Как устроена лампа накаливания: принцип работы и потребление электрики

Устройство и принцип работы лампы накаливания

Если сравнивать с другими источниками света, лампа накаливания является очень простой конструкцией. Генерация светового потока происходит с помощью вольфрамовой нити, которая располагается внутри вакуумной стеклянной колбы. Для увеличения эксплуатационного срока в нее начали добавлять смесь специальных газов. Это стало началом возникновения галогеновых ламп. Первыми осветительными приборами считаются калильные конструкции.

История создания

В устройстве лампы накаливания сначала применяли не вольфрам, а совершенно другие материалы. Среди них была даже бумага и бамбук. Сейчас все лавры принадлежат Эдисону и Лодыгину. Они изобрели и усовершенствовали электрические лампы. Но всё же все заслуги приписывать им будет не совсем правильно.

Учёные прилагали усилия в таких направлениях:

  • Поиск наиболее подходящего материала, который можно использовать в качестве нити накаливания. Необходимо было найти то, что отлично противостояло бы возгоранию, а также имело большие показатели сопротивления. Раньше строение лампочки предполагало применение волокон бамбука в качестве нити накаливания. Эту нить покрывали очень тонким слоем графита, который выполнял роль токопроводящей среды. Конструкция работала, но изделия быстро перегорали.
  • Дальше изобретатели думали над тем, как выкачать весь воздух из колбы. Это было необходимо, потому что кислород является важнейшим веществом при горении. Поэтому необходимо, чтобы был вакуум (отсутствовал воздух).
  • Далее нужно было придумать разъёмные и контактные элементы цепи. Задача была довольно трудной. На это в значительной мере повлиял слой графита, который имеет очень высокое сопротивление. Исследователям пришлось прибегнуть к применению драгоценных металлов — платины и серебра. Это позволило увеличить проводимость тока, но конечная цена лампочки стала запредельной.
  • Е27 — цоколь Эдисона. Такая резьба применяется и по сегодняшний день. Первые варианты соединения изделия с электрической сетью предполагали применение пайки. Сегодня такой вариант не позволил бы быстро менять лампочки. Также это соединение очень быстро распадалось, когда происходил быстрый и сильный нагрев.

На сегодняшний день популярность таких устройств очень быстро падает. Сейчас в России увеличена амплитуда напряжение на 10%, если сравнивать с началом 2000-х годов. Это привело к тому, что лампы накаливания стали перегорать в 4 раза быстрее. Сейчас постепенно все переходят на светодиоды.

Принцип работы

Принцип работы лампы накаливания заключается в сильнейшем разогреве вольфрамовой нити. Это происходит благодаря электрическому току, проходящему через неё. Чтобы твёрдое вещество начало издавать красное свечение, его придётся разогреть до 570 градусов по Цельсию. Этот свет будет приятен для человеческого глаза, только если повысить показатель минимум в 3 раза.

Такую термоустойчивость имеют далеко не многие материалы. Из-за доступности вольфрама, его начали применять для изготовления ламп. Плавится он при температуре 3400 градусов по Цельсию. Его начали закручивать в спираль для повышения длины и площади этого изделия. Это помогает в значительной мере увеличить световое излучение.

Обычные лампочки устроены так, что главные части могут разогреваться до 2800 градусов. Работают лампы накаливания с цветовым излучением в 2000−3000 К. Это позволяет получить жёлтый спектр. Его, конечно, нельзя сопоставить с дневным, но этот цвет не оказывает пагубного влияния на зрение.

Если вольфрам попадёт в воздушную среду, то он очень быстро окислится, что приведёт к мгновенному разрушению. Именно поэтому использовали вакуумную колбу. Сейчас применяют вместо вакуума, смесь газов. На этапе экспериментов учёные ещё не знали, какой состав лучше применить. Современные изделия наполняются азотом, криптоном или же аргоном. С их помощью удалось увеличить срок эксплуатации лампы, а также повысить силу свечения. Длительность использования становится больше из-за того, что давление газов внутри колбы не даёт испаряться вольфрамовой нити, когда она нагрета.

