Лампы накаливания. виды и устройство. маркировка и применение

Принципиальные различия между лампами накаливания и энергосберегающими

Неоднократный тест энергосберегающих ламп показал большие плюсы в плане расходования электроэнергии, по сравнению с устаревшими лампочками «Ильича». Принцип работы ламп накаливания известен каждому человеку. Электрический ток нагревает вольфрамовую нить внутри лампы и раскаляет ее до яркого свечения. Это свечение имеет желтый оттенок. А как выглядит изнутри лапочка с энергосберегающими свойствами? Внутри такой лампы находится специальная колба, которая наполнена парами аргона и ртути. Параллельно размещено пускорегулирующее устройство (ПРУ). Внутренняя поверхность колбы покрыта специальным веществом люминофором. При контакте с ультрафиолетом люминофор излучает энергию в виде света. Электрический ток, попадая в энергосберегающую лампу, создает электромагнитное излучение, а ртутные пары начинают образовывать излучение ультрафиолета. Далее он проходит сквозь люминофор и создает ощутимое свечение. Люминофорное покрытие может быть выполнено в различных оттенках, что позволяет получать самый разнообразный цветовой спектр. Различные типы обоих разновидностей ламп накаливания и энергосберегающих имеют аналогичные конструктивные характеристики. Диаметры цоколей у них бывают под маркировками – Е27 и Е14 в миллиметрах. Это является преимуществом из-за возможности взаимозаменяемости с другими типами ламп.

Как шли к открытию?

История лампы накаливания началась в начале XIX века. В школьном курсе физике принято считать изобретателем лампы накаливания Томаса Эдисона (1847–1931), однако, у изделия имелись прародители.

В 1803 году русский изобретатель Василий Владимирович Петров (1761–1834) изучая проводимость материалов, получил электрическую дугу между угольными проводниками. Он предложил пользоваться явлением для освещения пространства. Однако, из-за быстрого сгорания угля, практического применения открытие в те годы не получило.

Подробнее о В.П. Петрове рассказано в видео:

Научно описал в 1809 г. дуговой разряд между угольными стержнями сэр Гемфри Дэви (1778–1829) – создатель английской школы электрохимии. Труды стали основой для последующих открытий. Только в 1838 году бельгийцем Жобаром создан устойчиво работающий прототип лампы с угольным сердечником, горение проходило в воздушной среде, поэтому разрушение электрода завершалось очень быстро.

Вскоре, в 1840 году членкор Петербургской академии наук англичанин по происхождению Уоррен Деларю (1815–1989) в качестве материала нити накаливания использовал платину. Устройство успешно освещало помещение, но из-за дороговизны драгоценного металла и его низких прочностных свойств, до промышленного использования дело не дошло.

Устройства Жобара и Деларю стали прорывом в науке, но запатентованы не были.

Первый патент удалось получить ирландцу Фредерику де Моллейну в 1841 году. Устройство представляло собой спираль из платины, находящуюся в вакууме – это увеличивало срок использования.

Американец Джон У. Старр в 1844 г. получил американский, а в следующем году британский патент на лампочки с углеродной нитью. Работы остановились, серия лампа не пошла в связи со смертью изобретателя.

Не прошел мимо изучения электрической дуги и великий французский ученый Жан Бернар Фуко. Заменив в 1844 древесный уголь на ретортные угольные электроды, он добился увеличения срока использования устройства, придумав попутно «первый диммер» – интенсивность света регулировалась изменением длины электрической дуги.

Следующий шаг был сделан Генрихом Гебелем из Германии. Он вел эксперименты, использовав в качестве электродов обугленные палочки бамбука, находящиеся в вакууме колбы. Прибор Гебеля считается прототипом первой лампочки.

С 1860 по 1878 год англичанин Джозеф Вильсон Свон (Суон) работал над применением угольного волокна и получил в итоге патент на изобретение лампы. Особенностью прибора стала разреженная кислородная атмосфера, в которой нагревалось и излучало видимый свет угольное волокно. Технология позволила увеличить видимое свечение.

