Металл в лампе накаливания

Обновлено: 04.10.2024

На сегодняшний день рынок предлагает лампы освещения с огромной массой характеристик, абсолютно для любых целей в различных ценовых диапазонах.

На сегодняшний день рынок предлагает лампы освещения с огромной массой характеристик, абсолютно для любых целей в различных ценовых диапазонах. Давайте коротко их рассмотрим.

Для расчёта освещенности помещения вы можете воспользоваться калькулятором расчета освещенности помещения .

Различают следующие виды ламп освещения:

А теперь давайте рассмотрим каждый из видов.

Лампа накаливания.

Лампа накаливания - это электрический источник света, который излучает световой поток в результате накала проводника из тугоплавкого металла (вольфрама).

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.

Технические характеристики

Лампы

накаливания

Срок службы источника света

Выделение тепла при горении

Устойчивость к перепадам

Чувствительность к частым

Цветовая температура, К

Люминесцентная лампа.

Люминесцентные лампы, называемые еще, лампами дневного света, представляют собой запаянную с обоих концов стеклянную трубку, изнутри покрытую тонким слоем люминофора.

хорошая светоотдача и более высокий КПД (в сравнении с лампами накаливания);
разнообразие оттенков света;
рассеянный свет;
длительный срок службы (2?000 -20?000 часов в отличие от 1?000 у ламп накаливания), при соблюдении определенных условий.

химическая опасность (ЛЛ содержат ртуть в количестве от 10 мг до 1 г);
неравномерный, неприятный для глаз, иногда вызывающий искажения цвета, освещённых предметов (существуют лампы с люминофором спектра, близкого к сплошному, но имеющие меньшую светоотдачу);
Со временем люминофор срабатывается, что приводит к изменению спектра, уменьшению светоотдачи и как следствие понижению КПД ЛЛ;
мерцание лампы с удвоенной частотой питающей сети;
наличие дополнительного приспособления для пуска лампы — пускорегулирующего аппарата (громоздкий дроссель с ненадёжным стартером);
очень низкий коэффициент мощности ламп — такие лампы являются неудачной для электросети нагрузкой (проблема решается с применением вспомогательных устройств).

Технические

характеристики

Люминесцентные

лампы

Срок службы источника

Выделение тепла при

Галогенные лампы.

Галогенная лампа – это лампа накаливания, в колбу которой закачан буферный газ: пары галогенов (брома или иода). Данная особенность повышает срок службы лампы до 2000—4000 часов, а так же позволяет повысить температуру спирали.

выпускаются в богатом ассортименте;
позволяют лучше управлять световым пучком и направлять eгo c большей точностью;
компактны.

сильный нагрев;
сравнительно недолговечны, примерно 2000-4000 часов;
нельзя дотрагиваться к поверхности стекла лампы пальцами (перегорает).

Технические

Галогенные

к перепадам напряжения

к частым включениям

Светодиодные лампы.

В светодиодных лампах или светильниках (в обиходе — «ледовых», от аббревиатуры LED, Light Emitting Diode) в качестве источника света используются светодиоды, данный вид светильников применяются для промышленного, бытового и уличного освещения.

самый большой срок службы среди всех ламп (от 10 000 до 100 000 часов);
низкое энергопотребление;
устойчивость к вибрации и механическим ударам;
безотказная работа при различных температурах от - 60 до +60?С;
светодиодные лампы изготавливаются на любое напряжение, нет необходимости установки дополнительных балластных резисторов;
обладает "чистым цветом", что важно в световом дизайне.

самый главный недостаток - высокая цена;
ограничена сфера применения, в некоторых случаях лампы накаливания нельзя заменить светодиодными.

Светодиодные

Металлогалогенные лампы.

Металлогалогенные лампы (МГЛ / HMI) являются одним из видов газоразрядных ламп (ГРЛ) высокого давления. От других ГРЛ отличаются тем, что для коррекции спектральной характеристики дугового разряда в парах ртути, в горелку МГЛ дозируются специальные излучающие добавки (ИД), представляющие собой галогениды некоторых металлов.

светоотдача в 10 раз больше, чем у ламп накаливания.
компактный источник света
надежная работа при низких температурах и различных условиях эксплуатации;
возможность применять лампы разной цветности.

время разгорания 30-50 секунд, после отключения не включаются пока не остынут;
высокая стоимость.

Металлогалогенные
лампы

Дуговые ртутные люминесцентные лампы.

