подразумевается соотношение мощности и заметного человеку излучения. Как помним, нить разогревается до 2700 К, в этом случае ее КПД около 5%. Вся остальная энергия, которая, кстати, в полном объеме превращается в излучение, припадает на инфракрасный спектр, который невидим для человека. Мы воспринимаем его как тепло.

    Читайте также:
    Какой стабилизатор напряжения выбрать для частного дома: виды и критерии выбора

    Теоретические повысить КПД до 20% можно, для этого следует увеличить температуру нити накала до 3400 К, получаемый свет в этом случае будет в 2 раза ярче, правда, срок эксплуатации уменьшается на 95%.

    Если мощность снижать, то период эксплуатации ламп накаливания может увеличиваться в 5 и более раз. Уменьшение напряжения при этом снижает КПД, но использовать лампочку получиться в 1000 раз дольше. Этот эффект используется при создании надежного дежурного освещения. Конечно, это возможно, только если нет критических требований к освещенности.

    Виды ламп и их функциональное назначение

    Существует много ламп накаливания, классификация их происходит по функциональному назначению и конструкционным особенностям.

    Общего, местного предназначения

    Вплоть до 1970 года их называли нормально-осветительными. Эта группа является самой массовой среди обычных ЛН. Ранее успешно использовались как для общего, так и для декоративного освещения дома, в офисах, других учреждениях. На данный момент во многих странах, в том числе в России, их выпуск ограничивается.

    Что касается лампочек местного назначения, то они по конструкции такие же, как и общего, но рассчитаны они на пониженное рабочее напряжение. Использоваться могут в ручных переносных светильниках, для освещения станков, верстаков и т. д.

    Лампа общего назначения

    Декоративные

    Основная их особенность – это фигурная колба, размеры ее могут быть очень разными, также как и расположение внутри нити накаливания. Подобные модели сегодня очень востребованы, но выполняют не так роль освещения, как декора, в особенности в винтажных или ретро дизайн-проектах. Внешний вид подобной лампы очень оригинален.

    Варианты исполнения декоративных ламп

    Иллюминационные

    Колба у них окрашена в разные цвета, в зависимости от целевого использования. Удобны для оснащения иллюминационных установок. Краска в основном наносится на колбу внутри, для этого применяются неорганические пигменты. Значительно реже такие лампы красят снаружи. Мощность их небольшая, варьируется в пределах 10–25 Вт. Необходимый эффект они дают только первое время, далее цвет их меняется, теряет яркость.

    Иллюминационная лампа может быть разной мощности

    Сигнальные

    Применялись в разных светосигнальных приборах. На данный момент из этой сферы их вытесняют светодиодные лампы.

    Вариант исполнения сигнальной лампы

    Зеркальные

    Колба такой лампы имеет специфическую форму, внутри она покрыта тонким слоем алюминия. За счет этого создается зеркальный эффект, также есть прозрачная часть. Основная задача таких ламп – распределение светового потока с целью сосредоточения в пределах определенной зоны. Удобно их использовать в витринах магазинов, в торговых залах. Именно такие лампы используются для обогрева новорожденных птенцов и других животных.

    Зеркальная лампа накаливания

    Транспортные

    Эта группа очень обширная, используется в разных транспортных средствах, для фар или другой подсветки. Востребованы для:

    • Автомобилей.
    • Мотоциклов.
    • Тракторов.
    • Самолетов и вертолетов.
    • Речных и морских судов.

    Такие лампы имеют ряд особенностей, среди них:

    1. Высокая прочность.
    2. Стойкость к воздействию вибрации.
    3. Специальные цоколи, за счет чего удается быстро менять вышедшую из строя лампу.
    4. Они рассчитаны на питание от электрической сети ТС.

    Автомобильные лампы накаливания

    Двухнитевые

    Это подтип специальной лампы накаливания, которые используются в:

    • Автомобилях. Так, лампы для фар могут иметь 2 нити накала. Одна из них идет на ближний свет, вторая – на дальний. Аналогичная ситуация и для задних фонарей, только тут отдельные нити для габаритов и для стоп-сигналов.
    • Самолетах. В отдельных моделях в посадочно-рулежной фаре.
    • Ж/д светофорах. Тут двухнитевые лампы – это элемент безопасности и подстраховки, если перегорит одна, то вторая сможет продолжать подавать сигнал.