Параллельно со Своном проводил эксперименты и получил в 1874 г. патент на нитевую лампу российский ученый А.Н.Лодыгин. Василий Федорович Дидрихсон российский ученый усовершенствовал конструкцию своего соотечественника. Из колбы откачали воздух, и было установлено несколько электродов. После сгорания одного, начинал светиться следующий электрод – время службы повысилось.

В 1976 г. российский физик Павел Николаевич Яблочков, изучая изоляционные материалы, применил обмазку нити белой глиной (каолином). Лампа светилась на воздухе, не требуя создания вакуума. Для пуска приходилось подогревать нити спичками. Сам изобретатель скептически относился к  электрическому освещению и прекратил работу в этом направлении. Однако, некоторое время лампы Яблочкова выпускались в промышленном масштабе, но в итоге были вытеснены лампами накаливания. Такими приборами освещался Париж, Лондон, Санкт-Петербург, устанавливались светильники на паровозах и кораблях.

Томасу Эдисону (США) удалось усовершенствовать изобретения Лодыгина и Яблочкова. В 1880 году был получен патент на лампу с угольными электродами.

Какой свет лучше для глаз

В поисках ответа на данный вопрос многие вводятся некорректными объяснениями в заблуждение. Так, иногда можно найти информацию о том, что сильно теплый свет, равно как и очень холодный – пагубно влияет на зрение. То есть, приводит к близорукости и другим проблемам. О белом или нейтральном свете практически всегда говорят, что он абсолютно безвреден для глаз.

На самом деле это далеко не так. Если рассматривать глаза с точки зрения, простите за тавтологию, зрения, то цветовая температура на него никоим образом не влияет. «Посадить» именно зрение можно, например, если долго читать печатный текст при тусклом свете лампы накаливания. Ключевым здесь является слово «тусклый», поэтому, если свет будет холодным или даже нейтральным, но слабым – ухудшение зрения при таком его использовании гарантировано.

Однако глаза – это не только зрение. Через этот орган много информации получает не только мозг, но и те части нервной системы, которые отвечают за ощущение комфорта, концентрацию, утомляемость и так далее. Так вот, если рассматривать глаза с этой точки зрения, то цветовая температура играет огромнейшую роль. Рассмотрим в общих чертах – по какому принципу это все работает.

При нахождении в помещении с теплым освещением создается ощущение комфорта. Человек лучше расслабляется в такой обстановке. Холодный свет, ровно наоборот, возбуждает нервную систему, способствует кратковременной концентрации внимания, побуждает на активные действия. Однако такое освещение быстро утомляет. Нейтральный свет – во всех отношениях нейтральный. Он наилучшим образом сочетается с нервной системой и органами зрения человека, поскольку именно под такой свет люди приспосабливались на протяжении неизвестно сколько тысяч или миллионов лет.

Вывод – для глаз лучшим является нейтральный свет. Однако, теплые оттенки способствуют расслаблению и отдыху. Холодный свет – способен резко повысить производительность, улучшить концентрацию внимания. Но ненадолго, поскольку быстро утомляет.

Это важно! На ухудшение зрения и чрезмерное нервное возбуждение очень сильно влияют так называемые пульсации источника света. Так, например, дешевые люминесцентные и светодиодные лампы мерцают с удвоенной сетевой частотой в 100 Гц. Визуально человек не замечет мерцание со столь высокой частотой

А вот нервная система – «замечает». Как точно влияют на здоровье эти самые пульсации, пока досконально не изучено. А вот то, что при таком свете человек быстрее устает, это доказано. А раз быстро устает организм, значит он подвергается повышенной нагрузке, что по понятным причинам является причиной снижения его ресурса. Потому, выбирая источники теплого или холодного света в свое жилье, откажитесь от покупки дешевых «энергосберегаек» и светодиодных ламп. А вот качественные приобретать очень даже рекомендуется – благодаря фильтрам они не мерцают, дают ровный свет желаемого оттенка, и электроэнергии потребляют немного