Лампы ДРЛ (Дуговые Ртутно Люминесцентные) имеют очень высокую световую отдачу (до 60 лм/Вт) и относятся к ртутным разрядным лампам высокого давления с исправленной цветностью. ДРЛ лампа состоит из кварцевой трубки (горелки), находящейся в стеклянной колбе, внутренняя поверхность которой покрыта тонким слоем люминофора, он в свою очередь преобразовывает ультрафиолетовое излучение, возникающее в следствии дугового разряда в трубке, в видимый свет, который может улавливать человеческий глаз.

хорошая световая отдача (до 55 лм/Вт);
большой срок службы (10000 ч);
компактность;
неприхотливость к условиям окружающей среды (кроме сверхнизких температур).

преобладание в спектре лучей сине-зеленой части, ведущее к плохой цветопередаче, что исключает применение ламп, когда объектами которые необходимо осветить, являются лица людей или окрашенные поверхности;
возможность работы только на переменном токе;
необходимость включения через балластный дроссель;
длительность разгорания при включении (около7 минут) и долгое начало повторного зажигания (около 10 мин).
пульсации светового потока, большие чем у люминесцентных ламп;
уменьшение светового потока к концу службы.

Дуговые ртутные
люминесцентные лампы

до 10 000 часов

Энергосберегающие лампы.

Энергосберегающие лампы работают по тому же принципу, что и обычные люминесцентные лампы, с тем же принципом преобразования электрической энергии в световую. Зачастую термин «энергосберегающая лампа» обычно применяют к компактной люминесцентной лампе, которую можно поставить на место обычной лампы накаливания без всяких переделок.

экономичны;
долгий срок службы;
низкая теплоотдача;
большая светоотдача;
выбор желаемого цвета.

Газоразрядные лампы.

Газоразрядная лампа – это источник света, излучающий энергию в видимом диапазоне. Свечение в лампе создается непосредственно или опосредованно от электрического разряда в газе, парах металла или в смеси пара и газа.

высокий КПД;
длительный срок службы по сравнению с лампами накаливания;
экономичность;
высокая степень цветопередачи;
хорошая стабильность цвета;
хорошие характеристики светового потока в течение всего срока службы.

высокая стоимость;
необходимость пускорегулирующей аппаратуры;
долгий выход на рабочий режим;
высокая чувствительность;
наличие токсичных компонентов и как следствие необходимость в инфраструктуре по сбору и утилизации;
невозможность работы на любом роде тока;
невозможность изготовления ламп на самое разное напряжение (от долей вольта до сотен вольт);
наличие мерцания и гудения при работе на переменном токе промышленной частоты;
прерывистый спектр излучения;
непривычный в быту спектр.

Неоновые лампы.

Неоновая лампа - это газоразрядная лампа, состоит из баллона, заполненного разреженным инертным газом (неоном), и укрепленных внутри баллона двух дисковых или цилиндрических электродов. В отличие от люминесцентных ламп неоновые значительно долговечнее, так как не имеют внутри нитей накаливания, создающих электронную эмиссию.

броский световой эффект;
высокий срок службы (от 80000 часов);
возможность изготовления ламп различных форм;
не нагреваются, следовательно – пожаробезопасны;
возможность широкого выбора любого нужного оттенка белого свечения ;
возможность управления яркостью газосветной лампы ;
бесшумность работы.

содержат вредные вещества;
требуют высокого напряжения в сети, необходимость высоковольтного трансформатора;
хрупкость;
высокая стоимость.

Ксеноновые лампы.

Ксеноновая лампа - это источник света, представляющий собой устройство состоящее из колбы с газом (ксеноном) в котором светится электрическая дуга, которая возникает вследствие подачи напряжения на электроды лампы. Ксеноновая лампа дает яркий белый свет, близкий по спектру к дневному. Ксеноновые лампы обеспечивают интенсивный свет, яркость которого в 3 раза выше света чем у галогеновых ламп.

интенсивный яркий свет;
надежность и высокий срок службы (3000 часов);
высокая экономичность;
малый нагрев.

высокая стоимость;
необходимость применения «блока розжига»;

Натриевые лампы.

Натриевые лампы высокого давления (ДНаТ) имеют самую высокую светоотдачу среди всех известных газоразрядных ламп (100 - 130 лм/Вт), но плохую цветопередачу (Ra = 20-30), и характеризуются минимальным снижением светового потока при длительном сроке службы.