    Характеристики ламп накаливания.

    Световой поток – это физическая величина, характеризующая количество «световой» мощности в соответствующем потоке излучения.

    Световая отдача – это отношение излучаемого источником светового потока к потребляемой им мощности измеряется в люменах на ватт (лм/Вт). Является показателем эффективности и экономичности источников света.

    Люмен – это единица измерения светового потока, световая величина.

    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.
    Читайте также:
    Какие лампы лучше для дома светодиодные или энергосберегающие: критерии выбора

    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.

    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.
    Читайте также:
    Обжим проводов: выбор инструмента, преимущества и недостатки метода, типичные ошибки

    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.

    Подробная характеристика лампы накаливания : преимущества и недостатки

    В настоящее время все чаще используются энергосберегающие лампочки. Но востребованность такого источника света, как лампа накаливания, еще высока. Даже через десятилетия она не будет забыта.

    Что такое лампа накаливания

    Лампы накаливания – источники света, тепла. Внешне это стеклянный сосуд, внутри которого вольфрамовая спираль. Сама полость в лампах накаливания заполнена инертным газом. Он не дает металлическим элементам окисляться. При включении электрический ток проводится через спираль, в результате чего происходит нагревание и излучение видимого света.

    Сфера использования

    До появления энергосберегающих ламп, лампочки накаливания использовались в производственных областях, домашнем обиходе и пр. Такое применение обуславливала простота монтажа и эксплуатации. Но и сейчас данные лампы можно увидеть часто:

    • Внутреннее, наружное освещение комнат, улиц, офисов.
    • Освещение рабочего места.
    • Автомобильные лампы накаливания.
    • В фонарики тоже вкручивается маленькая лампочка данного вида.
    • В общественном транспорте, поездах и пр.

    Характеристики

    Для описания характеристики применяются названия показателя и его значение.

    Данные характеристики приведены в таблице:

    Наименование Показатель
    Мощность, Вт бытовое применение – 25-150Вт, другое – до 1000
    Накаливание нити, градусов до 2000-2800
    Напряжение, В 220-330
    Световая отдача, Лм/1Вт 9-19
    Размер и маркировка цоколя Е 14, Е 27, Е 40
    Тип цоколя Резьбовой, штифтовой
    Часы работы, часов до 1000
    Вес, г 15

    Заявленные часы работы выполняются при формировании оптимальных условий работы. Не допускаются частые включения, выключения.

    Устройство и схема

    Устройство лампочки накаливания у всех ее видов практически одинаковое:

    • Основная рабочая деталь – вольфрамовая спираль . Обладает сопротивлением в три раза больше, чем медный материал. Из него достигается выплавка максимально тонких элементов. Электроды поддерживают данную спираль и переводят ток.
    • Стеклянная колба. Она заполнена инертным газом. Именно он не дает сгореть нити и препятствует окислению металлических элементов.
    • Цокольная часть. Она присутствует во всех видах, кроме автомобильных. По цоколю нарезана резьба, ее шаг может отличаться у каждого вида.

    Подробная схема составляющих отображена на рисунке:

    Принцип действия

    Принцип работы лампы накаливания заключается в нагревании вещества, через который протекает ток. Веществом выступает сама нить накаливания, ее температура нарастает в момент замыкания электроцепи. При этом возникает результат электромагнитного термического испускания. Видимым для глаза оно становится при прогревании более 570 градусов, при этом начинается красное свечение.

    Нить накаливания нагревается до 2800 градусов. В процессе прогревания вольфрам преобразовывается в оксид (белый поверхностный налет), для этого и происходит закачка в полость нейтральных газов. При монтаже лампочки (закручивания ее в патрон), замыкается цепь и происходит процесс разогрева нити, и происходит подача света.

    Цоколь

    Распространенными считаются лампочки с маркировкой цоколя E14, E27, E40. Где цифра означает диаметр самого цоколя. Без резьбовые элементы встречаются в автомобильных производствах.

    Есть страны, где другое напряжение в сети и, соответственно, применяются лампочки с другим диаметром цоколя – Е12, Е17, Е26, Е39.

