История возникновения ламп накаливания и их характеристика

КПД и долговечность

Влияние напряжения на срок службы лампочки

Разбирая, как устроена лампа накаливания, важно понять коэффициент ее полезного действия. При световой температуре 3400 Кельвинов КПД элемента составляет 15%

Имеется в виду отношение потребляемой мощности к видимому человеческим глазом световому излучению. При температуре 2700 К (средняя нормальная для обычной бытовой лампы) коэффициент полезного действия равен всего 5%.

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

Плюсы и минусы

Преимущества ламп накаливания:

• небольшая цена – простые и недорогие материалы, конструкция и технология отработаны десятилетиями, массовое автоматизированное производство;
• относительно небольшие размеры;
• броски напряжения в сети не вызывают немедленный выход из строя;
• запуск в работу, как и перезапуск – мгновенный;
• при питании переменным током частотой 50-60 Гц пульсации яркости малозаметны;
• яркость свечения регулируется диммерами;
• спектр излучения сплошной и привычный глазу – сходен с солнечным;
• практически полная повторяемость характеристик ламп у разных производителей;
• индекс цветопередачи Ra или CRI – качество воспроизведения оттенков цвета освещаемых предметов – равен 100, что полностью соответствует показателю солнца;
• небольшие размеры компактной нити накаливания дают четкие тени;
• высокая надежность в условиях сильного мороза и жары;
• конструкция позволяет массово изготавливать модели с рабочим напряжением от долей до сотен вольт;
• питание от переменного или постоянного напряжения при отсутствии устройств пуска;
• активный характер сопротивления нити накаливания обеспечивает коэффициент мощности (косинус φ) равный 1;
• безразличны к радиации, электромагнитному импульсу, помехам;
• практически отсутствует УФ-составляющая в излучении;
• обеспечена штатная работа с частыми включениями/выключениями света и мн.др.

К недостаткам можно отнести:

• номинальный срок службы ЛОН – 1000 часов, у галогенных ламп накаливания – от 3 до 5-6 тыс., у люминесцентных – до 10-50 тыс., у светодиодных – 30-150 тыс. часов и более;
• стекло колбы и тонкая нить чувствительны к ударам, при вибрации возможны резонансы на некоторых частотах;
• высокая зависимость энергоэффективности и срока службы от напряжения питания;
• КПД преобразования электроэнергии в видимый свет не превышает 3-4%, но растет с увеличением мощности;
• температура поверхности колбы зависит от мощности и составляет: для 100 Вт – 290°C, для 200 Вт – 330°C, 25 Вт – 100°C;
• при включении скачок тока до прогрева нити может быть в десять раз выше номинала;
• патроны и арматура светильников должны быть теплостойкими.

Основные виды и характеристики

К основным видам ламп накаливания относятся:

1. Лампы общего назначения. Обозначают аббревиатурой ЛОН. Обычно это устройства с мощностью 25, 40, 60, 75 и 100 Вт. Самые распространенные – 60 Вт. Но промышленно выпускаются ЛОН мощностью 150, 200, 500 и даже 1000 Вт.
2. Галогенные лампы накаливания. Производят для работы от высоковольтной сети 220 или 110 В и от низковольтной. В этом случае они питаются от понижающего трансформатора.

Низковольтная лампа накаливания

Разновидности низковольтных галогенных ЛН:

• капсюльные, имеют вид полностью стеклянных трубок с разными цоколями – торцовыми штыревыми GY6,35 или G4;
• рефлекторные, имеющие светоотражающий элемент, диаметром от 35 до 111 мм, цоколь GZ10 с вариантами.

Высоковольтные. Основное напряжение 220-230 В, 50 Гц. У этих ламп вариантов исполнения больше:

• линейные в виде трубки из стекла с цоколями R7S;
• цилиндрические – цоколи E27, E14 или B15D;
• с вынесенной или дополнительной колбой.

В последней модели внутри лампы жестко смонтирована малогабаритная галогенная лампа-капсюль или трубка. Она приварена к центральному стержню обычной колбы ЛОН, имеет гибкие выводы, соединенные со стандартным цоколем Эдисона Е27 или Е14. При потреблении мощности 70-100 Вт она обеспечивает световой поток на 20-30% больше, чем обычная лампа накаливания.

Срок службы галогенных моделей составляет от 4-5 до 10-12 тыс. часов.