со временем лампы теряют яркость, тускнеют и неравномерно освещают дорогу
ослепление встречных водителей и пешеходов.

Инфракрасные лампы.

Лампа инфракрасная - это прибор, по принципу действия напоминает лампу накаливания. Колба инфракрасной лампы (обычно красного, реже – синего стекла) участвует в формировании спектра излучения, и увеличивает общий КПД лампы. Проходя через цветное стекло, оставшаяся в излучении доля видимого света «окрашивается» в инфракрасные цвета.

Инфракрасные лампы подразделяются на:

медицинские инфракрасные лампы;
инфракрасные лампы для обогрева;
инфракрасные лампы для сушки;

Керосиновые лампы.

Керосиновая лампа - это светильник, который работает на основе сгорания керосина - продукта переработки нефти. Принцип действия лампы прост, в ёмкость заливается керосин, в эту же емкость опускается фитиль. Другой конец фитиля зажимается поднимающим устройством в горелке, которая устроена таким образом, чтобы воздух проникал снизу.

Кварцевая лампа.

Кварцевая лампа - это ртутная газоразрядная лампа, имеет колбу из кварцевого стекла, предназначена для получения ультрафиолетового излучения. Применяют подобные лампы для обеззараживания различных помещений, предметов, продуктов питания.

Ультрафиолетовые лампы.

Ультрафиолетовая лампа работает по тому же принципу, что и обычная люминесцентная лампа: ультрафиолетовое излучение образуется в колбе вследствие взаимодействия паров ртути и электромагнитных разрядов. Газоразрядная трубка изготавливается из специального кварцевого или увиолевого стекол, имеющих способность пропускать УФ-лучи.

Из какого металла сделана нить в лампочке

Металл, из которого сделана нить лампы накаливания весьма неприхотлив и интересен с химической точки зрения. Он с легкостью выдерживает температуры, при которых остальные металлы попросту испаряются. На него практически не действуют кислоты и щелочи.

Содержание статьи

Из какого металла сделана нить в лампочке
Какой металл является наилучшим проводником
Как паять вольфрам

Этот металл называется вольфрам. Он был открыт в конце 1781 году шведским химиком Шееле, и в течение всего 19 века ученые активно исследовали его. Сегодня человечество знает достаточно, чтобы успешно использовать вольфрам и его соединения в разных отраслях промышленности.

Вольфрам обладает переменной валентностью, что связано с особым расположением электронов на атомных орбиталях. Этот металл обычно имеет серебристо-белый цвет и обладает характерным блеском. Внешне напоминает платину.

Вольфрам можно отнести к неприхотливым металлам. Его не растворит ни одна щелочь. Даже сильные кислоты, такие как соляная или серная, не подействуют на него. По этой причине из вольфрама изготавливают электроды, используемые при гальванизации и электролизе.

Вольфрам и лампы накаливания

Почему же нить в лампах накаливания делают именно из вольфрама? Все дело в его уникальных физических свойствах. Ключевую роль здесь играет температура плавления, которая составляет около 3500 градусов Цельсия. Это на порядок выше, чем у многих металлов, часто используемых в промышленности. Например, алюминий плавится при 660 градусах.

Электрический ток, проходя через нить накаливания, нагревает ее до 3000 градусов. Выделяется большое количество тепловой энергии, которая бесполезно расходуется в окружающее пространство. Из всех известных науке металлов только вольфрам способен выдержать столь высокую температуру и не расплавиться, в отличие от того же алюминия. Неприхотливость вольфрама позволяет служить лампочкам в домах довольно долго. Однако, по прошествии некоторого времени нить рвется, и лампа выходит из строя. Почему так происходит? Все дело в том, что под воздействием очень высокой температуры при прохождении тока (около 3000 градусов), вольфрам начинает испаряться. Тонкая нить лампы со временем становится еще тоньше, пока не порвется.

Чтобы расплавить образец вольфрама используют электронно-лучевую или аргонную плавку. С помощью этих методов можно с легкостью нагреть металл до 6000 градусов Цельсия.

Получение вольфрама

Получить качественный образец этого металла довольно трудно, но сегодня ученые с блеском справляются с этой задачей. Было разработано несколько уникальных технологий, позволяющих выращивать монокристаллы вольфрама, огромные вольфрамовые тигли (весом до 6 кг). Последние широко применяются для получения дорогих сплавов.

Какой газ находится в лампе накаливания?