    Читайте также:
    Отключающая способность автомата: что это такое и на что оно влияет

    Маркировка

    Перед покупкой надо изучить маркировку. Она представлена буквенным и цифровым сочетанием. Буквенная маркировка и значение представлены в таблице:

    Буквенная маркировка Значение
    Б биспиральная
    БО Биспиральная с опаловой колбой, наполненной аргоном
    БК Биспиральная, наполнение колбы криптоном
    ДБ Диффузная с матированием внутри колбы
    В Вакуумная
    Г Газонаполненная
    О Опаловая колба
    М Молочная колба
    Ш Шаровидная
    З Зеркальная
    МО Для местного освещения

    Цифры указывают на пределы напряжения, мощности.

    Коэффициент полезного действия

    У данных ламп низкий КПД (коэффициент полезного действия). Он выражается соотношением мощности излучением, заметным человеку. При прогревании нити до 2700 К, КПД до 5 процентов. Остальная энергия затрачивается на инфракрасное излучение, которое не просматривается человеческим глазом, только чувствуется теплом. Если повышать КПД хотя бы до 20 процентов, необходимо увеличить прогревание нити до 3400 К.

    Свет при этом будет светить в два раза ярче, но срок службы лампы сократится на 95 процентов. И наоборот, снижение напряжения, увеличит период работы во много раз. Все это учитывается при производстве дежурного освещения, которое требует надежности.

    Таблица соотношения люменов и ватт в лампочке

    Световой поток измеряется в люменах (Лм). В светодиодах световые потоки колеблются в зависимости от производителя, его качества товара, напряжения. Примерное значение для одного Вт составляет 80-150 Лм. В таблице приведено соотношение Лм и Вт для лампочек накаливания по отношению к светодиодной лампе:

    Светодиодная лампа, Вт Лампа накаливания, Вт Световой поток, Лм
    4-5 40 400
    8-10 60 700
    10-12 75 900
    13-15 100 1200

    Виды ламп и их функциональное назначение

    Вид лампы определяется по структурному назначению, функциональному:

    • Нормально-осветительные – самый распространенный вид. Рассчитан для общего освещения и декоративного. Выпуск данного вида ограничен.
    • Декоративные – разного размера, с фигурной стеклянной колбой. Внешний вид очень необычен, красив. Поэтому и применение особенное, декоративное.
    • Иллюминационные – разноцветный внешний окрас. Тон наносится на внутреннюю часть стеклянной колбы. Для окраса применены неорганические пигменты. Очень редко встречается наружный окрас. По мощности ограничения до 25 вт. Чем больше эксплуатация, тем изменяется окрас и яркость.
    • Сигнальные – для подсветки светосигнальных приборов. Сейчас на их смену пришли светодиодные лампы.
    • Зеркальные лампы накаливания – своеобразной формы. Внутренняя стеклянная поверхность покрыта слоем алюминия. Это и придает зеркальности изделию. Принцип работы – световой поток распределяется и собирается в определенной зоне. Применение: торговые залы, витрины, инкубаторах (обогрев новорожденных птенцов).
    • Транспортные. Сфера применения: фары автомобиля, мотоцикла, трактора, подсветка. Различаются прочностью, вибрационной прочностью.
    • Двухнитевые. Применимы для фар авто. Одна нить для ближнего освещения, другая для дальнего. Также применяется в местах, где требуется постоянное освещение, при перегорании одной нити, работает вторая.

    Преимущества и недостатки

    Лампы накаливания обладают собственными достоинствами и недостатками.

    • Легкость изготовления. Поэтому цена на них соответствующая.
    • Легкость применения. Не требуется установка дополнительных элементов при включении в сеть. Часто лампы мощностью 150 Вт применяются в освещении теплиц. Их свет близок к естественному. Кроме освещения, они дают и тепло.
    • Не влияет на зрение человека.
    • Не требуется время для разогрева.
    • Выдерживает перепады температур.
    • Утилизируется как бытовой отход.
    • В состав не входят вредные элементы.

    • Короткий срок эксплуатации.
    • Зависимость от перебоя в сети, частого включения/выключения – это является причиной разрыва спирали в лампах накаливания. Чтобы исключить трудности с напряжением, устанавливаются стабилизаторы.
    • Низкий уровень коэффициента полезного действия. Это связано с расходом большей части энергии на тепло.
    • Пожароопасность. Так как вокруг лампы образуется скопление тепла.
    • Хрупкость.
    • Есть вероятность разрыва корпуса, что может привести к травмированию.