Визуально человек не замечет мерцание со столь высокой частотой. А вот нервная система – «замечает». Как точно влияют на здоровье эти самые пульсации, пока досконально не изучено. А вот то, что при таком свете человек быстрее устает, это доказано. А раз быстро устает организм, значит он подвергается повышенной нагрузке, что по понятным причинам является причиной снижения его ресурса. Потому, выбирая источники теплого или холодного света в свое жилье, откажитесь от покупки дешевых «энергосберегаек» и светодиодных ламп. А вот качественные приобретать очень даже рекомендуется – благодаря фильтрам они не мерцают, дают ровный свет желаемого оттенка, и электроэнергии потребляют немного.

Обзор существующих видов

Цоколь – важная часть конструкции галогенных, люминесцентных и прочих лампочек, он обеспечивает плотную установку изделия в светильник определенного вида. А дополнительно к тому еще и дает возможность подключить его к сети.

Виды и маркировка

Несмотря на это существует еще и бесцокольная лампа – это узкоспециальная разновидность, предназначенная для организации системы освещения автомобиля (лампочки Н10, НВ3, D1S).

Существуют различные типы:

• резьбовой – Эдисона Е;
• штырьковой G;
• штифтовой B;
• цоколь, контакты в котором утоплены – R;
• фокусирующий – Р;
• софитный аналог S;
• кабельный вид К;
• телефонный – Т;
• бесцокольный – W.

В обозначении обычно зашифрованы размеры или другие характеристики держателя. Например, для лампы Е14, Е27, Е40 характерен диаметр резьбовой части конструкции. Это может быть значение 14, 27 или 40 мм в зависимости от того, какие типы рассматриваются. А вот разновидности цоколей G5, G12 отличает расстояние между контактными штырьками: 5 или 12 мм.

Кроме того, держатели предназначаются для подключения к сети с различными значениями электрических параметров. Например, существуют лампы для системы освещения 12, 24 вольт, а другие виды позволяют подключиться только к сети 220 вольт.

Резьбовой цоколь Е

Данный вид встречается в следующих вариациях: Е5, Е10, Е12, Е14, Е17, Е26, Е27, Е40. Представленные типы цоколей характеризуются размерами от минимальных до максимальных. Например, исполнение Е5 характеризуется высотой и диаметром, равными 5 мм.

Штырьковый вариант

При выборе нужно ориентироваться на расстояние между контактами (штырями). Если предусмотрено количество выступающих элементов более 2, ориентиром становится диаметр окружности держателя. В зависимости от того, какие исполнения лампы со штырьковым держателем выбраны, появляется возможность выполнить подключение системы освещения к источнику питания 220 вольт или 12/24 вольт.

Держатель G4 можно встретить в галогенных осветительных элементах, предназначенных для подключения к источнику питания 12/24 вольт. Целевое назначение – точечный свет, встраиваемые системы освещения. Низковольтные лампы с таким держателем также могут быть светодиодные. Исполнение G5 применяется в люминесцентных аналогах, например Т5.

Держатель GU5.3 является частью ламп, целевое назначение которых – встраиваемые системы освещения. Такой вариант входит в конструкцию ламп светодиодных и галогенных, он подходит для источника света типа MR16, который, в свою очередь, используется при организации подсветки витрин, ниш и декоративного освещения. Источником питания может выступать электросеть 12/24 вольт или 220 вольт.

Особенность GU10 – уплощения на торцевых участках контактных элементов, что способствует более надежному соединению с патроном. Источники света с такой контактной частью питаются от сети 220 вольт.

Аналог GU6.35 – сходен по характеристикам с вариантом GU5.3, но расстояние между штырями составляет 6,5 мм, а в качестве источника питания может выступать только сеть переменного тока 220 вольт. Если исполнения типа G5 характеризуются контактными элементами в виде штырьков, то вариант G9 оснащен вытянутыми петлями. Расстояние между ними составляет 9 мм. Используются такие виды источников освещения при организации акцентного освещения и декоративной подсветки.

Вариант G23

Расстояние между штырями – 13 мм. Другой вариант G23 немного отличается по конфигурации, так как помимо штырей держатель имеет еще и пластиковый выступ. Крепление осуществляется посредством установки контактных элементов в гнездо с отверстиями.

Цоколи компактных люминесцентных ламп

Аналог держателя G53 характеризуется существенным расстоянием между штырями – 53 мм. Целевое назначение ламп с таким контактным элементом – направленный свет в торговых залах, ресторанах, галереях. Исполнение GX53 применяется в лампочках для установки в подвесные и натяжные потолочные конструкции. Штырьки по форме аналогичны контактам GU10. При установке лампочка поворачивается.

Характеристики

Лампы различаются друг от друга конструкцией и техническими характеристиками

Для потребителя важно знать свойства тех или иных источников света. Ознакомимся с ними подробнее

Мощность. Измеряется в Вт. Мощность говорит о количестве электричества, которое потребляет источник света. Чем она больше, тем ярче светит лампочка. Одновременно большая мощность говорит о больших расходах на электроэнергию и размере счетов за нее.

Поскольку номинальная мощность напрямую зависит от конструкции, то для сравнения разных типов ламп удобнее использовать другую характеристику – световой поток.

Световой поток. Измеряется в лм. Световой поток показывает, насколько ярко светит лампочка. Новые модели источников света (люминесцентные и светодиодные) имеют большую яркость при меньшей мощности. Именно за счет этого достигается энергосбережение.

Сравнительная характеристика мощностей самых популярных бытовых лампочек со световым потоком 1200 лм приведена в таблице.

Таким образом, при равном световом потоке мощность светодиодных ламп более чем в пять раз меньше, чем у ламп накаливания.

Светоотдача. Измеряется в лм/Вт. Светоотдача показывает световой поток в расчете на 1 Вт мощности. Также удобный параметр для сравнения разных типов осветительных приборов. Чем больше светоотдача, тем меньшая мощность обеспечивает максимальную яркость.

Коэффициент цветопередачи (Ra, CPI). Показывает, насколько искажаются реальные цвета при искусственном освещении. Обозначается цифрами от 1 до 100. Чем ниже значение коэффициента, тем сильнее искажаются оттенки. Индекс 100 означает, что цвета передаются максимально точно. Для зрения в помещении безопаснее использовать источники света с Ra не менее 80.

Цветовая температура. Измеряется в К. Определяет теплоту света, ведь разные цвета в зависимости от освещения воспринимаются глазом по-разному.

Цветовая температура

Различают несколько типов цветовых температур:

• 2700-3200 – теплый белый;
• 3300-4000 – нейтральный белый;
• 4000-5000 – холодный белый;
• 5000-6000 – дневной свет;
• свыше 6000 – холодный дневной.

Цветовая температура заметно влияет на настроение и работоспособность человека. При выборе ламп, особенно для домашнего и рабочего использования, внимательно изучите маркировку. Помните, что теплый цвет способствуют расслаблению, а холодные – бодрости и работоспособности. Но в больших количествах холодный свет угнетает нервную и зрительную систему. Подробнее можно почитать в статье о цветовой температуре

Срок службы. Это количество часов, которое прослужит источник света. На упаковке обычно указывается срок службы при работе в идеальных условиях. В реальных он может отличаться от заявляемого производителем. Сроки службы популярных бытовых лампочек приведены в таблице.

К тому же у многих моделей источников света со временем падает яркость. Это происходит из-за физических процессов, которые делают возможным само свечение. К таким лампам относятся светодиодные, газоразрядные.

Угол рассеивания света. Это угол, на который расходится световой поток. Лампа накаливания светит во все стороны на 360⁰. Но не все виды источников света могут похвастаться тем же. Например, из-за конструктивных особенностей led  (и других типов) угол рассеивания составляет от 30⁰ до 360⁰.

Угол рассеивания света

Исходя из задачи светильника, выбирается оптимальный угол. Для точечной подсветки достаточно 30⁰, а для общего освещения лучше выбирать максимальный угол.

Коэффициент пульсации (мерцания). Характеризует равномерность освещения. Измеряется в процентах. Чем меньше коэффициент, тем ровнее световой поток, тем меньше будут уставать глаза. В идеале для дома и офиса стоит выбирать источники света с коэффициентом пульсации около 5%. Лампы с коэффициентом свыше 35% опасны для зрения.

Какие бывают виды/типы ламп накаливания?

Классификация ламп накаливания довольно разветвленная, так как учитывает множество характеристик.

По виду цоколя самыми распространенными являются резьбовые и штырьковые. В быту чаще всего можно встретить резьбовой цоколь Эдисона, обозначающийся буквой Е, возле которой пишется его диаметр в миллиметрах, например, Е10, Е14, Е27 и Е40.

По форме колбы лампочки накаливания бывают разнообразными, начиная со стандартных грушевидных, заканчивая фигурными, витыми и др. В некоторых случаях размер и форма колбы (а также наличие светоотражающих участков) связаны с тем, где применяется лампа накаливания, в других же случаях это связано с декоративной функцией.

Характеристики ламп

Сравнения разных видов ламп обеспечивают сопоставлением их параметров. Характеристики делятся на такие большие группы:

Электрические параметры

К ним относятся рабочее напряжение и мощность. Рабочее напряжение, единица измерения В (вольт) – это номинальное напряжение, при котором работающая лампа потребляет от питающей сети или источника (блока) питания расчетную мощность, Вт (ватт). При этом лампа обеспечивает поток света, Лм (люмен) с расчетными характеристиками.

Обычно номинальные (рабочие) напряжение и мощность указываются надписями на верхней части колбы и на боковой поверхности цоколя.

Светотехнические параметры

Основные светотехнические параметры:

1. Световой поток. Эта характеристика измеряется в люменах, Лм (lm). Суть понятия – количество единиц света, попадающего на единицу освещаемой площади.
2. Световая отдача. Единица измерения Лм/Вт. Суть понятия – количество света или световой поток в Лм, который получают от лампы при потреблении ею от питающей сети мощности в 1 Вт (ватт), т. е. Лм/Вт.

Эксплуатационные параметры

Главный параметр этой группы – срок службы. Для ламп разного типа этот срок разный. У обыкновенных ламп накаливания – 1 000 часов. А у люминесцентных – от 3-5 до 12-15 тысяч часов. Срок зависит от производителя, вида лампы, ее ЭПРА – электронно-пускового регулирующего аппарата и количества включений/выключений. Для обычных люминесцентных ламп число включений примерно соответствует количеству номинальных часов ее работы.

Наибольший срок работы имеют светодиодные лампы. Производители декларируют их его от 15-20 до 100 тыс. часов. При 3-6 часах работы в сутки это несколько лет эксплуатации. За эти годы лампа морально устареет. Или деградирует с потерей 30-50% яркости, а часто, и с изменением оттенка свечения или спектра излучения.

Тип и размер цоколя

Назначение цоколя в лампе:

• обеспечить надежное подключение светоизлучающего элемента лампы к цепям первичного электропитания, обычно это первичная сеть переменного тока, проложенная в здании;
• удерживать конструкцию лампы в плафоне светильника в определенном положении и не допускать ее прикосновения к плафону, например, бра или люстры;
• гарантировать быструю смену перегоревшей лампы и замену ее новой и т. п.

Видов цоколей очень много. На картинке представлены наиболее применяемые в светотехнике.

Часто используемые:

• резьбовые цоколи Эдисона, обозначаются буквой Е и числом, показывающим наружный диаметр резьбы в миллиметрах, он меняется от Е5 – цоколи для микроминиатюрных лампочек до Е40 – для самых мощных ламп, в основном промышленного освещения;
• штыревые цоколи – обозначаются буквой G, от слова glass – стекло, т. к. штырьки «вварены» прямо в стекло колбы, цифры в маркировке цоколя – расстояние в миллиметрах между осями штырьков;
• байонетные или штифтовые – название произошло от французского слова «багинет» или штык, характеризуются не выпадением из патрона при вибрациях, применяются на транспортных средствах – автомобилях, самолетах, кораблях и судах, поездах и трамваях и пр. Одно из названий – цоколь Свана – по имени изобретателя.

Основные виды цоколей – Эдисона, штыревые, байонетные Свана, они же штифтовые.

Байонетные цоколи в маркировке имеют первым элементом латинскую букву B.

Есть еще с десяток других разновидностей цоколей, но они применяются значительно реже.

Форма колбы

Формы колб осветительных приборов определяются не только ее технической сутью, но иногда связана и с ее происхождением. Например, колбы А, С, СА и CF – произошли: от груши, от свечи для люстры или бра. И получили букву C в аббревиатуру, например, от латинского слова «candela», в переводе – «свеча». СА – «свеча на ветру», и CF – «витая свеча».

Световые характеристики источников света, на которые следует обращать внимание при покупке

Современный подход к осветительным приборам позволяет учитывать три группы требований к оформлению помещений:

1. общую освещенность рабочего места;
2. влияние созданного света на здоровье человека;
3. экономические показатели, определяющие денежные затраты.

От чего зависит освещенность рабочего места

Единичная лампочка создает световой поток, измеряемый в люменах. Он указывается производителем в сопроводительной документации.

Этот световой поток распределяется по поверхности рабочей зоны и формирует ее освещенность, выражаемую люксами.

Поскольку в помещении обычно используется несколько источников света, то общая освещенность от них рассчитывается по специальной формуле.

Влияние качества освещения на здоровье человека

Цветовой спектр оказывает различное влияние на наш организм: возбуждает или тонизирует его либо создает успокаивающее действие.

Эту особенность позволяет учитывать цветовая температура, маркируемая в градусах Кельвина. Она обычно приводится на упаковочной коробке ламп.

Также при выборе лампочек необходимо учитывать чувствительность человеческого глаза к длине световой волны. Она выражается условными единицами.

Экономические показатели различных источников

Электрическая энергия, потребляемая лампой, преобразуется не только в видимый спектр освещения, но к нему еще дополнительно прибавляется:

1. ультрафиолетовое;
2. инфракрасное;
3. тепловое излучение.

В итоге на 1 ватт затраченной электрической мощности у всех видов ламп создается разный уровень освещенности, называемый световой отдачей.

Она самая низкая у нитей накаливания и наиболее высокая у светодиодов.

Итоги.

Лампы накаливания служили человеку верой и правдой на протяжении всего XX века. В нынешнем столетии на смену приходят светодиодные и люминесцентные осветительные приборы. В нашей стране в рамках борьбы за энергоэффективность приняты программы, которые стимулируют развитие производства более современных источников света. Многие россияне уже отказались от использования ламп накаливания в своих квартирах. Тем не менее, некоторые их достоинства неповторимы. Например, для фото- и кинопроизводства незаменима высокая цветопередача. Многие специальные осветительные приборы пока работают только по старой технологии. Кто-то просто бережет свои глаза и использует лампу Ильича. А для помещений с  кратковременным включением света раз в неделю лампа накаливания и вовсе самый экономически обоснованный вариант. Выбор остается за конкретным потребителем!

Похожие записи:

Электрическая схема легкового прицепа Светодиодная лента для натяжного потолка Кинетический ветрогенератор: устройство, принцип работы, применение Освещение для аквариума Как сделать кабель для диагностики двигателя Стабилизатор напряжения