Строение изделия

Обычные виды ламп накала состоят из стандартных элементов. Их размеры могут отличаться (самыми большими являются промышленные типы), но в целом они абсолютно одинаковые. Основные составные части конструкции:

  • Колба.
  • Цоколь. Он состоит из корпуса, на котором установлен изолятор и контакт.
  • Вакуум или смесь газов.
  • Нить накала.
  • Предохранитель.
  • Ножка.
  • Электроды. Через них подаётся электричество на нить.
  • Крючки. Предназначены для поддержания элемента накаливания.

Кроме стандартных типов конструктивных решений, есть ещё и изделия специального назначения. В них могут применяться держатели, которые заменяют цоколь. Также добавляется дополнительная стеклянная колба.

Чаще всего предохранитель делают из феррита и никеля. Он располагается в разрыве на каком-либо из выводов тока. Обычно его размещают в ножке. Делается это из-за того, что во время обрыва сети возникает электрическая дуга. Она расплавляет проводник, который попадает на стекло. В этом случае лампа может взорваться.

Колба и цоколь

Стеклянный сосуд необходим, чтобы защитить нить накаливания от воздействия кислорода, что приведёт к её разрушению. Размеры колбы выбираются исходя из скорости оседания вещества, из которого выполнен проводник.

Наиболее распространённым цоколем является модель Томаса Эдисона. Е10 — это самый маленький резьбовой контакт, который сейчас применяется. Например, он может использоваться в ёлочных гирляндах, а также в небольших фонариках.

Цоколь Е14 называют миньоном. Зачастую его используют в небольших осветительных приборах по типу бра. Также эта модель применяется в современных люстрах. Даже светодиодные лампы используют этот тип контакта.

Под этот патрон изготавливается множество видов ламп:

  • грушевидная;
  • каплевидная;
  • зеркальная;
  • шарообразная;
  • свечеобразная.

Цоколь Е27 — это самый распространённый тип контакта. Его применяют для стандартных патронов, которые есть в каждом доме и любом помещении. Светодиодные светильники с таким цоколем очень сильно напоминают обычные.

Газовая среда и нить накала

Раньше все осветительные изделия были вакуумными. Сейчас это решение используют только для маломощных ламп. Более мощные источники света наполняют инертным газом. Он напрямую влияет на количество излучаемого тепла.

В галогеновые изделия закачивают галогены. Вещество, покрывающие всю спираль накала, при нагреве постепенно испаряется. Оно вступает в реакцию с галогенами, расположенными внутри колбы. После этого начинают появляться соединения, которые снова разлагаются, что влечёт за собой возвращение вещества на нить. Это позволяет значительно увеличить температуру спирали, чтобы повысить КПД и длительность эксплуатации. Также газы позволяют сделать стеклянные ёмкости не такими большими.

Нить накала выполняется в разной форме. Предпочтение отдают исходя из специфики лампочки. Чаще всего используют проводник с круглым сечением или спираль. Очень редко применяют ленточные нити.

Современные лампы функционирует благодаря вольфраму или сплаву из осмия и вольфрама. Иногда используют биспирали и триспирали. Это возможно только благодаря повторному закручиванию. Наибольший коэффициент полезного действия наблюдается у последнего типа, потому что триспираль позволяет снизить количество теплового излучения.

Технические характеристики

Лампы накаливания имеют разную мощность, от которой зависит световая энергия. Изменения происходят не линейно. До 75 Вт светоотдача повышается, а свыше этого показателя — начинает снижаться. Основным преимуществом ламп с нитью является распределение светового излучения во все стороны в одинаковом количестве.

Такие изделия выдают пульсирующий свет. Определённые значения обычно сильно нагружают глаза. Нормальным показателем коэффициента пульсации является 10% и менее. Лампы не превышают порог в 4%. Наихудший показатель наблюдается у 40 Вт.

Среди всех изделий, которые выделяют световое излучение, лампы накаливания разогреваются больше остальных. Огромная доля электрического тока преобразуется в тепло, поэтому лампа зачастую похожа на обогреватель, а не на прибор освещения. Именно это стало причиной, что в законодательстве появился специальный пункт. Он запрещает использовать лампочки в быту, мощность которых превышает 100 Вт.

Если рассматривать излучаемый спектр, то можно увидеть, что обычные лампы содержат много красного цвета и мало синего при сравнении с естественным освещением. Но результат всё равно считается довольно приемлемым, так как он не становится причиной утомления глаз.