    При покупке лампочки накаливания стоит учитывать все достоинства и недостатки, чтобы избежать малоприятных факторов при эксплуатации.

    Советуем посмотреть видео:

    Ответы на частые вопросы

    Покупатели часто задают интересующие их вопросы. Это связано с отсутствием полной информации на упаковке.

    Срок службы, стоимость

    На лампу накаливания влияет множество факторов, которые способствуют сокращению ее срока службы.

    За последнее время качество производимых лампочек упало. Часто дефект заметен сразу. Поэтому большинство покупателей перешли на покупку товара от иностранных производителей.

    Надо обращать внимание на патрон светильника, люстры, в который вкручивается лампа. В большинстве приборов он пластиковый, при повышении температуры расплавляется, трескается и приходит в негодность. Это влияет на перегрев лампочки и выхода из строя.

    Часто снижение времени работы совершается из-за высокого напряжения в сети. При этом происходит перегрев нити накаливания, она уменьшается в толщине, колба начинает темнеть. Происходит разрыв спирали. При отклонении величины напряжения всего на один процент, срок службы лампы сокращается на 14 процентов.

    Стоимость лампочки зависит от вида, мощности, производителя. Она колеблется от 7 рублей до 100 рублей (для домашнего потребления).

    Как увеличить срок службы

    Существует несколько способов, увеличивающих срок службы лампочки:

    • Установка диммера. Это простой прибор может продлить срок эксплуатации в несколько раз. Для этого после подключения регулируется процент освещения. При освещении кладовых, подъездов и пр. достаточно выставить работоспособность лампы на 75 процентов.
    • Так как часто выход из строя обусловлен скачками напряжения, то достаточно установить стабилизатор.
    Читайте также:
    Трансформатор напряжения: классификация, конструкция и устройство

    Какой газ в лампе

    В колбах изделия не может содержаться воздух или любой газ. Там должен быть только инертный газ (ксенон, криптон, аргон). Это связано с тем, что температура спирали прогревается больше 2000 градусов.

    При таких температурах вольфрамовая нить будет реагировать со всеми газами, кроме инертных. Гелий и неон дорого стоят, поэтому их не используют.

    Температура

    Световая температура зависит от вида закаченного газа. Так, без газовая вакуумная среда способствует прогреванию до 2700 К. При этом излучается теплый белый свет. При прогревании до 4200 излучается естественный белый свет. При закачивании ксенона, галогена криптона температура прогревания от 4000 до 6400 К. При этом излучается холодный белый свет.

    Из-за чего рвется спираль

    Вольфрамовая нить очень тонкая и хрупкая. Ее обрыв случается из-за уменьшения диаметра, по причине испарения материала при воздействии высокой температуры. Также часто нить обрывается при механическом воздействии – встряхивании.

    Световой поток

    Назначение светового потока – освещение. Создается преобразованием тепловой энергии. Единицей измерения считается Люмен (Лм). Увеличение потока зависит от мощности лампы

    Лампы накаливания одинаковой мощности излучают разный световой поток. Чем выше напряжение, тем выше значение светового потока.

    Сколько потребляет

    Мощность 60 Вт — энергопотребление составит 60 Вт или 0,06 киловатт за 1 час
    Мощность 95 Вт — потребляет электричества 95 Вт 0,095 киловатт за 1 час
    Мощность 100 Вт — израсходует 100 или 0,1 киловатт Вт электроэнергии за 1 час.

    Советуем посмотреть видео:

    ТОП лучших производителей

    Среди множества производителей выделены лучшие:

    • Philips
    • OSRAM (Белоруссия)
    • General Electric (GE)
    • OSRAM (Польша, Венгрия или Европа)
    • Электроламповый завод «Калашниково» в Тверской области (поселок «Калашниково»)

    В заключение

    Лампочки накаливания вытесняются из рынка, но все же еще востребованы. Перед покупкой надо убедиться в качестве товара. Лучше отдать преимущество проверенным ТМ.

    Востребованная информация? Оставьте комментарий, поделитесь статьей в соцсетях.

    Устройство и принцип действия лампы накаливания

    Всем привет. Рад вас видеть у себя на сайте. Тема сегодняшней статьи: устройство лампы накаливания. Но для начала хотелось бы сказать пару слов об истории этой лампы.

