Меню

С лампами накаливания малой мощности

Лампочки накаливания: технические характеристики, виды и советы по выбору

Прообраз первой электрической лампочки разработал инженер А. Н. Лодыгин в 1874 году. Через 5 лет американский изобретатель Томас Алва Эдисон модернизировал прибор так, чтобы его можно было производить в промышленных масштабах. Оба открытия изменили быт не только соотечественников ученых, но и всего мира. Сегодня на рынке можно найти и светодиодные, и энергосберегающие, и другие источники света, но традиционная лампа накаливания остается конкурентоспособной и востребованной. В статье мы подробно расскажем об этом изобретении, а также дадим рекомендации, как выбрать надежную модель.

Принцип работы лампочки накаливания

Больше, чем за сотню лет, конструкция прибора практически не изменилась, усовершенствовали лишь материалы его изготовления. Кратко опишем, как он работает, чтобы в дальнейшем познакомить вас с его характеристиками. Ниже мы разместили рисунок, на котором изображено строение лампы накаливания. Материал взят из учебника по физике Перышкина А. В.

Главный элемент, от которого зависит работа лампы, — тело накала. Оно присоединено к электродам, и через него проходит электрический ток. От напряжения нить начинает нагреваться и светиться.

Чтобы получился комфортный для дома теплый желтый свет, температура внутри лампочки должна достичь минимум 2500 градусов. Поэтому в качестве металла, из которого изготавливают тело накала, используют вольфрам. Чтобы увеличить полезную площадь излучения, вольфрамовую проволоку скручивают в спираль или используют несколько металлических ленточек.

От воздействия среды тело накала защищает колба из натриево-кальциевого силикатного стекла. Мы привыкли, что она имеет традиционную грушевидную форму, но модельный ряд представлен необычными свечеобразными, грибовидными или шаровыми изделиями.

Как выбрать лампочку накаливания: обзор технических параметров

Для использования лампы в быту нужно знать ее основные характеристики. Производитель обязан их указать на упаковке.

Мощность (Вт, W) — количество потребляемой электроэнергии. Для бытовой лампы достаточно 40-60 Вт. Именно на такую величину рассчитаны осветительные приборы. Если параметр будет меньше, в помещении останется темно, если больше — испортится светильник.

Люмен (Lm) — яркость света. Сама по себе величина не дает потребителю никакой существенной информации, но показатель используют для сравнения эффективности лампочки накаливания с другими источниками света.

Вольты (В, V) — напряжение электросети, от которого работает изделие. Как правило, величина равна 220. Если указан диапазон от … до . значит прибор устойчив к скачкам напряжения.

Часы (h) — рабочее время лампочки.

Размер цоколя. О данном параметре мы поговорим ниже

Виды лампочек накаливания

Стандарты безопасности и маркировка изделий определяются ГОСТом Р 52712-2007. Мы не будем детально изучать технические нормативы всех типов приборов, но приведем классификацию в соответствии с потребительскими нуждами.

По типу наполнения баллона

Колбы бывают вакуумные и газополные. В первом случае из баллона выкачивают воздух, чтобы вольфрам не окислялся. Но в вакууме он начинает испаряться, проволока становится тонкой и рвется. От испарения также стекло становится мутным и свет тускнеет. Такие лампы изготавливаются мощностью до 40 Вт и могут быть источником лишь дополнительного освещения.

В газополных образцах газовые частицы препятствуют выходу вольфрамовых молекул из нити. Согласно экспериментальным данным, лампочка должна оставаться целой до 1000 часов. Но производители делают погрешность на окружающие условия, и эта цифра может увеличиться или уменьшиться на 50%.

Иногда в колбу добавляют йод или бром. Атомы вольфрама после испарения вновь возвращаются на тело накала. Такой внутренний состав баллона повышает работоспособность изделия до 2000-3000 часов и увеличивает температуру спирали, повышая тем самым осветительную способность.

По сфере применения

Требования к лампочкам в той или иной области регламентируются соответствующими ГОСТами, поэтому мы не будем дублировать содержание нормативных документов, а только перечислим сферы использования приборов:

Общее назначение — для уличного освещения зданий и открытых пространств.

Местное освещение — для жилых и рабочих помещений.

Транспортные — для автомобилей, судов, самолетов и железнодорожного транспорта.

Миниатюрные и сверхминиатюрные — для сигнальных приборов, пультов управления, переносных фонарей.

Специализированные — для использования в узкой сфере. Например, кинопроекционные, маячные и т.д.

По форме цоколя

Размер и характеристика резьбы определяют, подойдет лампочка к патрону или нет. Чтобы покупатель не ошибся, производители разработали единую маркировку цоколя. Она состоит из трех условных символов.

Первая заглавная буква обозначает тип цоколя:

Источник



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.

Читайте также:  Как найти мощности двигателя формулы физика 1

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

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

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.