Для правильного использования осветительных приборов нужно знать условия их применения. Предельные температурные показатели составляют -60 и +50 градусов по Цельсию. Максимальная влажность — 98%. Такие устройства могут работать в паре с диммерами. Они необходимы, чтобы изменять светоотдачу путём регулирования интенсивности света. Эти изделия являются довольно дешёвыми. Также их очень просто заменить даже человеку, не имеющему никакой квалификации.

Коэффициент полезного действия

В результате применения электрического тока для работы ламп с нитью накаливания образуется не только тепловая энергия и видимый для человеческих органов зрения свет, но и инфракрасный свет, который не видят глаза. При температуре вольфрамовой нити в 3350 К коэффициент полезного действия лампочки составляет 15%. Если взять обычное изделие в 60 Вт при температуре 2800 К, то такое устройство будет выдавать минимальный КПД — 5%.

Чем сильнее разогрет проводник, тем выше будет коэффициент полезного действия. Но при большом нагреве вольфрамовой нити заметно снижается срок эксплуатации. Например, если температура лампы составляет 2800 К, то она будет работать около 1000 часов, а если 3400 К, то в несколько раз меньше. Можно увеличить напряжение на 20%, чтобы повысить выделение световой энергии в 2 раза. Но это будет не очень рационально, так как срок эксплуатации уменьшится на 95%.

Увеличение срока эксплуатации

Об увеличении срока эксплуатации обычных ламп хотят узнать побольше практически всё, кто ещё не перешёл на более современное светодиодное освещение. Это важно, так как иногда лампочка может перегореть даже при первом включении.

Существует несколько причин, из-за которых может значительно снизиться срок использования этих устройств. Вот основные из них:

  • Частые скачки напряжения в электрической сети. Слишком большая нагрузка уменьшает время эксплуатации.
  • Механические вибрации.
  • Замыкания или разрыв цепи в проводке квартиры.
  • Слишком большая температура окружающей среды.

Нужно придерживаться рекомендаций, чтобы лампочка проработала более длительный срок. Даже выполнение самых общих указаний может значительно продлить срок эксплуатации. Основные советы:

  • Выбирать следует только те изделия, которые полностью подходят для рабочего диапазона напряжений электрической сети.
  • Вкручивать и выкручивать лампочку можно только тогда, когда выключатель находится в выключенном состоянии. Это обусловлено тем, что даже самые незначительные вибрации способны вывести источник освещения из строя.
  • Если лампы всё время перегорают только в одном и том же месте, то следует заменить патрон или починить его.
  • Когда эксплуатация происходит в подъезде на лестничной площадке, следует к электрической цепи добавить диод для выпрямления напряжения. Необходимо параллельно подключить две лампы, имеющие одинаковую мощность.
  • К выключателю можно подсоединить устройство, которое будет плавно увеличивать подачу тока на лампу во время включения.

Технологии постоянно развиваются. Сейчас всё большую популярность набирают экономичные люминесцентные и светодиодные лампы. Основными причинами продолжения производства ламп накаливания являются налаженное производство и наличие слаборазвитых стран, если смотреть с технологической точки зрения. Также они имеют очень мягкий и комфортный свет.


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:  Подключение трансформаторов тока к трехфазному счетчику: семипроводная схема подключения

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.

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

Как работает лампа накаливания?

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

Ретро лампочка накаливания фабрики DANLAMP

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

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

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

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

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

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

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

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.

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.

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.

Читайте также:  Автоматический выключатель на схеме: буквенное обозначение по ГОСТу

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.

Электрический ток в лампе: как это работает

Сегодня сложно представить себе жизнь без света в доме, который создает электрический ток в лампе. Давайте посмотрим, как это происходит?

На сегодняшний день есть несколько типов приборов освещения (давайте назовём лампы таким образом). Самая первая группа светильников работала без электричества. Это была либо химическая реакция, либо огонь. Затем люди узнали про электричество и после долгих экспериментов появилась лампа накаливания. Конструктивно лампа состоит из трех обязательных частей: цоколя, колбы и источника свечения. В лампе накаливания в качестве источника света выступает спираль из тугоплавкого металла. Помните, буквально недавно мы говорили закон Джоуля-Ленца, закон Ома и про мощность электрического тока? Так вот, лампочка очень наглядно демонстрирует все эти законы. Сопротивление спирали лампочки накаливания подбирается таким образом, чтобы ток, протекая по спирали, разогревал её настолько, чтобы спираль светилась, но не разрушалась от воздействия высокой температуры. А колба вокруг спирали нужна для того, чтобы кислород при высокой температуре не вступал в реакцию со спиралью, вызывая сильное окисление и разрушение. Колба заполняется либо инертным газом, который никоим образом не может вступить в реакцию с металлом спирали, либо, наоборот, в колбе создаётся вакуум.