Декоративные лампы

В последние годы появились ретро-лампы, имитирующие старинные ЛН Эдисона.

Кроме того, они формой колбы имитируют «свечу», «свечу на ветру», «шишку», «грушу», «шар» и т.д.

Лампы Эдисона – с цветовой температурой 2000 K, с разными по форме нитями накаливания, с разными колбами.

Зеркальные

Зеркальные лампы имеют часть колбы, покрытую изнутри отражающим слоем. Чаще всего это напыление из металла – серебра, алюминия, золота и пр. Этот слой может быть тонким, полупрозрачным или толстым, непрозрачным.

Зеркальная инфракрасная лампа.

Зеркальные конструкции используют в производстве для абсолютно чистого технологического нагрева, например, в полупроводниковом производстве с высочайшей чистотой материалов. В этом случае недостаток ламп накаливания – большой поток ИК-излучения – становится их непревзойденным достоинством.

Сигнальные

Сигнальные лампы – это мигающие источники света. Обычно в виде проблесковых маячков, например, на служебных автомобилях, на самолетах и вертолетах, для передачи световых сообщений на флоте и т.п. Имеют тонкую нить накаливания, обеспечивающую быстрый набор яркости.

Транспортные

Этот вид ламп предназначен для использования на разных видах транспорта – автомобилях, железной дороге и в метро, речных и морских судах. Главное требование к ним – стойкость к вибрациям и ударам. Для этого нить накаливания делают короткой и устанавливают на множестве поддерживающих элементов. Цоколи таких ламп – байонетные Свана, штифтовые или софитные. Они не дают устройству выкрутиться и выпасть из патрона.

Лампы транспортные со штифтовым цоколем.

Транспортные, автомобильные лампы с разными видами невыпадающих цоколей: д), е), ж) – со штифтовыми, з) с софитным.

Иллюминационные

Из названия понятно, что лампы используют для иллюминации. Поэтому их колбы изготавливают из стекла разных цветов – синего, зеленого, желтого, красного и т.д.

Иллюминационные лампы разного цвета с резьбовым цоколем Эдисона E27.

Двухнитевые

Схема такой лампы накаливания: в одной колбе две отдельные нити накаливания. Например, в автомобильной фаре двухнитевая лампа используется так:

• при подаче напряжения на одну нить включается ближний свет – поток света «прижат» к полотну дороги и луч распространяется на несколько десятков метров;
• после переключения на вторую нить свет поднимается и его дальность может достигать сотен метров, а поток будет значительно больше.

Такие лампы могут быть и в заднем фонаре. Первая нить – для габаритных огней, вторая – для стоп-сигнала.

В светофорах двухнитевые лампы повышают их надежность. Дублирование позволяет устройству работать или с одной нитью, или включать вторую, после того как первая перегорела. А, например, на железных дорогах надежность сигнализации – это гарантия безопасности перевозок.

Общего, местного назначения

Лампы разного назначения.

Верхний ряд, слева направо – лампа с цоколем Е14 – для люстр, бра и малогабаритных светильников; с цоколем Е27 – общего назначения; зеленая, красная, желтая – иллюминационные.

Нижний ряд: синяя – медицинского назначения для процедур; зеркальная с отражателем – для фоторабот или специального освещения, с виолевым стеклом, две крайние – декоративные с колбой «свеча» и цоколями Е27 и Е14.

Что такое галогенная лампа

Галогенная лампа внешне выглядит как обычная ЛН. Она состоит из колбы с вольфрамовой спиралью внутри. В колбу закачан буферный газ с парами брома, фтора, йода и хлора. Пары подавляют испарение вольфрама со спирали при нагревании, не давая колбе потемнеть. Они же увеличивают срок эксплуатации в несколько раз по сравнению с ЛН.

Рис.1 – галогенная лампа.

Когда химические вещества в колбе испаряются, частицы вольфрама возвращаются в спираль, увеличивая температуру нагрева. Это дает интенсивность свечения и высокие показатели цветопередачи. Стекло колбы бывает матовым или прозрачным, давая приглушенный или более яркий свет. Сегодня выпускаются лампы разной мощности, включая низковольтные под напряжение 12 В и 24 В. Высоковольтные лампочки работают от однофазной сети напрямую.