    Самую первую лампочку накаливания придумал английский учёный Деларю ещё в 1840 году. Она была с платиновой спиралью. Немного позже, в 1854 году, немецкий учёный Генрих Гёбель представил лампу с бамбуковой нитью, которая находилась в вакуумной колбе. В то время ещё очень много было представленных различных ламп, различными учёными. Но все они имели очень короткий срок службы, и были не эффективными.

    В 1890 году учёный Лодыгин А. Н. впервые представил лампу, у которой нить накаливания была из вольфрама, и имела вид спирали. Так же этот учёный делал попытки откачивания из колбы воздуха, и заполнение её газами. Что значительно увеличивало срок службы ламп.

    А вот серийное производство ламп накаливания началось уже в 20 веке. Тогда это был реальный прорыв в технологии. Сейчас же, в наше время, многие предприятия, и просто обычные люди отказываются от этих ламп из-за того, что они много потребляют электроэнергии. А в некоторых странах даже запретили выпускать лампы накаливания, мощностью которых более 60 Ватт.

    Устройство лампы накаливания.

    Такая лампа состоит из следующих деталей: цоколь, колба, электроды, крючки для держания нити накаливания, нить накаливания, штенгель, изолирующий материал, контактная поверхность.

    Для того, чтобы вам было более понятно, я сейчас напишу про каждую деталь отдельно. Так же смотрите рисунок и видео.

    Колба – изготавливается из обычного стекла и нужна для защиты нити накаливания от внешней среды. В неё вставляется штенгель с электродами и крючками, которые держат саму нить. В колбе специально создаётся вакуум, или она заполняется специальным газом. Обычно это аргон, так как он не поддается нагреванию.

    С той стороны, где находятся вывода электродов, колба заплавляется стеклом и приклеивается к цоколю.

    Цоколь нужен для того, чтобы лампочку можно было вкрутить в патрон. Обычно он изготовляется из алюминия.

    Нить накаливания – деталь, которая излучает свет. Изготавливается в основном из вольфрама.

    А теперь для закрепления своих знаний, предлагаю вам посмотреть очень интересное видео, в котором рассказывается, и показывается, как делаются лампы накаливания.

    Принцип действия.

    Принцип действия лампы накаливание основывается на нагревании материала. Ведь не зря нить накаливания имеет такое название. Если пропустить через лампочку электрический ток, то вольфрамовая нить накаляется до очень высокой температуры и начинает излучать световой поток.

    Не расплавляется нить, потому что вольфрам имеет очень высокую температуру плавления, где-то 3200—3400 градусов Цельсия. А при работе лампы нить накаляется где-то до 2600—3000 градусов Цельсия.

    Читайте также:
    Штепсельная розетка: конструкция, разновидности и технические характеристики

    Преимущества и недостатки ламп накаливания.

    Основные преимущества:

    Не высокая цена.

    Легко переносят перепады напряжения в сети.

    При включении мгновенно зажигается.

    Для человеческого глаза практически незаметно мерцание при работе от источника переменного тока.

    Можно использовать устройство для регулировки яркости.

    Можно использовать как при низких, так и при высоких температурах окружающей среды.

    Такие лампы можно выпускать практически на любое напряжение.

    В своём составе не содержит опасных веществ, и поэтому не нуждается в специальной утилизации.

    Для зажигания лампы не нужно никаких устройств запуска.

    Может работать на переменном и на постоянном напряжении.

    Работает очень тихо и не создаёт радиопомех.

    И это далеко не полный список преимуществ.

    Недостатки:

    Имеет очень маленький срок службы.

    Очень маленький КПД. Обычно он не превышает 5 процентов.

    Световой поток и срок службы напрямую зависит от напряжения сети.

    Корпус лампы при работе очень сильно нагревается. Поэтому такая лампа считается пожароопасной.

    При разрыве нити колба может взорваться.

    Очень хрупкая, и чувствительная к ударам.

    В условиях вибрации очень быстро выходит со строя.

    И в заключение статьи хотелось бы написать об одном удивительном факте. В США в одной из пожарных частей города Ливермор, есть лампа мощностью 60 ватт, которая светиться беспрерывно уже более 100 лет. Её зажгли ещё в 1901 году, а в 1972 году её занесли в Книгу рекордов Гинесса.