Читайте также:  Фиат альбеа какая мощность

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

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

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

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

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

Эксплуатационные параметры

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

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

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

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

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

  1. Общее назначение — в 70-х гг. прошлого столетия они назывались «нормально-осветительными лампами». Самая распространенная и многочисленная категория — изделия, применяемые для общего и декоративного освещения. С 2008 года выпуск таких источников света существенно сократился, что было связано с принятием многочисленных законов.
  2. Декоративное назначение. Колбы таких изделий выполняются в форме изящных фигур. Чаще всего встречаются свечеобразные стеклянные сосуды с диаметром до 35 мм и сферические (45 мм).
  3. Местное назначение. По конструкции идентичны первой категории, но питаются от уменьшенного напряжения — 12/24/36/48 В. Обычно применяются в переносных светильниках и приборах, освещающих верстаки, станки и т. п.
  4. Иллюминационные с окрашенными колбами. Зачастую мощность изделий не превышает 25 Вт, а для окрашивания внутренняя полость покрывается слоем неорганического пигмента. Гораздо реже можно встретить источники света, наружная часть которых окрашивается цветным лаком. В таком случае пигмент очень быстро выцветает и осыпается.
  1. Зеркальные. Колба выполнена в специальной форме, которая покрыта отражающим слоем (к примеру, методом распыления алюминия). Данные изделия используются для перераспределения светового потока и повышения эффективности освещения.
  2. Сигнальные. Их устанавливают в светосигнальные изделия, предназначенные для отображения какой-либо информации. Характеризуются низкой мощностью и рассчитаны на продолжительную эксплуатацию. На сегодняшний день практически бесполезны из-за доступности светодиодов.
  3. Транспортные. Еще одна обширная категория ламп, используемых в транспортных средствах. Характеризуются высокой прочностью, устойчивостью к вибрациям. В них применяют специальные цоколи, гарантирующие прочное крепление и возможность быстрой замены в стесненных условиях. Могут питаться от 6 В.
  4. Прожекторные. Высокомощные источники света до 10 кВт, характеризующиеся высокой световой отдачей. Спираль укладывается компактно, чтобы обеспечить лучшую фокусировку.
  5. Лампы, применяемые в оптических приборах, — к примеру, кинопроекционная или медицинская техника.

Специальные лампы

Также существуют более специфические разновидности ламп накаливания:

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

Двухнитевая лампа бывает нескольких разновидностей:

  1. Для автомобилей. Одна нить используется для ближнего, другая — для дальнего света. Если рассматривать лампы для задних фонарей, то нити могут использоваться для стоп-сигнала и габаритного огня соответственно. Дополнительный экран может отсекать лучи, которые в лампе ближнего света могут слепить водителей встречных автомобилей.
  2. Для самолетов. В посадочной фаре одна нить может использоваться для малого света, другая — для большого, но требует внешнего охлаждения и непродолжительной эксплуатации.
  3. Для железнодорожных светофоров. Две нити необходимы для повышения надежности — если перегорит одна, то будет светиться другая.
Читайте также:  Варочная панель электрическая встраиваемая 4 конфорки мощность

Продолжим рассматривать специальные лампы накаливания:

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

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

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

Плюсы и минусы

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

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

Как увеличить срок службы

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

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

Вот несколько рекомендаций по продлению срока службы ламп накаливания:

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

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

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

Источник

Лампа накаливания. Характеристики ламп накаливания.

Лампа накаливания — это электрический источник света, который излучает световой поток в результате накала проводника из тугоплавкого металла (вольфрама). Вольфрам имеет самую высокую температуру плавления среди всех чистых металлов (3693 К). Нить накала находится в стеклянной колбе, заполненной инертным газом (аргоном, криптоном, азотом). Инертный газ предохраняет нити накаливания, от окисления. Для ламп накаливания небольшой мощности (25 Вт) изготавливают вакуумные колбы, которые не заполняются инертным газом. Стеклянная колба препятствует негативному воздействию атмосферного воздуха на вольфрамовую нить.

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

Лампа накаливания. Характеристики ламп накаливания.

Разновидности ламп накаливания.

Лампы накаливания делятся на:

  • Вакуумные;
  • Аргоновые (азот-аргоновые);
  • Криптоновые (+10 % яркости от аргоновых);
  • Ксеноновые (в 2 раза ярче аргоновых);
  • Галогенные (состав I или Br, в 2,5 раза ярче аргоновых, высокий срок службы);
  • Галогенные с двумя колбами (улучшенный галогенный цикл за счёт лучшего нагрева внутренней колбы);
  • Ксенон-галогенные (состав Xe + I или Br, до 3х раз ярче аргоновых);
  • Ксенон-галогенные с отражателем ИК-излучения;
  • Накаливания с покрытием, преобразующим ИК-излучение в видимый диапазон. (новинка)

Достоинства и недостатки ламп накаливания.

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

Характеристики ламп накаливания.

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

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

Люмен – это единица измерения светового потока, световая величина.

Источник