Изобретение лампы накаливания в Европе

Технически сам принцип был открыт химиком Гэнфри Дэви. Именно он в 1800 году прикрепил два провода с угольными палочками к батарее и получил светящуюся дугу.

Закрытая стеклянным куполом светящаяся дуга и стала первой в истории человечества «дуговой лампочкой». На ближайшее десятилетие она стала самым популярным светильником – стоила дешевле, чем масляные или газовые светильники для улиц, отлично справлялась с просторными заводскими цехами и уместно смотрелась в домах. Минусы у неё были существенные: графитовые стержни приходилось очень часто менять, светильник излучал ультрафиолет, громко трещал, а сам свет мерцал.

Исследователи потянулись оптимизировать и улучшить светильник Дэви. Через сорок лет после открытия химики нить поместили в вакуумную трубку, пробовали разные материалы для стержня, регистрировали всё новые патенты.

Работы при этом велись и в Европе, и в России. И там, и там изобрели свои типы светильников. Рассмотрим самые популярные.

Лампа Суона

Была изобретена в 1850 году. Конструкция: карбонизированная бумага в качестве нити и стеклянная вакуумная колба. В течение 10 лет изобретатель получал патент на частичную лампу накаливания с угольной нитью.

Главный минус изобретения – она перегорала очень быстро из-за несовершенства вакуумизации и проблем с источником тока.

На одном варианте британец не остановился. Он постоянно вносил усовершенствования в конструкцию, и в 1878 году в Ньюкасле продемонстрировал новый тип устройства: вместо карбонизированной бумаги использовалась углеродная нить, полученная из хлопка. Тринадцать с половиной часов – столько без перерыва могло работать устройство.

Лампа Эдисона

Да, она не была изобретена «в вакууме» сама по себе. Учёный отслеживал все события в научном мире на эту тему и взялся за разработку после выдачи патента Суону.

Он считал, что главным недостатком конструкции британца была толщина угольной нити. По мысли Томаса Эдисона, она должна быть куда тоньше. Он выкупил патенты Вудворда и Эванса (предлагали свой вариант лампы накаливания в 1875 году) и адаптировал нить накаливания под модель Суона.

Получилась практичная электрическая лампа-луковица, которая могла гореть до 40 часов и давала стабильный свет без шумовых эффектов. После изготовления опытных образцов, которые давали его изобретению преимущество, Эдисон… подал в суд на Суона за нарушение патента.

Не будем останавливаться в деталях на дальнейшей истории. Эдисон продолжил работать над усовершенствованием изобретения и дальше. Так, команда специалистов под его началом протестировала более 600 растений. Ключевой вопрос стоял так – какое «сырьё» даст лучшую нить? С отрывом победил бамбук, и в дальнейшем именно бамбуковые угольные нити начали использоваться в производстве (сейчас используются вольфрамовые).

Кстати, с Суоном Эдисон «примирился». Британский суд посчитал патент Суона приоритетным, и изобретатели открыли «маленький стартап» по производству ламп.

Впоследствии Эдисон создал привычные патроны для ламп, и обслуживать оборудование смогли не только инженеры, но и обычные люди – перегоревшую лампочку было достаточно выкрутить и заменить на новую.

В принципе, именно этим и объясняется, что именно Эдисон считается «отцом» современной лампочки и именно его изобретение постепенно стало встречаться везде.

Производство ламп накаливания: описание технологии изготовления

Сегодня практически никто из нас не может и представить жизни без таких привычных для нас вещей как телевизор, телефон и прочее. К этой же категории следует отнести и свет, который производится при помощи лампочек. Изобретение первой лампочки датируется 1838 годом, а её автором был Жан Жобар. Данная лампа в качестве источника накаливания имела уголь, что по крупному счету не отличало её от газовых фонарей и ламп. Уже более усовершенствованная лампа была придумана через три года англичанином Деларю, который изобрел первую лампу накаливания, в которой использовалась спираль.

Известным российским физиком Александром Николаевичем Лодыгиным ещё в 1874 году была изобретена отечественная лампа накаливания, в которой использовался угольный стержень в вакууме. Изобретение дало толчок к началу электрификации Российской империи. Специальный план по 100-процентной электрификации страны был представлен в 1913 году, однако, осуществить его будет суждено уже власти большевиков, которая выдаст план за чисто свою идею.

Как бы там ни было, к лампочке мы за это время уже сильно привыкли, однако, некоторые вопросы так и остаются до сих пор открытыми, к примеру, – производство ламп накаливания.

Оборудование для производства ламп накаливания

Для производства ламп накаления требуется иметь достаточно современное и качественное оборудование. трудность заключается в работе с газом и вакуумом. Кроме того, для производства вольфрамовой нити требуется специальная машина, которая производит нить с толщиной в 0,4 мкр.

Более того, вольфрам – довольно дорогостоящий материал и затраты на этот металл не всегда окупаются одной лишь продажей лампочек. Далее, следует учитывать и производства стекла – колбы. Для этого тоже существуют специальные стеклодувные машины. Процесс создания лампы требует большой точности складывания лампочек.

Если процесс выполняется неправильно на одном этапе (изготовления колбы, термального тела или цоколя), то есть все шансы, что такая лампочка не прослужит долго.

Таким образом, производство ламп является процессом, который вот уже более полутора века совершенствуется и упрощается. Сегодня мы имеем несколько видов ламп, в зависимости от их назначения. Совсем недавно в моду начали входить энергосберегающие лампочки, которые имеют более высокий КПД, а также долговечность. Кроме того, яркость такой лампочки в несколько раз превосходит яркость традиционной. Как бы там ни было, но лампа и до сих пор, несмотря на свою простоту, остается чуть ли не единственным изобретением, которое человечеству несет свет!

Этапы развития

Лодыгин, Суон и Эдисон являются создателями современных ламп, но не первой лампочки вообще. Устройство прошло долгий путь «становления»:

В 1840 году английский астроном Де ла Рю во время опыта поместил платиновую проволоку в стеклянную вакуумную трубку и пропустил через нее ток. Это была первая электрическая лампа, принцип работы которой лег в основу дальнейших изобретений.

Первые лампы значительно отличались от современных

Угольные нити появились только в 1844 году. Идея была высказана и опробована американцем Старом, который успел получить патент, но вскоре умер.

Важно! В 1840 году в России Милашенко начинал работу над созданием угольных нитей накаливания, но результата не получил. В 1854 году часовщик из Германии Гёбель использовал обугленную нить из бамбука вместо угольной. Вакуум в верхней части трубки создавался при помощи ртути

Такая лампа могла работать несколько часов и стала прототипом современной

Вакуум в верхней части трубки создавался при помощи ртути. Такая лампа могла работать несколько часов и стала прототипом современной

В 1854 году часовщик из Германии Гёбель использовал обугленную нить из бамбука вместо угольной. Вакуум в верхней части трубки создавался при помощи ртути. Такая лампа могла работать несколько часов и стала прототипом современной.

В 1860 году Суон также продемонстрировал свою лампу и даже получил патент, но его изобретение горело недолго и было малоэффективно. Впрочем через несколько лет изобретатель станет одним из создателей «настоящей» лампочки.

1874 год — получение Лодыгиным патента.

Первая электрическая лампочка работала примерно так же, как и более «молодые»

В 1875 году устройство Лодыгина было усовершенствовано русским электротехником Дидрихсоном. Последний полностью откачал воздух из колбы и использовал несколько нитей, чтобы при перегорании одной автоматически включалась другая.

В 1875-1876 годах электротехник Яблочков изобрел дуговую лампу. Он использовал каолиновую нить накала, которая могла работать вне вакуума, не перегорала на воздухе, однако его изобретение не снискало славы.

Первые вольфрамовые нити начали использовать в 1905 году (патент австро-венгры Юст и Ханаман получили годом ранее). Вскоре вольфрам вытеснил все прочие материалы.

Проблема с быстрым испарением нитей в вакууме решили в начале ХХ века: американец Ленгмюр начал использовать инертные газы.

Сегодня используют вольфрамовую нить

История современных ламп накаливания тесно связана с электричеством. После его изобретения в разных странах начали проводиться исследования, которые привели к появлению «Электрической свечи». И хотя первым патент получил россиянин Лодыгин, «отцом» лампочки считается Эдисон, который не только улучшил свое изобретение, но и много сделал для его популяризации.

https://youtube.com/watch?v=AlmUGFL2Xy0

Принцип действия и особенности конструкции

При нагреве до определенной температуры металл начинает светиться. Это свойство и используется в лампах накаливания. При этом пришлось решить несколько проблем, которые препятствовали созданию эффективного осветительного элемента. Во-первых, нужно было подобрать материал, который при накаливании не расплавится. В результате спираль изготавливается из вольфрама – самого дешевого из тугоплавких металлов. Во-вторых, процесс нагрева ускоряет окислительные процесс, который оказывает негативное влияние на состояние металла. Значит, необходимо было предотвратить контакт раскаленной спирали с кислородом, т. е. с воздухом.

В результате получилась конструкция лампы, которая преодолевает все проблемы и в то же время поражает своей простотой:

• грушевидная колба из стекла с прикрепленным к узкой части металлическим цоколем. На нем имеется резьба, при помощи которой устройство вкручивается в патрон. В некоторых моделях резьба отсутствует, но имеются другие решения, соответствующие условиям эксплуатации;
• внутри колбы имеется стеклянная ножка, с впаянными двумя электродами. Своими верхними концами они крепятся к краям спирали, а нижними – к цоколю. Причем один припаян к корпусу, а второй – к контакту на его дне;
• вольфрамовая спиралевидная струна крепится к электродам и держателям (ножкам), изготовленным из тугоплавкого металла (молибдена). Они не дают спирали провиснуть при нагреве и оборваться. В зависимости от назначения ламп накаливания спиралей может быть несколько, а значит количество контактов и поддерживающих ножек увеличивается соответственно.

Из колбы откачивают воздух и заполняют ее инертным газом либо оставляют вакуумную среду. Этим решается проблема окисления. Проходя через вольфрамовую спираль, электрический ток разогревает ее. Причем происходит это незаметно для человеческого глаза и световой поток в результате накала проводника распространяется практически мгновенно.

Как устроена лампочка накаливания.

Классификация ламп для домашнего освещения

Для освещения дома и квартиры применяются четыре вида ламп:

• накаливания;
• галогенные;
• люминесцентные;
• светодиодные.

По типу цоколя делятся на лампочки с резьбовым (Е) и со штырьковым (G).

Распространенные размеры для дома и квартиры: Е14 и Е27, GU10 и GU5.3.

Определяют, какой цоколь и размер лампы необходим, по типу светильника.

Лампы накаливания

Классический вариант для организации освещения дома – экономные лампы накаливания.

Положительные стороны:

• низкая стоимость,
• доступность (различные по мощности и по размеру цоколя, есть практически в каждом магазине и подбираются под светильник),
• безопасность (не содержит паров ртути, практически не мерцает, излучает мягкий желтый свет, который не портит зрения),
• простота монтажа,
• мгновенное зажигание при включении.

Отрицательные стороны:

• на освещение уходит 20 % мощности, остальные 80 % – на разогрев,
• небольшой срок эксплуатации (до 1 000 часов),
• излучают много тепла и потому не подойдут для установки в светильниках на натяжном и накладном потолках,
• низкая устойчивость к перепадам напряжения,
• ухудшение качества при производстве,
• не дает возможности выбора цветовой температуры.

Галогенные

Галогенные – улучшенный вариант ламп накаливания. Для продления срока службы в колбе содержатся пары йода или брома. По эффективности они в три раза лучше ламп накаливания. Например, галогенка мощностью 30 Ватт светит аналогично лампе накаливания 95 Ватт.

Существующие виды:

линейные. Представляют собой тонкую трубку из кварца с двухсторонним цоколем

Очень важно размещать строго по горизонтали, чтобы избежать перегрева одного из концов лампочки;
с внешней колбой. Представляет собой стандартную галогенную капсульную лампу, которая помещена в дополнительную стеклянную колбу

Внешне похожа на лампу накаливания;
с отражателем. Это лампочки направленного света с рефлектором из алюминия;
капсульные. По внешнему виду напоминает капсулу (длиной до 3 см), которая оснащена выводами для цоколя.

Положительные стороны:

• безопасна для глаз, так как излучаемый свет приближен к естественному,
• низкая стоимость (хотя и выше, чем лампы накаливания),
• увеличенный срок эксплуатации (до 4 000 часов),
• компактная,
• небольшой расход электроэнергии,
• большая точность управления световым пучком,
• небольшие размеры подходят для установки в маленьких светильниках,
• возможно использование с диммером.

Отрицательные стороны:

• из-за конструктивных особенностей галогеновую лампочку нельзя трогать руками,
• нагревается,
• ухудшение качества производства,
• низкочастотный шум при использовании с диммером,
• чувствительность к перепадам напряжения (более, чем у ламп накаливания),
• нельзя использовать в ванной комнате, так как под воздействием влаги могут взорваться,
• требуют специальных условий утилизации.

Люминесцентные

Люминесцентные лампы относятся к энергосберегающим. У них повышенная светоотдача, долгий срок службы и возможность выбора цвета свечения.

Недостатки:

• внутри лампочка содержит пары ртути, что требует аккуратного использования. Если повредить колбу, пары ртути высвобождаются и приносят вред здоровью. Эта особенность требует утилизации в специальных местах;
• ультрафиолетовое излучение. Не рекомендуется применение дома в настольных торшерах и ночниках, а также на расстоянии ближе 30 см от человека;
• чувствительность к частым включениям и выключениям, снижающим срок службы;
• зависимость от влажности и перепада температур;
• эффект мерцания;
• долгое время запуска (до двух минут);
• низкочастотный слышимый гул от электронного балласта;
• часто невозможно использовать, если в доме есть выключатель с подсветкой;
• изменение цветовой температуры со временем. Если в люстре перегорела одна из лампочек, лучше заменить их все, чтобы излучаемый свет был одинаковым.

Маркировка

Чтобы понимать, какой тип лампы представлен в продаже, была разработана специальная маркировка этих изделий. Чтобы правильно выбрать соответствующий тип устройства, следует ознакомиться с общепринятыми условными обозначениями.

Например, аргоновая биспиральная лампа накаливания 60 Вт, характеристики которой позволяют применять ее в бытовых целях, будет маркироваться, как Б235-245-60. Первая буква означает физические качества или особенности конструкции изделия. Если в маркировке есть вторая буква – это назначение лампы. Она может быть железнодорожной (Ж), самолетной (СМ), коммутаторной (КМ), автомобильной (А), прожекторной (ПЖ).

Первая цифра в маркировке обозначает напряжение и мощность. Второе числовое значение – доработка. Это позволяет правильно подобрать лампу для того или иного осветительного прибора.

Преимущества

Лампы накаливания и светодиодные, сравнительные характеристики которых сравнивают при покупке того или иного устройства, довольно различны. Преимуществом приборов с вольфрамовой нитью является их дешевая стоимость. Существует еще ряд особенностей, которыми лампы накаливания выгодно отличаются от светодиодных, люминесцентных источников света.

Представленные устройства, применяемые ранее, стабильно работают при низких температурах. Также они не боятся небольших скачков электричества в сети. Это позволяет эксплуатировать их довольно длительное время.

Если напряжение по каким-то причинам снижается, лампа накаливания все равно будет работать, хоть и с меньшей интенсивностью. Также такие приборы не боятся высокой влажности. Их легко подключать к сети, для этого не требуется никакого дополнительного оборудования.

Если лампа накаливания разобьется, в воздух не попадут опасные вещества (как это случается с энергосберегающими разновидностями осветителей). Поэтому они считаются более безопасными.

Краткая история лампочки накаливания

Карбоновая лампа Томаса Эдисона

Считается, что Томас Эдисон изобрел первую лампочку в 1879 году. Хотя и ранее изобретатели экспериментировали в этом направлении.

В 1802 году британский химик Гэмфри Дэви придумал лампу накаливания, подавая ток на платиновые полоски. В последующие 75 лет изобретатели повторяли и усовершенствовали нить накала.

Известен шотландский изобретатель Джеймс Боуман Линдсей, который в 1835 году хвастался своей новой лампочкой, позволяющей ему «читать книгу на расстоянии полутора метров», но позже он переключился на беспроволочную телеграфию.

Пять лет спустя за эксперименты с платиновыми нитями накаливания взялась уже целая группа ученных. И хотя высокая цена платины не позволила создать устройство для массового производства, но разработанная ими конструкция легла в основу первого патента лампы накаливания, полученного в 1841 году.

Американский изобретатель Джон У. Старр заменил дорогие платиновые нити накаливания на более дешевые угольные, но вскоре умер от туберкулеза, не успев довести до ума свою разработку.

Несколько лет позже британский физик Джозеф Сван, используя идеи Старра, создал рабочий экземпляр лампы, и в 1878 году стал первым человеком в мире, который украсил свой дом лампочками накаливания.

Томас Эдисон в Америке работал над усовершенствованием угольных нитей накала. Увеличив степень вакуума в колбе лампы, совместно с усовершенствованной угольной нитью накала, в 1880 году удалось добиться 1200 часов работы лампы и запустить ее в массовое производство в количестве 130000 лампочек в год.

В это же время родился человек, которому суждено было создать самую долговечную лампочку в мире.

Разновидности

Лампы накаливания, технические характеристики которых были рассмотрены выше, бывают нескольких видов. Существует несколько принципов, по которым классифицируют представленные устройства.

Прежде всего, лампы накаливания различают по форме колбы. Она может быть шарообразная (самая распространенная), трубчатая, цилиндрическая, шароконическая. Существуют и другие, более редкие разновидности. Их применяют для создания определенного декоративного эффекта (например, в елочных гирляндах).

Покрытие колбы может быть прозрачным или матовым. Существуют также зеркальные разновидности. Назначение лампы также довольно разнообразно. Она может применяться для общего или местного освещения, а также в специальных нуждах (например, кварцевогалогенные виды).

Колба может быть наполнена вакуумом, а также инертными газами, например, аргоном, ксеноном. Есть также галогенные лампы накаливания.

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.

Принцип работы

Во время прохождения электрическим током через спираль, она быстро раскаливается до высоких температур почти до 2500 градусов. Это происходит из-за того, что спираль обладает высоким сопротивлением току и на прохождение его уходит большое количество энергии.

Тепло нагревает металл (вольфрам), и начинается свечение лампы. Поскольку внутри лампы нет кислорода, то вольфрам не окисляется.

Таблица температуры цвета

КПД лампы накаливания 100 Вт старого образца, где роль тела накала играл стержень из угля, был намного меньше, чем у последних моделей. Это объясняется дополнительными расходами на конвекцию. Спиральные тела накала обладают более пониженным процентом таких потерь.

Достоинства и недостатки ламп накаливания

Лампы накаливания имеют как достоинства, так и недостатки. К основным минусам относится низкий коэффициент полезного действия. Для источников света под КПД подразумевается отношение интенсивности видимого светового потока к мощности, потребляемой для его производства. Его уровень не превышает 15% при температуре накала 3126°С. Но срок службы устройства при этом составляет всего несколько часов. При снижении нагрева эксплуатационный период повышается, но снижается КПД. При 2427°С коэффициент полезного действия составляет всего 5%, но светит такая лампочка на протяжении около 1000 часов. (Расчеты взяты для обычной грушевидной лампы накаливания мощностью 60 Вт). Это значит, что львиная доля энергии уходит в тепло (инфракрасное излучение), и только незначительная часть переходит в видимый для человеческого глаза спектр.

Еще имеются и такие недостатки у ламп накаливания:

• светоотдача напрямую зависит от напряжения;
• относительная пожароопасность – пространство вокруг колбы может нагреваться до +300°С;
• неэкономичность;
• хрупкость;
• существует вероятность взрыва колбы;
• незначительная величина срока службы лампы накаливания, особенно по сравнению с новейшими видами.

Но все эти недостатки перекрываются многочисленными достоинствами:

• доступная цена;
• компактность;
• широкий диапазон мощности;
• непрерывный светопоток с близкой к естественной светопередачей;
• не мерцает на переменном токе;
• не требуют дополнительных пускорегулирующих устройств и специальной утилизации;
• не теряют яркости.

Благодаря этим достоинствам лампы накаливания остаются лидерами продаж в сегменте осветительных элементов.

Вместо заключения

К преимуществам ламп накаливания можно отнести и их «всепогодность». Был проведен интересный эксперимент, в котором включение осветительных элементов различных видов осуществлялось при экстремально низкой температуре — -150°С. И только обычна лампа накаливания выдержала и работала стабильно, обойдя галогеновую, светодиодную и люминесцентную.

Преимущества и недостатки

Лампы накаливания имеют ряд своих достоинств:

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

К недостаткам ламп накаливания относят такие моменты:

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

Похожие записи:

Чем система заземления тт (на свой контур) опаснее tn (на нейтраль) Особенности маркировки фар под ксенон Освещение в ванной комнате: больше значит лучше? ?лучшие дифавтоматы на 2021 год Стабилизаторы напряжения: топ Поезда на магнитном подвесе