    Секрет её долговечности в том, что она работает в глубоком недокале. Кстати, работу этой лампы беспрерывно фиксирует вебкамера. Так что кому интересно можете поискать прямую трансляцию в интернете.

    На этом у меня всё. Если статья была вам полезной, то поделитесь неё со своими друзьями в социальных сетях и подписывайтесь на обновления. Пока.

    Как устроена обычная лампа накаливания?

    Электрическая лампочка накаливания представляет собой источник света искусственного происхождения, оснащенный тонкой нитью из сплава на основе вольфрама или другого металла с повышенной температурой плавления. Рабочее тело расположено внутри стеклянной колбы, для увеличения ресурса воздух из емкости откачан (возможно заполнение резервуара инертным газом). Лампочка подсоединяется к бытовой сети при помощи металлического резьбового цоколя.

    Конструкция лампы накаливания

    Изделия выпускаются с различными типоразмерами цоколя и конфигурацией колбы. Независимо от внешних характеристик, в устройство лампы накаливания входят стеклянная защитная оболочка, элемент для установки и подключения к сети и рабочее тело с подводящими напряжение электродами. Коммутационные элементы имеют специальную прорезь, уменьшающую сечение. Элемент снижает риск взрыва стеклянной колбы источника света.

    Для изготовления колбы применяется силикатное стекло с добавками минералов, содержащих натрий и кальций. Специальные источники света изготовляются из стекла с примесью бора, допускающего повышенный нагрев при работе. Воздух откачивается из полости колбы вакуумным насосом через специальную трубку (штенгель), которая затем запаивается. Вакуумированные колбы используются для малогабаритных изделий мощностью до 20-25 Вт.

    Резервуар ламп мощностью 25 Вт и выше заполняется смесью азота и инертного газа, снижающего испарение металла с поверхности тела накала. Для повышения яркости свечения в композицию вводится криптон. Для дорогостоящих изделий используется заполнение ксеноном, яркость таких источников света превышает в 2 раза аналогичные конструкции, заполненные смесью аргона с азотом. Внутренняя поверхность колбы покрывается белым или цветным матовым составом, снижающим яркость свечения.

    Для изготовления нити или пластины применяется вольфрам или сплавы на его основе (с добавкой осмия). Для производства нити предлагался карбид тантала, обеспечивающий пониженное испарение при нагреве. В промышленное производство детали не пошли из-за хрупкости материала. Нить изготовлена из проволоки круглого сечения, завитой в спираль для снижения размеров и улучшения теплообмена. Концы элемента зажимаются в контактных пластинах из молибденовой проволоки. Выводы контактов изготовлены из меди, концы привариваются к цоколю.

    Для поддержки нити использованы специальные зажимы, выполненные из тугоплавких металлов (например, молибдена). Фиксаторы монтируются на специальной площадке (штабике), изготовленной из стекла и установленной на лопатке. Стеклянные компоненты соединяются оплавлением материала.

    Спираль устанавливается на точках крепления в виде половины шестигранника, обеспечивая равномерное распределение светового потока. Источники света, устанавливаемые в прожекторах, оснащаются двойной спиралью, позволяющей повысить яркость без роста нагрева тела накала. Допускается изготовление нитей в виде ажурных элементов (используется для ламп декоративных светильников).

    Для фиксации лампы в патроне и подачи напряжения применяется стандартизированный цоколь с винтовой или зажимной внешней поверхностью. Для изготовления элемента идет сталь со специальным защитным покрытием. С целью снижения веса и стоимости для цоколей используется алюминиевый сплав. Цоколь соединяется с колбой термостойким клеем.

    Для ламп с винтовым типом цоколя применяется обозначение Е (от имени автора конструкции – Эдисона). В коде используется двузначное число, обозначающее диаметр установочного элемента в миллиметрах. На нижней части коммутационного узла имеется второй контакт, изолированный от внешнего стакана кольцом из специального компаунда. Цоколи штифтовой (или байонетной) схемы маркируются буковой В, используются в промышленном оборудовании и автомобилях. Для подвода напряжения применяются штифты и нижний элемент, изолированный от металлического направляющего стакана.