В общем, там, где есть высокая температура, там всегда есть большие потери, низкий КПД, малое время работы и куча прочих недостатков, поэтому люди стали искать альтернативу. Со временем появились различные группы осветительных приборов, которые можно объединить в две большие группы: газоразрядные и светодиодные.

В газоразрядных используется возможность электрического тока создавать ионный поток, тлеющий разряд, плазму и т.д. В зависимости от устройства такой лампы, используемого газа и конструкции вызывают тот или иной эффект работы электрического тока. А работа тока в конечном итоге приводит к свечению паров газа.

В светодиодных несколько иной принцип действия. В процессе рекомбинации полупроводникового перехода выделяется энергия. В зависимости от типов комбинации p-n перехода эта энергия может быть в видимом диапазоне. Открою вам небольшой секрет. До сих пор не найдена комбинация, при котором получился бы белый цвет светодиодов, поэтому белый цвет получается либо при помощи ультрафиолетового светодиода с люминофорным покрытием, либо комбинацией красного, синего и зеленого.

Вот так, вкратце работает электрический ток в лампе. Конечно, можно по каждому типу осветительного прибора написать отдельную статью. Это удивительно, как по разному можно заставить ток освещать наши дома и улицы в тёмное время суток.

Измерение мощности работы тока в электрической лампе

Давайте теперь подумаем, как узнать какую мощность развивает электрический ток в лампе и как можно это измерить. Казалось бы, можно использовать много методом, но на самом деле измерить мощность можно только с помощью ваттметров или ампермера с вольтметром. Почему это так? Предположим, что мы измерим сопротивление лампы накаливания и попробуем по закону Ома вычислить мощность, которую она сможет развить. Но без учёта термодинамики мы получим неверные данные. Дело в том, что при разогреве сопротивление нити накала увеличивается. То есть, холодная нить накала и горячая имеют разные сопротивления. И это касается не только ламп накаливания, но и всех остальных типов приборов освещения. Ну а измерить сопротивление газоразрядных или неоновых ламп и вовсе не представляется возможным. Сначала, конечно же, нужно собрать схему. Она очень проста:

Какие методы можно использовать?

  1. Можно использовать ваттметр. По сути, ваттметр это комбинация амперметра и вольтметра. Обратите внимание, одна обмотка ваттметра включена последовательно (это токовая обмотка), а вторая параллельно (обмотка напряжения). Магнитные потоки этих обмоток взаимодействуют и отклоняют стрелку ваттметра, который сразу покажет мгновенное значение мощности. Это самый простой метод вычисления мощности осветительного прибора.
  2. Можно использовать амперметр и вольтметр. Метод не сложный, но требует вычислений. Амперметр подключается последовательно. Вольтметр параллельно. На схеме это видно. Теперь, зная значение напряжения и тока достаточно лишь их перемножить. То есть, P=U*I. Однако, для более точных расчётов нужно учитывать, что вольтметр имеет свое собственное сопротивление. Оно хоть и очень большое и почти не влияет на результаты измерения, но, тем не менее, если требуется очень большая точность, это нужно учитывать. Я уже писал, как это делать в статье про параллельное и последовательное соединение сопротивлений.
  3. Можно использовать счётчик электрической энергии. По сути, это ваттметр, который показывает не мгновенное значение мощности, а накопительное – с учётом времени. Счетчик подключается точно так же, как ваттметр. Он точно так же содержит две обмотки. Но его конструктивная особенность такова, что он показывает ватт*часы. То есть, количество энергии за определенный промежуток времени. Чтобы узнать мощность лампочки с помощью счётчика потребуется еще и секундомер. Собираем схему, включаем ее и одновременно запускаем отсчёт времени. Ждём, пока счётчик сделает нужный нам отсчет потреблённой электроэнергии, останавливаем секундомер и начинаем считать. Допустим, счётчик показал потребление 1 кВт энергии за четыре часа. Значит, за один час расходовалось 250 ватт энергии. Допустим, потребление энергии 1 кВт произошло за 10 минут. Значит, за час такой прибор израсходует 6 кВт электроэнергии. Как видите, здесь расчёт не очень сложный. Единственное условие, что для получения мощности нам нужно, чтобы мощность была в киловаттах, а время в часах. Неудобство же заключается в том, что этот метод мы можем использовать только в сетях 220 или 380 вольт, то есть, имея счётчики с подходящим напряжением, или используя трансформаторы (либо другие устройства) преобразующие напряжение к тому, на которое рассчитан счётчик.