Есть два варианта: никакого и инертный газ(смесь инертных газов). В качестве инертных газов применяют азот и аргон, реже криптон. Выбор газов обусловлен преимущественно ценой. Их роль заключается в том, чтобы вольфрам с нити накаливания испарялся как можно меньше, а повышенное давление в колбе дает возможность нагревать спираль еще больше(света побольше). В практике, в основном, используют с газом. К лампам накаливания относятся и галогеновые, заполненые галогенами.

Галогены, это фтор, хлор, бром, йод, астат ,унунсептий. Галогенными лампы называют по-невежеству. В них реально закачены "инертные газы". Такие как ксенон, гелий. К галогенам не имеющие ни какого отношения. Сами понимаете, надеюсь. Извините, ставлю минус. — 9 лет назад

Насколько я знаю парами галогенов, но сути это не меняет. А ксеноновые - это газоразрядные лампы. — 9 лет назад

да, газо-разрядные лампы. Где свет получается по средствам электрического разряда в среде газа. Только причем тут галогены? — 9 лет назад

При том, что не накаливания. Галогеновые - лампы накаливания, заполненые парами брома, хлора, фтора и йода. — 9 лет назад

В лампах накаливания не может быть ни воздух, ни азот ни какие-либо другие газы, кроме инертных (аргон, криптон, ксенон). Дело в том, что температура спирали более 2000 градусов Цельсия. При таких температурах вольфрам будет реагировать с ЛЮБЫМИ газами, кроме инертных. Но заполнять лампочки гелием или неоном слишком дорого, поэтому применяют в основном наиболее дешевый аргон. Криптон и ксенон дороже, но какое они дают преимущество, я не знаю, тем не менее их тоже используют. При попадании воды на включенную ( а значит горячую) лампочку стекло элементарно трескается, но никакого "взрыва" лампочки не происходит.

Насчет галогенных ламп Вы совершенно не правы. Да, к галогенам относятся фтор, хлор, бром, йод, астат. Насчет унунсептия Вы несколько поспешили. Да конечно, если его удастся получить, то он несомненно будет относиться к галогенам. Но он пока еще не получен, поэтому и не имеет собственного названия, только по порядковому номеру (количеству протонов в ядре).

Вот Вы пишете ". Галогенными лампы называют по-невежеству. В них реально закачены "инертные газы". Такие как ксенон, гелий. ". Во-первых, нужно писать раздельно "по невежеству". Во вторых, не "закачЕны" (это слово производное от слова "катить", т.е. если что-то куда-то закатили, то про это что-то можно сказать "закачены".). а "закачАны" (от слова "качать", закачать"). В-третьих, гелием лампы накаливания не заполняют (слишком дорого. В-четвертых,

в галогенных лампах "галоген" всё же есть, правда только один - иод. Заполнены они как и обычные лампочки - аргоном, но кроме аргона добавлены еще пары иода. Такие лампочки "самозалечивающиеся".

В чем недостаток лампочек накаливания? Со временем спираль в них "перегорает" (реально не перегорает, а расплавляется). Допустим, где-то диаметр (толщина) спирали чуть меньше, чем в других местах. Значит сопротивление в этом месте больше, температура выше, и с этого участка металл (хоть это и вольфрам, но тем не менее) более интенсивно испаряется. Значит диаметр уменьшается, это приводит к еще более сильному местному повышению температуры, и так всё сильнее и сильнее. В конце концов, этот участок спирали разогревается до температуры плавления, "тонкое" место расплавляется ("где тонко, там и рвётся") и лампочку нужно выбрасывать. А что получается в присутствии паров иода. Пары иода взаимодействуют с металлом спирали, образуется летучее (при тех температурах, что внутри лампы)соединение. На тех участках, где спираль тоньше и температура выше эти летучие соединения разлагаются вновь на металл и иод. Таким образом, на "тонкое" место переносится металл с более толстых мест. В итоге, спираль самозалечивается, и служит дольше. Кроме того, это позволяет повысить температуру спирали, т.е лампочка работает при более высоких температурах. А интенсивность излучения пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры. таким образом, повышается "световой КПД", или светоотдача лампочки.

Как выбрать лампочку по ее цоколю

Лампочки встречаются повсюду — от освещения улиц до электрического инструмента. Все их объединяет одно — в строении присутствуют цоколи ламп. Для подбора источника света важно разбираться в особенностях и отличиях цоколей.