    Читайте также:
    Какой стабилизатор напряжения выбрать для частного дома: виды и критерии выбора

    Принцип работы электрической лампы накаливания

    Принцип работы лампы накаливания основан на разогреве тела накала проходящим электрическим током. На ранних образцах использовались элементы из угольного порошка. Использование вольфрамовых сплавов, выдерживающих нагрев до 3000°С, позволило повысить световой поток при увеличении ресурса изделия. При нагреве с поверхности спирали начинается испарение частиц металла, приводящее к постепенному выгоранию элемента и выходу лампы из строя.

    При заполнении колбы смесью азота с инертным газом принцип действия искусственного источника света немного меняется. Давление газовой среды противодействует улетучиванию атомов металла с поверхности спирали, позволяя увеличить рабочую температуру тела накала. Дополнительно улучшается коэффициент полезного действия, а спектр свечения сдвигается к белому цвету. Инертный газ дополнительно противодействует осаждению продуктов разрушения спирали на внутренней поверхности колбы.

    Достоинства ламп накаливания

    Основные преимущества ламп накаливания:

    • компактные габариты и стабильный цветовой спектр излучения;
    • не требуется дополнительный блок для розжига и поддержки работы изделия;
    • простая конструкция и отработанная технология изготовления, положительно влияющие на стоимость;
    • свечение не чувствительно к воздействию ионизирующей радиации и электромагнитных импульсов;
    • конструкция спирали допускает скачки напряжения;
    • при подаче напряжения лампа включается мгновенно;
    • в конструкции изделия не применяются токсичные вещества, требующие особых условий утилизации или переработки;
    • допускается использование в сетях постоянного и переменного тока;
    • при коммутации не имеет значения полярность;
    • конструктивная схема позволяет выпускать оборудование, рассчитанное на разное напряжение питания;
    • возможна корректировка яркости свечения при помощи дополнительного сопротивления (диммера);
    • при коммутации к сети переменного тока отсутствует пульсация света;
    • нет гудения и иных посторонних шумов при работе;
    • допускается эксплуатация при отрицательной температуре;
    • при работе не создаются помехи, препятствующие приему радиоволн;
    • устойчивость конструкции к образованию конденсата.

    Недостатки ламп накаливания

    Помимо перечисленных достоинств, есть недостатки, послужившие причиной разработки новых источников искусственного освещения:

    • низкий электрический и световой КПД;
    • скачок тока в момент розжига лампы;
    • преобладание в световом потоке желтой и красной частей спектра;
    • небольшой срок службы ламп накаливания (не более 1 тыс. часов);
    • хрупкий материал колбы чувствителен к вибрациям;
    • при разрушении нити возможен разрыв внешней стеклянной оболочки;
    • зависимость ресурса и светового потока от напряжения питания;
    • нагрев внешней оболочки до +290. +330°С;
    • для установки ламп мощностью выше 150 Вт требуется применение светильников и коммутационных элементов из термостойких материалов;
    • падение яркости излучения по мере выгорания нити;
    • световой поток негативно влияет на зрение человека (из-за слепящей яркости), что требует использования абажуров или матового покрытия на колбу.

    Коэффициент полезного действия

    Потребляемый лампой электрический ток только частично преобразуется в видимое человеческим глазом световое излучение. Часть энергии уходит на тепловые потери и рассеивается в окружающую среду колбой и цоколем, а часть – затрачивается на формирование инфракрасного потока, который не фиксируется пользователями. КПД лампы зависит от потребляемой мощности, материала нити накала и температуры нагрева.

    Коэффициент полезного действия для бытовых источников света составляет до 2,6%, высокотемпературные промышленные изделия имеют КПД до 5,1%.

    Рост КПД ограничивается температурой 3400°С, дальнейший разогрев нити невозможен из-за начала плавления вольфрамового сплава. Проведенные исследования показали, что приближение температуры рабочего тела до максимально возможного значения позволяет увеличить яркость в 2 раза, при этом срок эксплуатации уменьшается на 90-95%. Понижение напряжения положительно сказывается на ресурсе изделия, методика применяется при формировании цепей дежурного освещения (при отсутствии требований по яркости).

    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.

    Читайте также:
    Трансформатор напряжения: классификация, конструкция и устройство

    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.

    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.
  • Рейтинг
    ( Пока оценок нет )
    Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
    Добавить комментарий

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