Вот, в принципе, и всё, что вам нужно знать об этой теме.

Конструкция, технические параметры и разновидности ламп накаливания

Лампа накаливания – первый электрический осветительный прибор, играющий важную роль в жизнедеятельности человека. Именно она позволяет людям заниматься своими делами независимо от времени суток.

По сравнению с остальными источниками света такое устройство характеризуется простотой конструкции. Световой поток излучается вольфрамовой нитью, расположенной внутри стеклянной колбы, полость которой заполнена глубоким вакуумом. В дальнейшем для увеличения долговечности вместо вакуума в колбу стали закачивать специальные газы — так появились галогеновые лампы. Вольфрам — термостойкий материал с большой температурой плавления. Это очень важно, поскольку для того, чтобы человек увидел свечение, нить должна сильно нагреться за счет проходящего через нее тока.

История создания

Интересно, что в первых лампах использовался не вольфрам, а ряд других материалов, включая бумагу, графит и бамбук. Поэтому, несмотря на то, что все лавры за изобретение и усовершенствование лампы накаливания принадлежат Эдисону и Лодыгину, приписывать все заслуги только им — неправильно.

Писать о неудачах отдельных ученых не станем, но приведем основные направления, к которым прилагали усилия мужи того времени:

  1. Поиски лучшего материала для нити накаливания. Нужно было найти такой материал, который одновременно был устойчив к возгоранию и характеризовался высоким сопротивлением. Первая нить была создана из волокон бамбука, которые покрывались тончайшим слоем графита. Бамбук выступал в качестве изолятора, графит — токопроводящей среды. Поскольку слой был малым, то существенно возрастало сопротивление (что и требовалось). Все бы хорошо, но древесная основа угля приводила к быстрому воспламенению.
  2. Далее исследователи задумались над тем, как создать условия строжайшего вакуума, ведь кислород — важный элемент для процесса горения.
  3. После этого нужно было создать разъемные и контактные компоненты электрической цепи. Задача усложнялась из-за использования слоя графита, характеризующегося высоким сопротивлением, поэтому ученым пришлось использовать драгоценные металлы — платину и серебро. Так повышалась проводимость тока, но стоимость изделия была чересчур высока.
  4. Примечательно, что резьба цоколя Эдисона используется и по сей день — маркировка E27. Первые способы создания контакта включали пайку, но при таком раскладе сегодня говорить о быстро заменяемых лампочках было бы сложно. А при сильном нагреве подобные соединения быстро бы распадались.
Читайте также:  Почему светодиодная лампа тускло горит после выключения: поиск неисправности

В наше время популярность подобных ламп падает в геометрической прогрессии. В 2003 году в России была увеличена амплитуда питающего напряжения на 5 %, к сегодняшнему дню этот параметр составляет уже 10 %. Это привело к сокращению срока эксплуатации лампы накаливания в 4 раза. С другой стороны, если вернуть напряжение на эквивалентное значение вниз, то существенно сократится отдача светового потока — до 40 %.

Вспомните учебный курс — еще в школе преподаватель физики ставил опыты, демонстрируя, как увеличивается свечение лампы при повышении силы тока, подающегося на вольфрамовую нить. Чем выше сила тока, тем сильнее выброс излучения и больше тепла.

Принцип действия

Принцип работы лампы построен на сильном нагреве нити накаливания за счет проходящего через нее электрического тока. Для того чтобы твердотельный материал начал излучать красное свечение, его температура должна достигнуть 570 град. Цельсия. Излучение будет приятным для глаз человека только при увеличении этого параметра в 3–4 раза.

Подобной тугоплавкостью характеризуются немногие материалы. За счет доступной ценовой политики выбор был сделан в пользу вольфрама, температура плавления которого составляет 3400 град. Цельсия. Чтобы повысить площадь светового излучения, вольфрамовая нить скручивается в спираль. В процессе эксплуатации она может нагреваться до 2800 град. Цельсия. Цветовая температура такого излучения равна 2000–3000 К, что дает желтоватый спектр — несопоставимый с дневным, но в то же время не оказывающий негативного воздействия на зрительные органы.

Попадая в воздушную среду, вольфрам быстро окисляется и разрушается. Как уже говорилось выше, вместо вакуума стеклянная колба может заполняться газами. Речь идет об инертных азоте, аргоне или криптоне. Это позволило не только повысить долговечность, но и увеличить силу свечения. На срок эксплуатации влияет то, что давление газа препятствует испарению вольфрамовой нити из-за высокой температуры свечения.

Строение

Обычная лампа состоит из следующих конструктивных элементов:

  • колба;
  • вакуум или инертный газ, закачиваемый внутрь нее;
  • нить накала;
  • электроды — выводы тока;
  • крючки, необходимые для удерживания нити накала;
  • ножка;
  • предохранитель;
  • цоколь, состоящий из корпуса, изолятора и контакта на донышке.

Помимо стандартных исполнений из проводника, стеклянного сосуда и выводов, существуют лампы специального назначения. В них вместо цоколя используются другие держатели или добавляется дополнительная колба.

Предохранитель обычно изготавливается из сплава феррита и никеля и помещается в разрыв на одном из выводов тока. Зачастую он расположен в ножке. Его основное предназначение — защита колбы от разрушения в случае обрыва нити. Связано это с тем, что в случае ее обрыва образуется электрическая дуга, приводящая к плавлению остатков проводника, которые попадают на стеклянную колбу. Из-за высокой температура она может взорваться и вызвать возгорание. Впрочем, долгие годы доказали низкую эффективность предохранителей, поэтому они стали эксплуатироваться реже.

Колба

Стеклянный сосуд используется для защиты нити накаливания от окисления и разрушения. Габаритные размеры колбы подбирают в зависимости от скорости осаждения материала, из которого производится проводник.

Газовая среда

Если раньше вакуумом заполнялись все без исключения лампы накаливания, то сегодня такой подход применяют лишь для маломощных источников света. Более мощные устройства заполняются инертным газом. Молярная масса газа влияет на излучение тепла нитью накаливания.

В колбу галогенных ламп закачиваются галогены. Вещество, которым покрыта нить накала, начинает испаряться и взаимодействовать с расположенными внутри сосуда галогенами. В результате реакции образуются соединения, которые повторно разлагаются и вещество вновь возвращается на поверхность нити. Благодаря этому появилась возможность повысить температуру проводника, увеличив коэффициент полезного действия и срок эксплуатации изделия. Также такой подход позволил сделать колбы более компактными. Недостаток конструкции связан с изначально малым сопротивлением проводника при подаче электрического тока.

Нить накала

По форме нить накаливания может быть разной — выбор в пользу той или иной связан со спецификой лампочки. Зачастую в них применяют нить с круглым сечением, закрученную в спираль, гораздо реже — ленточные проводники.

Современная лампа накаливания работает от нити из вольфрама или осмиево-вольфрамового сплава. Вместо обычных спиралей могут закручиваться биспирали и триспирали, что стало возможным за счет повторного закручивания. Последнее приводит к уменьшению теплового излучения и повышению КПД.

Технические характеристики

Интересно наблюдать за зависимостью световой энергии и мощности лампы. Изменения не линейны — до 75 Вт световая отдача увеличивается, при превышении — снижается.

Одно из преимуществ таких источников света – равномерное освещение, поскольку практически во всех направлениях свет излучается с одинаковой силой.

Еще одно достоинство связано с пульсированием света, которое при определенных значениях приводит к значительной утомляемости глаз. Нормальным значением считают коэффициент пульсации, не превышающий 10 %. Для ламп накаливания параметр максимум достигает 4 %. Самый худший показатель — у изделий мощностью 40 Вт.

Среди всех доступных электрических осветительных приборов лампы накаливания нагреваются сильнее. Большая часть тока преобразуется в тепловую энергию, поэтому прибор больше похож на обогреватель, чем на источник света. Световая отдача находится в диапазоне от 5 до 15 %. По этой причине в законодательстве прописаны определенные нормы, запрещающие, к примеру, использовать лампы накаливания более 100 Вт.

Обычно для освещения одной комнаты достаточно лампы на 60 Вт, которая характеризуется небольшим нагревом.

При рассмотрении спектра излучения и сравнении его с естественным освещением можно сделать два важных замечания: световой поток таких ламп содержит меньше синего и больше красного света. Тем не менее, результат считается приемлемым и не приводит к утомлению, как в случае с источниками дневного света.

Эксплуатационные параметры

При эксплуатации ламп накаливания важно учитывать условия их использования. Их можно применять в помещениях и на открытом воздухе при температуре не менее –60 и не более +50 град. Цельсия. При этом влажность воздуха не должна превышать 98 % (+20 град. Цельсия). Устройства могут работать в одной цепи с диммерами, предназначенными для регулирования световой отдачи за счет изменения интенсивности света. Это дешевые изделия, которые могут быть самостоятельно заменены даже неквалифицированным человеком.

Существует несколько критериев для классификации ламп накаливания, которые будут рассмотрены ниже.

В зависимости от эффективности освещения лампы накаливания бывают (от худших к лучшим):

  • вакуумные;
  • аргоновые или азот-аргоновые;
  • криптоновые;
  • ксеноновые или галогенные с установленным отражателем инфракрасного излучения внутрь лампы, что увеличивает КПД;
  • с покрытием, предназначенным для преобразования инфракрасного излучения в видимый спектр.

Намного больше разновидностей ламп накаливания, связанных с функциональным назначением и конструктивными особенностями:

  1. Общее назначение — в 70-х гг. прошлого столетия они назывались «нормально-осветительными лампами». Самая распространенная и многочисленная категория — изделия, применяемые для общего и декоративного освещения. С 2008 года выпуск таких источников света существенно сократился, что было связано с принятием многочисленных законов.
  2. Декоративное назначение. Колбы таких изделий выполняются в форме изящных фигур. Чаще всего встречаются свечеобразные стеклянные сосуды с диаметром до 35 мм и сферические (45 мм).
  3. Местное назначение. По конструкции идентичны первой категории, но питаются от уменьшенного напряжения — 12/24/36/48 В. Обычно применяются в переносных светильниках и приборах, освещающих верстаки, станки и т. п.
  4. Иллюминационные с окрашенными колбами. Зачастую мощность изделий не превышает 25 Вт, а для окрашивания внутренняя полость покрывается слоем неорганического пигмента. Гораздо реже можно встретить источники света, наружная часть которых окрашивается цветным лаком. В таком случае пигмент очень быстро выцветает и осыпается.

  1. Зеркальные. Колба выполнена в специальной форме, которая покрыта отражающим слоем (к примеру, методом распыления алюминия). Данные изделия используются для перераспределения светового потока и повышения эффективности освещения.
  2. Сигнальные. Их устанавливают в светосигнальные изделия, предназначенные для отображения какой-либо информации. Характеризуются низкой мощностью и рассчитаны на продолжительную эксплуатацию. На сегодняшний день практически бесполезны из-за доступности светодиодов.
  3. Транспортные. Еще одна обширная категория ламп, используемых в транспортных средствах. Характеризуются высокой прочностью, устойчивостью к вибрациям. В них применяют специальные цоколи, гарантирующие прочное крепление и возможность быстрой замены в стесненных условиях. Могут питаться от 6 В.
  4. Прожекторные. Высокомощные источники света до 10 кВт, характеризующиеся высокой световой отдачей. Спираль укладывается компактно, чтобы обеспечить лучшую фокусировку.
  5. Лампы, применяемые в оптических приборах, — к примеру, кинопроекционная или медицинская техника.

к содержанию ↑

Специальные лампы

Также существуют более специфические разновидности ламп накаливания:

  1. Коммутаторные — подкатегория сигнальных ламп, применяемых в коммутаторных панелях и выполняющих функции индикаторов. Это узкие, продолговатые и малогабаритные изделия, имеющие параллельные контакты гладкого типа. За счет этого могут помещаться в кнопки. Маркируются как «КМ 6-50». Первое число указывает на вольтаж, второе — ампераж (мА).
  2. Перекальная, или фотолампа. Данные изделия используются в фототехнике для нормированного форсированного режима. Характеризуется высокими световой отдачей и цветовой температурой, но малым сроком эксплуатации. Мощность советских ламп достигала 500 Вт. В большинстве случаев колба матируется. Сегодня практически не используются.
  3. Проекционные. Применялись в диапроекторах. Высокая яркость.