Что такое цоколь

В популярном значении цоколь — это металлическая часть лампочки, вкручиваемая в патрон светильника. Обычно имеет пару изолированных контактов и выполняет две функции:

Какие бывают цоколи

Цоколи, вкручиваемые в бытовые люстры, имеют конструктивные отличия от автомобильных или прожекторных. Под разные устройства существуют лампочки с отличающимися формой, мощностью и размерами. Поэтому и крепежи осветительных приборов приходится делать разнообразными.

Распространены следующие виды цоколей:

Е27 — стандартный цоколь, известный с советских времен лампочки Ильича;
Е14 — как E27, но маленький размер;
GU5.3 — точечные источники света;
Н7, H11 — подходят для фар и габаритных огней автомобилей.

Буквы в маркировке

Тип цоколя принято указывать тремя буквами латинского алфавита и цифрами. Их значения по порядку таковы:

Большая буква — сообщает о форме.
Цифра — номер цоколя. Характеризует его размеры и расстояние между питающими выводами.
Маленькая буква — количество контактов.

Третий символ обычно опускается производителями. В быту по умолчанию используют лампы с двумя выводами. Поэтому на упаковке встречаются только первые два символа (Е 14).

С помощью маркировки можно узнать полезную информацию об осветительном приборе. Значения букв раскрываются в таблице.

Первая большая буква в начале маркировки — форма
E	Резьбовой цоколь Эдисона
G	Штырьковый
R	Крепеж с утопленными выводами
H	Автомобильные лампы
B	Цоколь штифтовой (иногда называют — байонет)
S	Софитный крепеж
P	Фокусирующий
T	Телефонный
K	Кабельный
W	Бесцокольные лампы
Маленькая буква в конце маркировки — количество выводов (указывается не всегда)
s	1 контакт
d	2
t	3
q	4
p	5

Резьбовые цоколи Эдисона — тип E

Самая старая и распространенная модификация. Встречается практически в любой квартире. Яркие представители — E27, E14. Эти типы цоколей применяются в стандартных лампочках для дома. Чуть менее известен E40. Предназначен для ДРЛ и ДНаТ светильников на 400 Вт. Они применяются для освещения дорог. Выделяются маленькие представители этой модификации — E5 и Е12. Они имеют узкий диаметр и встречаются сравнительно реже.

Обратите внимание. Дешевые китайские светодиодные лампы часто ломаются из-за перегрева. Их не стоит помещать в закрытые герметичные бра и светильники. Схожая проблема имеется и у компактных люминесцентных ламп. Электронная начинка таких осветительных приборов плохо справляется с высокими температурами.

Штырьковые — G

Применяются для точечных светильников. Конструкция подразумевает, что питание на лампу передается по двум штырям. Они бывают различной толщины — G7, G9. Для фиксации лампочку достаточно поступательным движением вставить в патрон.

Настольные — 2G11

Лампочки с такими цоколями относятся к люминесцентным. Внешне напоминают G23. Колба осветительного прибора имеет вытянутую форму в виде буквы «П». В таких цоколях установлен пусковой стартер и конденсатор.

С утопленными выводами — R

Эти осветительные приборы называют линейными. Встречаются в прожекторах строительных объектов и стадионов. Обычно это газоразрядные или галогенные лампы.

Автомобильные — H

Производятся для индустрии автомобилестроения. Изначально буква «H» обозначала галогеновые лампы. Со временем форм-фактор прижился. Все изделия, выпускаемые с таким крепежом, начали помечать символом «H». Например — H1, H4, H7.

Штифтовые — B

Используются в двуспиральных автомобильных лампах. Их конструкция позволяет зафиксировать осветительный прибор в одном единственно верном положении. Это важно для направленной фокусировки света. Лампочка вставляется с нажатием и поворотом.

Софитные — тип S

Первоначально применялись в сценическом оборудовании. Отсюда их красивое название. Сейчас распространены в подсветке салонов авто, ванных комнат и некоторых приборов. Их особенность — малый диаметр до 19 мм.

Фокусирующие — P

Оснащены встроенным отражателем. Схожи по назначению с типом B. Устанавливаются в одном правильном положении. Встречаются в фонарях и кинопроекторах.

Телефонные — T

Лампы накаливания с T цоколями применяются в качестве индикаторных. Имеют низкий ток потребления 30-120 мА. Конструкция патрона предусматривает установку светофильтра. Распространенные напряжения таких ламп — 12, 24, 48 и 60 В.