Двухнитевая лампа бывает нескольких разновидностей:

  1. Для автомобилей. Одна нить используется для ближнего, другая — для дальнего света. Если рассматривать лампы для задних фонарей, то нити могут использоваться для стоп-сигнала и габаритного огня соответственно. Дополнительный экран может отсекать лучи, которые в лампе ближнего света могут слепить водителей встречных автомобилей.
  2. Для самолетов. В посадочной фаре одна нить может использоваться для малого света, другая — для большого, но требует внешнего охлаждения и непродолжительной эксплуатации.
  3. Для железнодорожных светофоров. Две нити необходимы для повышения надежности — если перегорит одна, то будет светиться другая.

Продолжим рассматривать специальные лампы накаливания:

  1. Лампа-фара — сложная конструкция для подвижных объектов. Используется в автомобильной и авиационной технике.
  2. Малоинерционная. Содержат тонкую нить накаливания. Применялась в звукозаписывающих системах оптического типа и в некоторых видах фототелеграфа. В наше время используется редко, поскольку есть более современные и улучшенные источники света.
  3. Нагревательная. Применяется в качестве источника тепла в лазерных принтерах и копирах. Лампа имеет цилиндрическую форму, закрепляется во вращающемся металлическом валу, к которому прикладывается бумага с тонером. Вал передает тепло, что приводит к расплыванию тонера.

к содержанию ↑

Электрический ток в лампах накаливания преобразуется не только в видимый для глаза свет. Одна часть идет на излучение, другая трансформируется в тепло, третья — на инфракрасный свет, который не фиксируется зрительными органами. Если температура проводника составляет 3350 К, то КПД лампы накаливания составит 15 %. Обычная лампа на 60 Вт с температурой 2700 К характеризуется минимальным КПД — 5 %.

Коэффициент полезного действия усиливается степенью нагрева проводника. Но чем выше будет нагрев нити, тем меньше срок эксплуатации. К примеру, при температуре 2700 К лампочка просветит 1000 часов, 3400 К — в разы меньше. Если повысить напряжение питания на 20 %, то свечение усилится в два раза. Это нерационально, поскольку срок эксплуатации сократится на 95 %.

Плюсы и минусы

С одной стороны, лампы накаливания являются самыми доступными источниками света, с другой – характеризуются массой недостатков.

  • низкая стоимость;
  • нет необходимости в применении дополнительных приспособлений;
  • простота использования;
  • комфортная цветовая температура;
  • устойчивость к повышенной влажности.
  • недолговечность — 700–1000 часов при соблюдении всех правил и рекомендаций по эксплуатации;
  • слабая световая отдача — КПД от 5 до 15 %;
  • хрупкая стеклянная колба;
  • возможность взрыва при перегреве;
  • высокая пожарная опасность;
  • перепады напряжения существенно сокращают срок эксплуатации.

Как увеличить срок службы

Существует несколько причин, по которым может уменьшиться срок эксплуатации данных изделий:

  • перепады напряжения;
  • механические вибрации;
  • высокая температура окружающей среды;
  • разрыв соединения в проводке.

Вот несколько рекомендаций по продлению срока службы ламп накаливания:

  1. Выберите изделия, которые подходят для диапазона напряжения сети.
  2. Перемещение осуществляйте строго в выключенном состоянии, поскольку из-за малейших вибраций изделие выйдет из строя.
  3. Если лампы продолжают перегорать в одном и том же патроне, то его нужно заменить или починить.
  4. При эксплуатации на лестничной площадке в электрическую цепь добавьте диод или включите параллельно две лампы одной мощности.
  5. На разрыв цепи питания можно добавить устройство для плавного включения.

Технологии не стоят на месте, постоянно развиваются, поэтому сегодня на смену традиционным лампам накаливания пришли более экономичные и долговечные светодиодные, люминесцентные и энергосберегающие источники света. Главными причинами выпуска ламп накаливания остается наличие менее развитых с технологической точки зрения стран, а также хорошо налаженное производство.

Приобретать такие изделия сегодня можно в нескольких случаях — они хорошо вписываются в дизайн дома или квартиры, либо вам нравится мягкий и комфортный спектр их излучения. Технологически — это давно устаревшие изделия.

Ссылка на основную публикацию