У телефонных ламп есть характерная неисправность. Отрываются тонкие проволочки, идущие к колбе. Если лампочка не светится, на это следует обратить внимание. Возможен быстрый ремонт.

Кабельные — тип K

Редкий вид цоколей. Осветительные элементы встречаются в оранжереях и помещениях, где требуется имитация солнечного света. Обычно это лампы, подходящие для выращивания растений.

Умные цоколи

Современные устройства. Работают с любыми смартфонами. Свет можно удаленно включать и выключать с помощью приложения на телефоне. Управляются по сети Wi-Fi. Некоторые модели могут изменять свой цвет. Выглядит очень эффектно.

Бесцокольные лампы — W

Типичный цоколь отсутствует. Вместо него проволочные выводы. Эти лампы встречаются в праздничных гирляндах и приборных панелях автомобилей.

Зарубежные обозначения

Перечисленные способы маркировки актуальны в большей части мира. Но в некоторых странах существуют нюансы:

Штифтовые (байонетные) цоколи иностранные заводы изготовители маркируют буквой «B». В России они обозначаются как «Ш» (2Ш22).
В США стандартный для обычной лампочки типоразмер E 27 некоторые производители маркируют буквой «M».
Маленькие байонетные крепежи обозначаются добавлением к большой букве «B» символа «a».

Плюсы и минусы использования

Другой плюс — широкий выбор крепежей различных марок и размеров. Это позволяет избежать трудностей при проектировании освещения. Всегда можно выбрать лампу, которая оптимальна для поставленной задачи.

Имеются и недостатки. Обычно цоколи прижимаются к контактам в патроне. Соединение не отличается надежностью. Контакт может ослабиться, загрязниться, окислиться от нагрева.

Конструкция

Задача крепежа — проводить ток от сети к лампе. Все необходимое для этого предусмотрено в его конструкции:

Контакты должны пропускать ток. Поэтому цоколь лампочки изготавливается из металла, то есть проводника (железо, медь). В светодиодных приборах встречается и из алюминия. Изоляция же, наоборот, должна препятствовать прохождению тока. Одновременно она удерживает контакты в рабочем положении. Обычно изоляция выполнена из пластика или жароустойчивой смолы.

Переходники для цоколей

Переходники предназначены для установки ламп с отличающимися стандартами цоколей, например, если нужно в мощный промышленный патрон вкрутить обычную квартирную лампочку. Существуют и переходники, позволяющие использовать лампочки другой формы.

Разновидность цоколя, напряжение и мощность лампочки — ее важнейшие технические характеристики. Их учитывают, покупая осветительный прибор. Напряжение обычно стандартное — 220 вольт. Мощность пользователь выбирает на свое усмотрение. С крепежом же придется повозиться.

Если вы приобретаете лампочку для люстры, то обязательно следует выяснить типоразмер патрона. Если его не удается определить визуально, то информацию о типе цоколя можно узнать в технической документации на светильник.

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:

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.
Далее исследователи задумались над тем, как создать условия строжайшего вакуума, ведь кислород — важный элемент для процесса горения.
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.
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.

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:

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.
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).
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.
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.

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.
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.
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.
Прожекторные. Высокомощные источники света до 10 кВт, характеризующиеся высокой световой отдачей. Спираль укладывается компактно, чтобы обеспечить лучшую фокусировку.
Лампы, применяемые в оптических приборах, — к примеру, кинопроекционная или медицинская техника.

Специальные лампы

Также существуют более специфические разновидности ламп накаливания:

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).
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.
Проекционные. Применялись в диапроекторах. Высокая яркость.

Двухнитевая лампа бывает нескольких разновидностей:

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.
Для самолетов. В посадочной фаре одна нить может использоваться для малого света, другая — для большого, но требует внешнего охлаждения и непродолжительной эксплуатации.
Для железнодорожных светофоров. Две нити необходимы для повышения надежности — если перегорит одна, то будет светиться другая.

Продолжим рассматривать специальные лампы накаливания:

Лампа-фара — сложная конструкция для подвижных объектов. Используется в автомобильной и авиационной технике.
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.
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.

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:

Выберите изделия, которые подходят для диапазона напряжения сети.
Перемещение осуществляйте строго в выключенном состоянии, поскольку из-за малейших вибраций изделие выйдет из строя.
Если лампы продолжают перегорать в одном и том же патроне, то его нужно заменить или починить.
При эксплуатации на лестничной площадке в электрическую цепь добавьте диод или включите параллельно две лампы одной мощности.
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.

Читайте также: