Рисунок лампа накаливания: Лампа накаливания. Электронагревательные приборы — урок. Физика, 8 класс.

Содержание

Лампа накаливания: технические характеристики, устройство

Обеспечить комфорт и уют в доме невозможно без организации хорошего освещения. С такой целью наиболее часто сейчас используются лампы накаливания, которые можно применять в различных условиях сети (36 Вольт, 220 и 380).

Виды и характеристики

Лампа накаливания общего назначения (ЛОН) – это современное устройство, источник искусственного видимого светового излучения с низким КПД, но ярким свечением. Свое название она получила из-за наличия в корпусе специального тела накала, которое изготавливается из тугоплавких металлов или угольной нити. В зависимости от параметров этого тела определяется срок службы светильника, цена и прочие характеристики.

Фото — модель с вольфрамовой нитью

 

Несмотря на разные мнения, считается, что первым изобрел лампу ученый из Англии Деларю, но его принцип накаливания был далек от современных норм. После исследованиями занимались разные физики, впоследствии, Гебель презентовал первую лампу с угольной нитью (из бамбука), а после Лодыгин запатентовал первую модель из углеродной нити в вакуумной колбе.

В зависимости от конструктивных элементов и типа газа, защищающего нить накаливания, сейчас существую такие виды ламп:

  1. Аргоновые;
  2. Криптовые;
  3. Вакуумные;
  4. Ксенон-галогенные.

Вакуумные модели являются самыми простыми и привычными. Получили свою популярность из-за низкой стоимости, но вместе с этим они имеют наименьший срок службы. Стоит отметить их простоту замены, ремонту не поддаются. Конструкция имеет следующий вид:

Фото — конструкция вакуумных ламп

 

Здесь 1 – это, соответственно, вакуумная колба; 2 — вакуумная или наполненная специальным газом, емкость; 3 — нить; 4, 5 — контакты; 6 — крепежи для нити накаливания; 7 — стойка лампы; 8 — предохранитель; 9 — цоколь; 10 — стеклянная защита цоколя; 11 — цокольный контакт.

Аргоновые лампы ГОСТ 2239-79 по яркости очень отличаются вакуумных, но практически полностью повторяют их конструкцию. Они имеют больший срок годности, нежели привычные. Это обязано тем, что нить из вольфрама защищена колбой с нейтральным аргоном, который противостоит высоким температурам горения. Как результат, источник света более яркий и долговечный.

Фото — аргоновый ЛОН

 

Криптовую модель можно распознать по очень высокой световой температуре. Она светится ярким белым светом, поэтому иногда может вызывать боль в глазах. Высокий показатель яркости обеспечен криптоном – высоко-инертным газом, у которого высокая атомная масса. Его применение позволило значительно уменьшить вакуумную колбу, но при этом не терять яркость источника света.

Галогенные светильники накаливания получили большую популярность благодаря своей экономной работе. Современная энергосберегающая лампа поможет не только сократить расходы на оплату электрической энергии, но и уменьшить траты на покупку новых моделей для освещения. Производство такой модели осуществляется на специализированных заводах, как и утилизация. Предлагаем для сравнения изучить потребляемую мощность перечисленных выше аналогов:

  1. Вакуумные (обычные, без газа или с аргоном): 50 или 100 Вт;
  2. Галогеновые: 45—65 Вт;
  3. Ксеноновые, галогено-ксеноновые (комбинированные): 30 Вт.

Благодаря небольшому размеру, наиболее часто электрические ксеноновые и галогеновые осветители используют как автомобильные фары. У них высокое сопротивление и отличная долговечность.

Фото — ксенон

 

Классификация ламп производится не только исходя из наполняющего газа, а также, в зависимости от типов цоколей и назначения. Существуют такие виды:

  1. G4, GU4, GY4, и прочие. Галогеновые модели накаливания отличают патроны-штекеры;
  2. E5, E14, E17, E26, E40 – наиболее распространенные типы цоколей. В зависимости от номера, могут быть узкими и широкими, классифицируются по возрастанию. Первые люстры изготавливались именно под такие контактирующие части;
  3. G13, G24 производители используют эти обозначения для люминесцентных осветителей.
Фото — формы ламп и типы цоколей

 

Достоинства и недостатки

Сравнение отдельных видов светильников накаливания позволит выбрать наиболее подходящий вариант, исходя из того, какая нужна мощность и световая отдача. Но у всех перечисленных видов светильников есть общие достоинства и недостатки:

Плюсы:

  1. Доступная цена. Стоимость многих ламп находится в пределах 2 у. е.;
  2. Быстрое включение и выключение. Это наиболее значимый параметр в сравнении с энергосберегающими лампами с долгим включением;
  3. Маленькие размеры;
  4. Простая замена;
  5. Широкий выбор моделей. Сейчас есть декоративные светильники (свеча, ретро-завиток и другие), классические, матовые, зеркальные и прочие.

Минусы:

  1. Высокая потребляемая мощность;
  2. Негативное воздействие на глаза. В большинстве случаев от него поможет матовая или зеркальная поверхность колбы лампы накаливания;
  3. Низкая защита от перепадов напряжения. Для обеспечения нужного уровня используется блок защиты для лампы накаливания, он подбирается в зависимости от типа;
  4. Короткий эксплуатационный период;
  5. Очень низкий коэффициент полезного действия. Большая часть электрической энергии уходит не на освещение, а на нагрев колбы.

https://www.youtube.com/watch?v=ET-u92BP968

Параметры

Технические характеристики любой модели обязательно включают в себя: световой поток лампы накаливания, цвет свечения (или цветовая температура), мощность и срок службы. Сравним перечисленные типы:

Тип Световой поток, Люмен Световая температура Срок службы, часов
Вакуумная, без газа 300–1600 Теплая, холодная (синяя, желтая, белая), в зависимости от типа колбы — 2000—4500 градусов 1000
Аргоновая 200–8400 Также, как и в вакуумных 1500
Ксеноновая, галогеновая 14000–44000 Холодная, от 4500 4000
Криптоновая 500–10000 Холодная, от 4000 2000
Фото — цветовая температура

 

Из всех перечисленных типов только галогенки можно отнести к энергосберегающим моделям.

Поэтому многие хозяева стремятся заменить все источники света в своем жилище на более рациональные, к примеру, на диодные. Соответствие светодиодных ламп накаливания, сравнительная таблица:

Параметр Вакуумный тип, без газа Галогеновая, ксеноновая Аргоновая Светодиод
Уровень нагрева колбы Высокий Нормальный Высокий Низкий
Стойкость к внешним воздействиям Разбивается при падении Очень хрупкая Разбивается Крепкая
Мощность (Вт) 75 15 45 10
Световой поток (Люмен) 600 700 800 800

Для лучшего объяснения энергозатрат предлагаем изучить соотношение ватт к люменам. Например, лампа дневного света, с вольфрамовой нитью накаливания 100 Вт – люмен 1200, соответственно, 500 Вт – более 8000.

Мощность лампы с аргоновым наполнителем, Ватт Мощность люминесцентной модели, Вт Мощность светодиодного светильника, Вт Световой поток, Люмен
20 5-7 2-3 250
40 10-13 4-5 400
60 15-16 8-10 700
75 18-20 10-12 900
100 25-30 12-15 1200
150 40-50 18-20 1800

При этом, часто использующаяся в производственных и бытовых условиях, люминесцентная модель, имеет похожие характеристики на ксеноновую. Благодаря таким характеристикам есть возможность обеспечить плавное включение ламп накаливания. Для этого используется специальный прибор – диммер для ламп накаливания.

Такой регулятор можно собрать своими руками, если есть схема, подходящая под Вашу лампу. Сейчас большой популярностью пользуются аналоги обычных вариантов, но с зеркальным напылением – рефлекторная модель Philips, импортные Osram и другие. Купить фирменную лампу накаливания можно в специализированных фирменных магазинах.

Лампа накаливания | Физика

Открытие теплового действия тока привело к изобретению лампы накаливания — источника света, без которого немыслима современная жизнь.

Лампа накаливания была изобретена в 1872 г. русским электротехником А. Н. Лодыгиным. Основным элементом первой лампы был тонкий угольный стерженек, нагреваемый током до температуры, при которой он начинал светиться. Стерженек размещался под стеклянным колпаком.

Срок службы первых ламп Лодыгина составлял всего лишь 30—40 мин.

Однако путем совершенствования конструкции (откачивание воздуха из колбы, использование нескольких стерженьков, поочередно сгорающих в лампе) Лодыгину удалось существенно увеличить продолжительность их работы.

В 1877 г. о работах Лодыгина узнал знаменитый американский изобретатель Т. А. Эдисон. Он решил усовершенствовать новый источник света. Чтобы как можно сильнее замедлить процесс горения угольного стержня в лампе, Эдисон с помощью сконструированного им же насоса добился такого разрежения в лампе, что давление воздуха в ней оказалось в миллион раз меньше атмосферного.

Несколько месяцев у него ушло на поиски нового материала для тела накаливания. Он пробовал все, что попадалось ему на глаза. Более шести тысяч веществ было проверено Эдисоном в поисках того материала, который мог бы не перегорать в лампе дольше всего. Когда выяснилось, что в качестве такового можно использовать бамбук, агенты Эдисона стали искать нужное растение в Японии, на Кубе, Ямайке, в Китае, Бразилии, Индии и Эквадоре.

Некоторые из них погибли от укусов ядовитых змей, другие — от желтой лихорадки, но необходимый материал все-таки был найден. Обуглив и обработав волокна бамбука специальными химическими растворами, Эдисон получил тонкую нить, дававшую под действием тока яркий и ровный свет. Попутно он усовершенствовал систему ввода проводов в лампу, изобрел очень удобную вставку для нее (эдисоновский патрон) и сконструировал выключатель, с помощью которого можно было включать и выключать свет. Продолжительность работы лампы достигла 800 ч, и она стала удобной и практичной.

В ночь на 1 января 1880 г. семьсот эдисоновских ламп осветили здание с лабораторией, где работал изобретатель, а также двор, ворота и окружающий забор. Сотни людей с изумлением наблюдали этот чудесный свет, озаривший все вокруг в эту новогоднюю ночь. Весть об эдисоновском свете быстро распространилась по всей Америке. А еще через некоторое время первая партия ламп (1800 штук) была отправлена в Европу. Новые и удобные источники света стали использовать для электрического освещения улиц, домов и кораблей.

Тем временем Лодыгин тоже не переставал думать над улучшением лампы. В 1890 г. он внес существенное усовершенствование в ее конструкцию: вместо угольной нити он применил вольфрамовую, которая и используется поныне. Вольфрам является самым тугоплавким металлом (tпл = 3400 °С), и сделанная из него нить оказалась очень долговечной. Через несколько лет этой нити придали зигзагообразную, а затем и спиральную форму (рис 48), и лампа приобрела современный вид.

Устройство современной лампы накаливания показано на рисунке 49. Концы нити накала (вольфрамовой спирали) 1 приварены к двум проволокам (вводам), которые проходят сквозь стеклянную ножку 2 и припаяны к металлическим частям цоколя 3 лампы: одна проволока — к его винтовой нарезке, а другая — к изолированному от нарезки центральному выводу 4. Патрон 7 служит для включения лампы в сеть. Ввинчивание лампы в патрон осуществляется благодаря винтовой нарезке 6. Внутри патрона основание цоколя лампы касается пружинящего контакта 5. Этот контакт, а также винтовая нарезка патрона соединены с зажимами, к которым прикрепляют провода от сети.

При прохождении тока через вольфрамовую спираль она нагревается до температуры около 3000 °С. При этом нить достигает белого каления и начинает ярко светить. Чтобы замедлить испарение нити, лампу наполняют каким-либо инертным газом (например, аргоном или криптоном).

На каждой лампе указываются электрическая мощность P и напряжение U, на которые она рассчитана. Например, для освещения в квартирах обычно используются лампы мощностью 40, 60 и 100 Вт при напряжении 220 В. Для сравнения укажем, что лампа мощностью 100 Вт дает столько же света, сколько тысяча стеариновых свечей. По значениям мощности и напряжения, указанным на лампе, можно определить ее рабочее сопротивление (т. е. сопротивление нагретой лампы):

R = U2/P      (20.1)

Если напряжение на лампе окажется меньше номинального, то выделяющаяся мощность уменьшится и свечение лампы станет менее ярким. И наоборот, при увеличении напряжения по сравнению с номинальным на 1 % лампа начнет светить ярче, но срок ее службы сократится на 15%. Если же напряжение превысит номинальное на 15%, лампа тут же выйдет из строя.

В настоящее время мировое производство ламп накаливания составляет свыше 10 млрд штук в год, а количество разновидностей ламп превышает 2000. Эти лампы отличаются друг от друга назначением (осветительные, проекционные, для фар и т. д.), а также формой тела накала и размерами колбы. Последние составляют от нескольких миллиметров (у сверхминиатюрных ламп) до нескольких десятков сантиметров (у крупногабаритных прожекторных ламп). Рассчитаны они на напряжения от долей до сотен вольт при мощности, достигающей десятков киловатт. Срок службы современных ламп может превышать 1000 ч.

??? 1. Как устроена осветительная лампа накаливания? 2. Кто и когда изобрел эту лампу? 3. Почему нить накала лампы делают из вольфрама? 4. Выведите формулу (20.1).

разновидности + маркировка и правила выбора


Несмотря на целый перечень недостатков, выявленных при сравнении с другими источниками искусственного света, лампы накаливания остаются востребованными и в бытовой сфере, и в промышленных отраслях.

Дешевые и простые в использовании приборы не хотят сдавать свои позиции, хотя на рынке появилось огромное количество более экономичных и «долгоиграющих» заменителей – например, ламп на светодиодах.

В чем же основной секрет их успеха и почему они все еще популярны? Эти вопросы рассмотрим в нашей статье, обратившись к техническим характеристикам обычных лампочек, их основным видам. Также рассмотрим преимущества и недостатки и приведем рекомендации по выбору традиционной лампочки.

Содержание статьи:

Устройство лампы с нитью накала

Еще до недавнего времени лампы накаливания (ЛН) использовались повсеместно и сейчас их все еще покупают – они могут работать как “во всю силу”, ярко освещая помещение, так и снижать яркость с помощью . Из-за распространенности традиционных лампочек среди населения с их конструкционными особенностями знакомы многие.

Причем часто приходилось «знакомиться» по причине выхода источника света из строя: перегорала вольфрамовая нить, лопалось стекло или колба вылетала из цоколя.

Некоторые производители использовали более надежные и проверенные материалы и относились к выпуску лампочек накаливания настолько ответственно, что их продукция работает уже на протяжении нескольких десятилетий. Но это скорее исключение, чем правило – сегодня никаких гарантий на продолжительный срок эксплуатации не дается.

Схематическое изображение лампы с указанием основных деталей. Конструкция источника искусственного освещения с момента изобретения почти не изменилась, совершенствовались только материалы и состав газа, наполняющего колбу

Главный действующий элемент – так называемое тело накала, закрепленное на держателях и присоединенное к электродам. В момент подключения электроэнергии через него проходит напряжение, вызывающее одновременно нагрев и свечение. Чтобы излучение стало видимым, температура нагрева должна достигнуть 570 °С.

Наиболее устойчивым к высокой температуре металлом признан вольфрам. Он начинает плавиться при нагреве до 3422 °С. Чтобы максимально увеличить площадь излучения, но сократить объем тела накала внутри стеклянной колбы, его скручивают в спираль.

Привычный комфортный свет желтого оттенка, который создает уют в доме и по визуальной оценке является «теплым», возникает при нагреве нити до 2830-2850 °С

Для защиты вольфрама от процесса окисления, характерного для металлов, из колбы откачивают воздух и заменяют его вакуумом или газом (криптоном, аргоном и пр.). Технология наполнения вакуумом устарела, для бытовых ламп чаще всего применяют смесь азота и аргона или криптон.

В результате тестирования была выявлена минимальная продолжительность горения лампы – 1 тысяча часов. Но, учитывая случайные причины, выводящие приборы из строя раньше времени, допускается, что нормативы распространяются лишь на 50% продукции из каждой партии. Время работы второй половины может быть больше или меньше – в зависимости от условий использования.

Виды и особенности применения ЛН

Качественные характеристики и маркировка вольфрамовых лампочек регламентирована ГОСТ Р 52712-2007. По типу наполнения колбы приборы ЛН делятся на вакуумные и газополные разновидности.

Первые служат меньше из-за неизбежного испарения вольфрамовой нити. Вдобавок вольфрамовые испарения оседают на стеклянной оболочке вакуумного источника, что ощутимо снижает прозрачность и способность стекла пропускать свет. Выпускают их с моноспиралью, в номенклатурном обозначении им присвоена литера В.

В газополных приборах минимизированы недостатки вакуумных лампочек. Газ сокращает процесс испарения и препятствует оседанию вольфрама на стенках колбы. Газополные моноспиральные виды обозначены буквой Г, а лампочки с дважды навитой спиралью, т.е. биспиральные, маркируются буквой Б. Если биспиральная разновидность имеет номенклатуру БК, значит, в ее наполнении был использован криптон.

В галогенных лампочках ГЛН к наполнителю стеклянной колбы добавляют бром или йод, благодаря которым испаряющиеся атомы вольфрама после испарения возвращаются снова на нить накала. Галогенки выпускают в двух форматах: в виде кварцевых трубок с длинной спиралью или в капсульном варианте с компактным рабочим элементом.

В государственных стандартах деление на группы происходит по сфере применения, однако затрагиваются и другие характеристики. Предположим, на одном уровне рассматриваются «ЛН электрические миниатюрные» (ЛН мн) и «ЛН инфракрасные зеркальные» (ЗК – приборы с концентрированным светораспределением, ЗД – со средним) – как видите, для обозначения категорий выбраны разные критерии.

Существуют группы, которые можно отнести к наиболее востребованным:

  • общего назначения;
  • для транспортных средств;
  • прожекторные;
  • миниатюрные и пр.

Рассмотрим сферы применения и особенности различных категорий, которые в некоторых случаях могут между собой пересекаться.

Галерея изображений

Фото из

Технические параметры приборов группы регламентируются ГОСТ 2239-79. Это самая большая категория, включающая устройства для бытового и промышленного использования, для внутреннего и уличного применения. Мощность – от 15Вт до 1000Вт. Бывают моноспиральные и биспиральные, вакуумные и газополные

Выпуск осветительных приборов ранее регулировался ГОСТ 1182-77. Мощность ламп ограничена, минимальный показатель – 15 Вт, максимальный – 60 Вт. По требованиям техники безопасности напряжение также ограничено и равняется 12 В в помещениях с особо опасными условиями, 36 В – в обычных помещениях

Категория включает в себя четыре подраздела, деление происходит по видам транспорта: судовые, автомобильные, самолетные, железнодорожные. Особенности каждого вида характеризуются механической прочностью, мощностью, напряжением в сети. Лампы-фары имеют особую конструкцию – вместо традиционного цоколя установлены контакты в виде винтов или ламелей

Особенностью источников света является расположение тала накала, позволяющее достигать максимальной яркости и определенной направленности. В эту группу входят прожекторы для киноаппаратуры, фонари для маяков и лампы для прожекторов общего применения. Часть ламп из категории входят в группу приборов для транспорта – например, прожекторы для ж/д составов

Большая группа приборов с ультратонкой вольфрамовой нитью, работающих под низким напряжением. Миниатюрные устройства востребованы в летательной технике, медицинском оборудовании, электронных изделиях. Часто применяются в качестве индикаторов. Штифтовые и резьбовые цоколи имеют нестандартные, маленькие габариты

Инфракрасные лампы с зеркальным напылением, сравнимые по сфере использования с фарами. Обладают увеличенным сроком службы – до 5 тыс. ч. Мощность – 40-1000Вт, напряжение – от 127 до 220 В. Колбы бывают прозрачными или красными, в зависимости от требуемого излучения. Различают два подвида ламп – концентрированного и широкого светораспределения

Галогенные лампы по всем параметрам превосходят обычные аналоги и насчитываю более 150 номенклатурных наименований. Служат примерно в 2 раза дольше обычных «лампочек Ильича», при одинаковых мощностях имеют большую светоотдачу и уменьшенные размеры. Применяются для использования на транспорте, в оборудовании и прожекторах, для общего освещения

В группу включены приборы, конструкции которых стандартизированы, но отличаются от традиционных исполнений. Это лампы для рудников, железнодорожных светофоров, телефонных коммутаторов. Один из подвидов – цилиндрические лампы, применяемые в различных сферах. Сюда же входят инфракрасные зеркальные приборы с алюминиевым отражателем и матовой наружной поверхностью

ЛОН – лампы общего назначения

Электролампы накаливания местного освещения

Лампы электрические для транспортных средств

Мощные лампы прожекторного типа

Сверхминиатюрные и миниатюрные источники искусственного света

Лампы-светильники направленного нагрева

Галогенки – усовершенствованные лампы накаливания

Категория ламп специального назначения

Описание  технических требований к каждой из перечисленных категорий можно найти в соответствующих разделах ГОСТ. Из-за особенностей конструкции и области применения маркировка устройств из различных групп отличается.

Лампу легче подобрать, если ориентироваться в условных обозначениях. Они отражают важные технические характеристики, возможную область использования, особенности конструкции и технологии изготовления.

Маркировка зарубежных производителей напоминает отечественную, но имеет свои особенности. Обычно она носится методом штамповки на цоколь и служит одним из способов отличия оригинального изделия от подделки

Вначале указаны буквы в количестве от 1 до 4, которые отражают характерные конструктивные особенности. Для более легкой расшифровки за основу взята первая буква основополагающего критерия, например, Г – газополная моноспиральная лампа, В – вакуумная моноспиральная, К – криптоновая и др.

Затем следует указание назначения:

  • Ж – железнодорожная;
  • А – автомобильная;
  • СМ – самолетная;
  • ПЖ – для прожекторов и др.

За буквам расположены цифры, обозначающие технические характеристики – напряжение (В) и мощность (ВТ). Маркировка ламп специального типа отличается: мощность не указана, зато можно определить ток, световой поток или силу света. Если в устройстве две спирали, то мощность для каждой из них указывается отдельно.

Последняя цифра может обозначать номер разработки, если конструкция модифицировалась.

Основные технические характеристики

Самым главным параметром источников света с телом накала является мощность, определяемая в ваттах. Назначение ламп разнообразное, поэтому диапазон велик – от 0,1 Вт индикаторных «светлячков» до 23 тыс. Вт прожекторов для маяков.

Компании General Electric и Osram выпускают мощные светильники для театральных и кинематографических постановок.

Прожекторные изделия отличаются не только значением мощности (до 24000Вт), но и световым потоком. Светодиодный прожектор способен выдать 400 000 люменов, тогда как специальная лампа накаливания – 800 000 люменов

В быту используют маломощные приборы, в основном, от 15 Вт до 150 Вт, а в промышленной сфере применяют лампы мощностью до 1500 Вт.

Качество светового потока и степень рассеивания регулируются материалом изготовления колбы. Максимальная светопередача характерна для ламп с прозрачным стеклом, тогда как два других типа поглощают часть света. Например, матовое стекло колбы крадет 3% светового потока, а белое – 20%.

Часто мощность бытовых ламп накаливания ограничена материалом светильников (абажуров, плафонов). Производители люстр и бра обычно указывают рекомендованные параметры – как правило, 40 Вт, реже 60 Вт.

Обычные электролампы сильно нагревают окружающие предметы в отличии, например, от светодиодных или маломощных галогенных, поэтому их нельзя использовать для монтажа в натяжные потолки

В 2011 году лампы накаливания официально признаны низко экономичными и пожароопасными, поэтому был принят закон о прекращении выпуска источников света 100 Вт. На очереди – закон о запрете устройств мощнее 50 Вт.

Однако пользователь ничего не теряет, так как на современном рынке огромное количество более производительных и экономичных и других аналогов.

Таблица, отражающая эффективность работы различных видов бытовых ламп. По указанным техническим характеристикам хорошо видно, как лампы накаливания проигрывают альтернативным вариантам по всем позициям

Сегодня многие отказываются от устаревшего вида ламп из-за большого потребления электроэнергии и короткого срока службы. Однако существуют категории людей, предпочитающие покупать дешевые и неэффективные источники – благодаря им производство лампочек накаливания продолжается.

Второй важный показатель, который обязательно нужно учитывать при покупке, – лампы накаливания, определяемый размером. У импортных и отечественных светодиодных ламп множество разновидностей цоколей, тогда как простые лампы ограничиваются тремя.

Если необходимо заменить лампочку в люстре или настольном светильнике, то обязательно обратите внимание на диаметр цоколя – Е14 или Е27. Приборы с цоколем Е40 в быту не применяют

Сейчас производителей обязывают упаковывать каждое изделие в отдельную коробочку, так что технические характеристики можно отыскать на ней. Обычно указывают мощность, класс энергоэффективности (низкий – Е), тип цоколя, прозрачность колбы, срок службы в часах.

Преимущества и недостатки ламп накаливания

Потребитель продолжает приобретать неэкономичные лампочки благодаря целому ряду плюсов, хотя некоторые из них весьма условны.

По отзывам, их выбирают из-за следующих качеств:

  • невысокая стоимость;
  • отсутствие пускорегулирующего оборудования;
  • моментальное зажигание после включения;
  • привычный «домашний» свет;
  • отсутствие вредных веществ;
  • нет реакции на низкую температуру и электромагнитные импульсы.

Однако мало кто оценивает качество светового потока или пульсацию, все же для большинства решающим оказывается первый фактор.

Но недостатки гораздо весомее, так как среди них сравнительно низкая световая отдача, ограниченный срок службы, небольшой диапазон цветовой температуры (только желтый свет), зависимость от перепадов напряжения в сети, пожароопасность.

Если включить лампу накаливания мощностью 40 Вт, спустя полчаса она нагревается до +145-148 °С и начинает нагревать окружающие предметы, что чревато случайным возгоранием

Сейчас существует возможность сравнить на практике работу ламп накаливания, газоразрядных и светодиодных аналогов. Каждый, кто заметил разницу в энергопотреблении, давно перешел на .

Рекомендации по выбору лампочки

При покупке лампочки ориентируются в первую очередь на величину цоколя и мощность. Эти два параметра легко определить по старому, перегоревшему источнику света.

Специально для любителей традиционных лампочек выпускаются филаментные устройства на светодиодах, похожие по форме, но выгодно отличающиеся своими характеристиками

Если вы выберете устройство меньшей мощности, то световой поток будет слабее, если большей, то рискуете целостностью плафонов – они могут деформироваться из-за высокой температуры нагрева.

Кроме технических характеристик стоит обратить внимание на качество изготовления лампы. Предпочтение стоит отдать изделиям с широким контактом цоколя, пропаянным токопроводом, стабильно закрепленной нитью накала.

Выводы и полезное видео по теме

Еще больше познавательной и интересной информации о производстве, использовании и недостатках ламп накаливания – в видеороликах, снятых специалистами и любителями.

Интересные факты о лампах накаливания:

Как происходит производство ЛН:

Сравнительный обзор ламп разных видов:

Популярно о выборе ламп для дома:

Потребитель сам вправе выбрать лампочку для использования в быту. Однако не стоит гнаться за дешевизной и обманчивой выгодой.

Учитывая, что освещением мы пользуемся постоянно, а лампочек в доме, как правило, более десятка, следует пересмотреть привычки. Многие пользователи давно уже перешли на более надежные, экономичные, безопасные светодиодные лампы.

Вы заметили в изложенном материале ошибки или неточности? Или хотите дополнить эту статью полезными рекомендациями? Напишите нам об этом, пожалуйста, в блоке комментариев.

Если вы предпочитаете использовать традиционные лампочки взамен более экономных энергосберегающих и хотите поделится своим мнением на их счет, пишите свою точку зрения о целесообразности использования обычных лампочек под этой статьей.

Устройство лампы накаливания

Дата публикации: .
Категория: Статьи.

Устройство и назначение основных частей ламп накаливания

Разбирая строение лампы накаливания (рисунок 1, а) мы обнаруживаем, что основной частью ее конструкции является тело накала 3, которое под действием электрического тока накаливается вплоть до появления оптического излучения. На этом собственно и основан принцип действия лампы. Крепление тела накала внутри лампы осуществляется при помощи электродов 6, обычно удерживающих его концы. Через электроды также осуществляется подвод электрического тока к телу накала, то есть они являются еще внутренними звеньями выводов. При недостаточной устойчивости тела накала, используют дополнительные держатели 4. Держатели посредством впайки устанавливают на стеклянном стержне 5, именуемым штабиком, который имеет утолщение на конце. Штабик сопряжен со сложной стеклянной деталью – ножкой. Ножка, она изображена на рисунке 1, б, состоит из электродов 6, тарелочки 9, и штенгеля 10, представляющего собой полую трубочку через которую откачивается воздух из колбы лампы. Общее соединение между собой промежуточных выводов 8, штабика, тарелочки и штенгеля образует лопатку 7. Соединение производится путем расплавления стеклянных деталей, в процессе чего проделывается откачное отверстие 14 соединяющее внутреннюю полость откачной трубки с внутренней полостью колбы лампы. Для подвода электрического тока к нити накала через электроды 6 применяют промежуточные 8 и внешние выводы 11, соединяемые между собой электросваркой.

Рисунок 1. Устройство электрической лампы накаливания (а) и ее ножки (б)

Для изоляции тела накала, а также других частей лампочки от внешней среды, применяется стеклянная колба 1. Воздух из внутренней полости колбы откачивается, а вместо него закачивается инертный газ или смесь газов 2, после чего конец штенгеля нагревается и запаивается.

Для подвода к лампе электрического тока и ее крепления в электрическом патроне лампа оборудуется цоколем 13, крепление которого к горлу колбы 1 осуществляется при помощи цоколевочной мастики. На соответствующие места цоколя припаивают выводы лампы 12.

От того как расположено тело накала и какой оно формы зависит светораспределение лампы. Но касается это только ламп с прозрачными колбами. Если представить, что нить накала представляет собой равнояркий цилиндр и спроецировать исходящий от нее свет на плоскость перпендикулярную наибольшей поверхности светящей нити или спирали, то на ней окажется максимальная сила света. Поэтому для создания нужных направлений сил света, в различных конструкциях ламп, нитям накала придают определенную форму. Примеры форм нитей накала приведены на рисунке 2. Прямая неспирализированная нить в современных лампах накаливания почти не применяется. Связано это с тем, что с увеличением диаметра тела накала уменьшаются потери тепла через газ наполняющий лампу.

Рисунок 2. Конструкция тела накала:
а – высоковольтной проекционной лампы; б – низковольтной проекционной лампы; в – обеспечивающая получение равнояркого диска

Большое количество тел накала подразделяют на две группы. Первая группа включает в себя тела накала, применяемые в лампах общего назначения, конструкция которых изначально задумывалась как источник излучения с равномерным распределением силы света. Целью конструирования таких ламп является получение максимальной световой отдачи, что достигается путем уменьшения числа держателей, через которые происходит охлаждение нити. Ко второй группе относят так называемые плоские тела накала, которые выполняют либо в виде параллельно расположенных спиралей (в мощных высоковольтных лампах), либо в виде плоских спиралей (в маломощных лампах низкого напряжения). Первая конструкция выполняется с большим числом молибденовых держателей, которые крепятся специальными керамическими мостиками. Длинная нить накала размещается в виде корзиночки, тем самым достигается большая габаритная яркость. В лампах накаливания, предназначенных для оптических систем, тела накала должны быть компактными. Для этого тело накала свертывают в дужку, двойную или тройную спираль. На рисунке 3 приведены кривые силы света, создаваемые телами накала различных конструкций.

Рисунок 3. Кривые силы света ламп накаливания с различными телами накала:
а – в плоскости, перпендикулярной оси лампы; б – в плоскости, проходящей через ось лампы; 1 – кольцевая спираль; 2 – прямая биспираль; 3 – спираль, расположенная по поверхности цилиндра

Требуемые кривые силы света ламп накаливания можно получить применением специальных колб с отражающими или рассеивающими покрытиями. Использование отражающих покрытий на колбе соответствующей формы позволяет иметь значительное разнообразие кривых силы света. Лампы с отражающими покрытиями называют зеркальными (рисунок 4). При необходимости обеспечить особо точное светораспределение в зеркальных лампах применяют колбы, изготовленные методом прессования. Такие лампы называются лампами-фарами. В некоторых конструкциях ламп накаливания имеются встроенные в колбы металлические отражатели.

Рисунок 4. Зеркальные лампы накаливания

Применяемые в лампах накаливания материалы

Металлы

Основным элементом ламп накаливания является тело накала. Для изготовления тела накала наиболее целесообразно применять металлы и другие материалы с электронной проводимостью. При этом пропусканием электрического тока тело будет накаливаться до требуемой температуры. Материал тела накала должен удовлетворять ряду требований: иметь высокую температуру плавления, пластичность, позволяющую тянуть проволоку различного диаметра, в том числе весьма малого, низкую скорость испарения при рабочих температурах, обуславливающую получение высокого срока службы, и тому подобных. В таблице 1 приведены температуры плавления тугоплавких металлов. Наиболее тугоплавким металлом является вольфрам, что наряду с высокой пластичностью и низкой скоростью испарения обеспечило его широкое использование в качестве тела накала ламп накаливания.

Таблица 1

Температура плавления металлов и их соединений

Металлы T, °С Карбиды и их смеси T, °С Нитриды T, °С Бориды T, °С
Вольфрам
Рений
Тантал
Осмий
Молибден
Ниобий
Иридий
Цирконий
Платина
3410
3180
3014
3050
2620
2470
2410
1825
1769
4TaC +
+ HiC
4TaC +
+ ZrC
HfC
TaC
ZrC
NbC
TiC
WC
W2C
MoC
VnC
ScC
SiC
3927

3927

3887
3877
3527
3427
3127
2867
2857
2687
2557
2377
2267

TaC +
+ TaN
HfN
TiC +
+ TiN
TaN
ZrN
TiN
BN
3373

3307
3227

3087
2977
2927
2727

HfB
ZrB
WB
3067
2987
2927

Скорость испарения вольфрама при температурах 2870 и 3270°С составляет 8,41×10-10 и 9,95×10-8 кг/(см²×с).

Из других материалов перспективным можно считать рений, температура плавления которого немного ниже, чем у вольфрама. Рений хорошо поддается механической обработке в нагретом состоянии, стоек к окислению, имеет меньшую скорость испарения, чем вольфрам. Имеются зарубежные публикации о получении ламп с вольфрамовой нитью с добавками рения, а также покрытия нити слоем рения. Из неметаллических соединений интерес представляет карбид тантала, скорость испарения которого на 20 – 30% ниже, чем у вольфрама. Препятствием к использованию карбидов, в частности карбида тантала, является их хрупкость.

В таблице 2 приведены основные физические свойства идеального тела накала, изготовленного из вольфрама.

Таблица 2

Основные физические свойства вольфрамовой нити

Температура, К Скорость испарения, кг/(м²×с) Удельное электрическое сопротивление, 10-6 Ом×см Яркость кд/м² Световая отдача, лм/Вт Цветовая температура, К
1000
1400
1800
2200
2600
3000
3400
5,32 × 10-35
2,51 × 10-23
8,81 × 10-17
1,24 × 10-12
8,41 × 10-10
9,95 × 10-8
3,47 × 10-6
24,93
37,19
50,05
63,48
77,49
92,04
107,02
0,0012
1,04
51,2
640
3640
13260
36000
0,0007
0,09
1,19
5,52
14,34
27,25
43,20
1005
1418
1823
2238
2660
3092
3522

Важным свойством вольфрама является возможность получения его сплавов. Детали из них сохраняют устойчивую форму при высокой температуре. При нагреве вольфрамовой проволоки, в процессе термической обработки тела накала и последующих нагревах происходит изменение ее внутренней структуры, называемое термической рекристаллизацией. В зависимости от характера рекристаллизации тело накала может иметь большую или меньшую формоустойчивость. Влияние на характер рекристаллизации оказывают примеси и присадки, добавляемые в вольфрам в процессе его изготовления.

Добавка к вольфраму окиси тория ThO2 замедляет процесс его рекристаллизации и обеспечивает мелкокристаллическую структуру. Такой вольфрам является прочным при механических сотрясениях, однако он сильно провисает и поэтому не пригоден для изготовления тел накала в виде спиралей. Вольфрам с повышенным содержанием окиси тория используется для изготовления катодов газоразрядных ламп из-за его высокой эмиссионной способности.

Для изготовления спиралей применяют вольфрам с присадкой оксида кремния SiO2 вместе со щелочными металлами – калием и натрием, а также вольфрам, содержащий, кроме указанных, присадку оксида алюминия Al2O3. Последний дает наилучшие результаты при изготовлении биспиралей.

Электроды большинства ламп накаливания выполняют из чистого никеля. Выбор обусловлен хорошими вакуумными свойствами этого металла, выделяющего сорбированные в нем газы, высокими токопроводящими свойствами и свариваемостью с вольфрамом и другими материалами. Ковкость никеля позволяет заменять сварку с вольфрамом обжатием, обеспечивающим хорошую электро- и теплопроводность. В вакуумных лампах накаливания вместо никеля используют медь.

Держатели изготавливают как правило, из молибденовой проволоки, сохраняющей упругость при высокой температуре. Это позволяет поддерживать тело накала в растянутом состоянии даже после его расширения в результате нагрева. Молибден имеет температуру плавления 2890 К и температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР), в интервале от 300 до 800 К равный 55 × 10-7 К-1. Из молибдена делают также вводы в тугоплавкие стекла.

Выводы ламп накаливания изготавливают из медной проволоки, которую приваривают торцевой сваркой к вводам. У ламп накаливания малой мощности отдельные выводы отсутствуют, их роль выполняют удлиненные вводы, изготовленные из платинита. Для припаивания выводов к цоколю применяют оловянно-свинцовый припой марки ПОС-40.

Стекла

Штабики, тарелочки, штенгели, колбы и другие стеклянные детали, применяемые в одной и той же лампе накаливания, изготовляют из силикатного стекла с одинаковым температурным коэффициентом линейного расширения, что необходимо для обеспечения герметичности мест сварки этих деталей. Значения температурного коэффициента линейного расширения ламповых стекол должны обеспечивать получение согласованных спаев с металлами, используемыми для изготовления вводов. Наибольшее распространение получило стекло марки СЛ96-1 со значением температурного коэффициента, равным 96 × 10-7 К-1. Это стекло может работать при температурах от 200 до 473 К.

Одним из важных параметров стекла является интервал температур, в пределах которого оно сохраняет свариваемость. Для обеспечения свариваемости некоторые детали изготовляют из стекла марки СЛ93-1, отличающегося от стекла марки СЛ96-1 химическим составом и более широким интервалом температур, в котором оно сохраняет свариваемость. Стекло марки СЛ93-1 отличается повышенным содержанием окиси свинца. При необходимости уменьшения размеров колб применяют более тугоплавкие стекла (например, марки СЛ40-1), температурный коэффициент которых составляет 40 × 10-7 К-1. Эти стекла могут работать при температурах от 200 до 523 К. Наиболее высокую рабочую температуру имеет кварцевое стекло марки СЛ5-1, лампы накаливания из которого могут работать при 1000 К и более в течение нескольких сотен часов (температурный коэффициент линейного расширения кварцевого стекла 5,4 × 10-7 К-1). Стекла перечисленных марок прозрачны для оптического излучения в интервале длинн волн от 300 нм до 2,5 – 3 мкм. Пропускание кварцевого стекла начинается от 220 нм.

Вводы

Вводы изготовляют из материала, который наряду с хорошей электропроводностью должен иметь тепловой коэффициент линейного расширения, обеспечивающий получение согласованных спаев с применяемыми для изготовления ламп накаливания стеклами. Согласованными называют спаи материалов, значения теплового коэффициента линейного расширения которых во всем интервале температур, то есть от минимальной до температуры отжига стекла, отличаются не более чем на 10 – 15%. При впае металла в стекло лучше, если тепловой коэффициент линейного расширения металла несколько ниже, чем у стекла. Тогда при остывании впая стекло обжимает металл. При отсутствии металла, обладающего требуемым значением теплового коэффициента линейного расширения, приходится изготовлять не согласованные впаи. В этом случае вакуумно-плотное соединение металла со стеклом во всем диапазоне температур, а также механическая прочность впая обеспечиваются специальной конструкцией.

Согласованный спай со стеклом марки СЛ96-1 получают при использовании платиновых вводов. Дороговизна этого металла привела к необходимости разработки заменителя, получившего название «платинит». Платинит представляет собой проволоку из железоникелевого сплава с температурным коэффициентом линейного расширения меньшим, чем у стекла. При наложении на такую проволоку слоя меди можно получить хорошо проводящую биметаллическую проволоку с большим температурным коэффициентом линейного расширения, зависящим от толщины слоя наложенного слоя меди и теплового коэффициента линейного расширения исходной проволоки. Очевидно, что такой способ согласования температурных коэффициентов линейного расширения позволяет осуществлять согласование в основном по диаметральному расширению, оставляя несогласованным температурный коэффициент продольного расширения. Для обеспечения лучшей вакуумной плотности спаев стекла марки СЛ96-1 с платинитом и усиления смачиваемости поверх слоя меди, окисленного по поверхности до закиси меди, проволока покрывается слоем буры (натриевая соль борной кислоты). Достаточно прочные впаи обеспечиваются при использовании платиновой проволоки диаметром до 0,8 мм.

Вакуумно-плотный впай в стекло СЛ40-1 получают при использовании молибденовой проволоки. Эта пара дает более согласованный впай, чем стекло марки СЛ96-1 с платинитом. Ограниченное применение этого впая связано с дороговизной исходных материалов.

Для получения вакуумно-плотных вводов в кварцевое стекло необходимы металлы с весьма малым тепловым коэффициентом линейного расширения, которых не существует. Поэтому необходимый результат получаю благодаря конструкции ввода. В качестве металла используют молибден, отличающийся хорошей смачиваемостью кварцевым стеклом. Для ламп накаливания в кварцевых колбах применяют простые фольговые вводы.

Газы

Наполнение ламп накаливания газом позволяет повысить рабочую температуру тела накала без уменьшения срока службы из-за снижения скорости распыления вольфрама в газовой среде по сравнению с распылением в вакууме. Скорость распыления снижается с ростом молекулярной массы и давления наполняющего газа. Давление наполняющих газов составляет около 8 × 104 Па. Какой газ для этого использовать?

Использование газовой среды приводит к появлению тепловых потерь из-за теплопроводности через газ и конвекции. Для снижения потерь выгодно заполнять лампы тяжелыми инертными газами или их смесями. К таким газам относятся получаемые из воздуха азот, аргон, криптон и ксенон. В таблице 3 приведены основные параметры инертных газов. Азот в чистом виде не применяют из-за больших потерь, связанных с его относительно высокой теплопроводностью.

Таблица 3

Основные параметры инертных газов

Газ Молекулярная масса Потенциал ионизации, В Теплопроводность, 10-2 Вт/(м×К)
Водород
Аргон
Криптон
Ксенон
28,01
39,94
83,70
131,30
15,80
15,69
13,94
12,08
2,38
1,62
0,80
0,50

Источник: Афанасьева Е. И., Скобелев В. М., «Источники света и пускорегулирующая аппаратура: Учебник для техникумов», 2-е издание переработанное – Москва: Энергоатомиздат, 1986 – 272с.

Самостоятельная работа по физике Лампа накаливания. Электрические нагревательные приборы 8 класс

Самостоятельная работа по физике Лампа накаливания. Электрические нагревательные приборы 8 класс с ответами. Самостоятельная работа представлена в двух вариантах, в каждом по 3 задания.

Вариант 1

1. Что является основной частью современной лампы накаливания?

2. Укажите, какая из ламп, изображенных на рисунке 79, является лампой накаливания, а какая — энергосберегающей. Поясните, в чем преимущество энергосберегающих ламп перед лампами накаливания.

3. Что является основной частью нагревательных приборов, изображенных на рисунке 80?

Вариант 2

1. Кто из ученых создал электрическую лампу накаливания?

2. Из каких частей состоит энергосберегающая лампа (рис. 81)?

3. С какой целью нагревательные элементы изготавливают из проводников с большим удельным сопротивлением? Приведите примеры веществ, которые чаще всего используют для изготовления нагревательных элементов.

Ответы на самостоятельную работу по физике Лампа накаливания. Электрические нагревательные приборы 8 класс
Вариант 1
1. Основная часть лампы накаливания — спираль из тонкой вольфрамовой проволоки.
2. Лампа 1 — энергосберегающая, лампа 2 — накаливания. Энергосберегающие лампочки более экономичны и служат гораздо дольше. В них 70% энергии преобразуется в свет, а в лампочке накаливания только 5%, остальная часть энергии переводится в тепло.
3. Основной частью нагревательных приборов, изображенных на рисунке, является нагревательный элемент.
Вариант 2
1. Электрическую лампу накаливания создал Лодыгин А.Н.
2. Энергосберегающая лампочка состоит из колбы, наполненной парами ртути и аргона, и пускорегулирующего устройства. На внутреннюю поверхность колбы нанесено специальное вещество — люминофор, которое при воздействии ультрафиолетового излучения испускает видимый свет.
3. Нагревательные элементы изготавливают из проводников с большим удельным сопротивлением, чтобы спираль накалялась докрасна, но не плавилась. Чаще всего для изготовления нагревательных элементов используется сплав никеля, железа, хрома и марганца.

Рисунок лампы накаливания на белом фоне

Корзина Купить!

Изображение помещёно в вашу корзину покупателя.
Вы можете перейти в корзину для оплаты или продолжить выбор покупок.
Перейти в корзину…

удалить из корзины

Размеры в сантиметрах указаны для справки, и соответствуют печати с разрешением 300 dpi. Купленные файлы предоставляются в формате JPEG.

¹ Стандартная лицензия разрешает однократную публикацию изображения в интернете или в печати (тиражом до 250 тыс. экз.) в качестве иллюстрации к информационному материалу или обложки печатного издания, а также в рамках одной рекламной или промо-кампании в интернете;

² Расширенная лицензия разрешает прочие виды использования, в том числе в рекламе, упаковке, дизайне сайтов и так далее;

Подробнее об условиях лицензий

³ Лицензия Печать в частных целях разрешает использование изображения в дизайне частных интерьеров и для печати для личного использования тиражом не более пяти экземпляров.

Пакеты изображений дают значительную экономию при покупке большого числа работ (подробнее)

Размер оригинала: 3618×5000 пикс. (18.1 Мп)

Указанная в таблице цена складывается из стоимости лицензии на использование изображения (75% полной стоимости) и стоимости услуг фотобанка (25% полной стоимости). Это разделение проявляется только в выставляемых счетах и в конечных документах (договорах, актах, реестрах), в остальном интерфейсе фотобанка всегда присутствуют полные суммы к оплате.

Внимание! Использование произведений из фотобанка возможно только после их покупки. Любое иное использование (в том числе в некоммерческих целях и со ссылкой на фотобанк) запрещено и преследуется по закону.

Осветительное оборудование — лампы накаливания

Как уже указывалось, осветительное оборудование делится на два типа — лампы накаливания и вспышки. Лампы накаливания позволяет вам точно видеть, каким образом освещение влияет на облик объекта. Вспышка не создает тепла и не слепит глаза так, как это делают лампы накаливания, однако за краткое мгновение излучает гораздо больше света. Это позволяет вам работать с камерой в руках, а также дает возможность избежать смазывания при съемке движущихся объектов. Кроме того, цвет вспышки совпадает с цветом дневного света. Большинство студийных вспышек оснащено встроенной моделирующей лампой накаливания, которая помогает получить представление о том, каким будет освещение после срабатывания вспышки. Ручные вспышки, питающиеся от батареек, избавляют вас от необходимости иметь источник тока при работе на выезде, на улице и так далее, хотя они используют обычные батарейки очень быстро, так что при съемке большого количества фотографий со вспышкой рекомендовано приобрести пачку перезаряжающихся батареек, которые могут поддерживать заряд в оборудовании дольше.

И лампы накаливания, и вспышки позволяют создавать как жесткое, так и мягкое освещение. В отличие от работы при солнечном свете, они дают вам полную свободу при выборе высоты и направления источника света.

Лампы накаливания

Лампы накаливания получили такое название из-за того, что в них имеется тончайшая металлическая спираль из вольфрама, которая накаливается и начинает излучать свет при прохождении через нее электрического тока.

Обычные бытовые лампочки, как и те, что находятся в фонарях, габаритных огнях автомобилей и так далее, чаще всего имеют вольфрамовые спирали. Устройства, создающие жесткое освещение (рис. 7.10), используют очень маленькие спирали, чтобы размер источника света максимально приближался к точечному. Спираль заключена в трубку из прозрачного кварцевого стекла, заполненную галогеновыми (часто йодными) парами, и поэтому такие лампы называются вольфрамово-галоидными или йодидно-кварцевыми. Не прикасайтесь пальцами к стеклу, когда вы устанавливаете или заменяете такие лампы — лампа должна находиться в маленьком пластиковом чехле, который снимается с нее после того, как она закреплена в патроне.
Некоторые осветительные устройства могут представлять собой всего лишь полированный вогнутый рефлектор с открытым передом. Патрон лампы часто может быть перемещен вперед и назад внутри рефлектора, чтобы дать более узкий или широкий луч. Другой вариант — лампа, оснащенная оптической прожекторной насадкой.

Она представляет собой закрытый цилиндр с изогнутым рефлектором сзади и большой линзой спереди, которая позволяет сфокусировать свет в контролируемый луч света. Вы можете смещать лампу, используя внешнее управление, чтобы сформировать либо широкий луч, либо концентрированный пучок света (рис. 7.11).

 

Рис. 7.11. Фокусировка прожектора. Верхнее: линза Френеля, имеющая изогнутую форму, изменяет направление световых лучей так же, как более толстая линза (слева), но менее громоздка и имеет большую охлаждающую поверхность. Внизу: смещение положения лампы внутри прожектора позволяет изменять ширину луча. Наиболее широкий луч создает наиболее жесткое, приближенное к точечному освещение

К обоим этим устройствам могут быть добавлены вспомогательные насадки.

Откидывающиеся шторки на вращающемся основании позволяют вам отсечь любую часть светового луча. Конический тубус сужает весь луч, чтобы свет попадал лишь на отдельный фрагмент объекта. Сетка уменьшает интенсивность света, обычно на одну ступень, не меняя цвета и характера света, а в держатель для фильтров (закрепляющийся на некотором расстоянии от лампы, чтобы избежать перегрева) можно вставлять окрашенные ацетатные пленки-фильтры.

Вы обнаружите, что каждое из этих устройств создает наиболее жесткий свет, когда они настроены на максимальную ширину луча. Сфокусируйте узкий луч, когда вам нужно размытое пятно света — например, на фоне при съемке портрета. При такой настройке фокуса также смягчаются края теней. Чтобы осветить небольшую площадь равномерно и с жесткими краями теней, сначала сфокусируйте широкий луч, а затем сузьте его при помощи шторок или тубуса.

Обратите внимание, что лампы накаливания сильно нагреваются во время работы, так что все, что к ним прикреплено, например ацетатные пленки или рассеиватели, должно быть термоустойчивым. Может быть заманчиво использовать черную бумагу или картон для вещей вроде конусов, но они легко могут воспламениться!

В устройствах для мягкого освещения (рис. 7.12) используются большие полупрозрачные лампы из матового стекла, обычно с вольфрамовой спиралью на 500 или 1000 ватт.

Они помещаются в широкий, обычно матово-белый, рефлектор-тарелку, образующий направленную широкую полосу света (рис. 7.13). Лампа иногда обращена внутрь, чтобы образовать более равномерный, еще более широкий источник отраженного света. Можно также купить или сделать устройство, представляющее собой ящик с равномерно расположенными лампами, закрытыми свсторассеивающим листом из матового пластика.

Рис 7.12 Устройства для создания мягкого света из обычных ламп накаливания. Чем больше размеры устройства, тем более рассеянный свет оно дает. Они используют лампы из матового стекла мощностью 3200К в (a) матово-белом открытом рефлекторе, (b) широком рефлекторе-тарелке с заслонкой для лампы и (c) большом ящике с передней стенкой из матового пластика, которая дает характер освещения, схожий со светом из окна в пасмурный день

 

Рис. 7.13, Создание мягкого рассеянного света из относительно жесткого источника. Слева: широкий пучок света от прожектора отражается от матово-белой стены или (ниже) пропускается через лист кальки.

Справа: широкий поток света от небольшой лампы отражается от белого тента или потолка над головой или (внизу) источник света перемещается по широкой дуге поверх объекта во время экспозиции продолжительностью в несколько секунд

Ваши осветительные устройства должны быть оснащены стойками, которые позволяют закрепить прибор под любым углом и в любом положении — начиная от уровня пола до позиции высоко над головой. Для съемки на выезде (рис. 7.14) могут пригодиться легкие источники света, типа йодных ламп, снабженные зажимами с поворотным шарниром, позволяющими закреплять их на дверях, спинках стульев и так далее. Подумайте также об использовании «солнечного ружья» — портативной компактной йодной лампы с жестким освещением, которую может держать в руке ассистент. Такая лампа питается от пояса с аккумуляторами, заряда которых для 300-ваттной лампы обычно хватает на 20 минут.

 

Рис 7.14 Осветительные приборы для съемки на выезде, (а) «Солнечное ружье» с питанием от аккумуляторов, за крепленных на поясе. (b) Осветительный набор из трех галогеновых головок и стойки, (c) Легкая лампа на зажиме, (d) Окрашенные ацетатные пленки, (e) Кабель и переходник с несколькими разъемами. (f) Легкие складные отражатели

При использовании ламп накаливания для цветной съемки убедитесь в том, что все лампы дают одну и ту же цветовую температуру — желательно ту, на которую рассчитана ваша пленка, — а напряжение в сети соответствует нормативному. Повышение или понижение напряжения хотя бы на 10 % приведет к появлению заметного синего или оранжевого оттенка на
снимках.

Лампа накаливания | Типы лампочек

Какие они?

Лампа накаливания или лампа — это источник электрического света, работающий от накаливания, который представляет собой излучение света, вызванное нагреванием нити накала. Они выполнены в чрезвычайно широком диапазон размеров, мощности и напряжения.

Откуда они взялись?

Лампы накаливания являются оригинальной формой электрического освещения и используются уже более 100 лет.Хотя Томас Эдисон считается изобретателем лампы накаливания, существует ряд люди, которые изобрели компоненты и прототипы лампочки задолго до Эдисона.

Один из тех людей был британский физик Джозеф Уилсон Свон, который фактически получил первый патент на полную лампу накаливания. лампочка с углеродной нитью 1879 г. Дом Лебедя был первым в мире, который освещался лампочкой. Эдисон и Свон объединили свои компании и вместе они первыми разработали коммерчески жизнеспособную лампу.

Как они работают?

Лампа накаливания обычно состоит из стеклянного корпуса, содержащего вольфрамовую нить. Электрический ток проходит через нить накала, нагревая ее до температуры, при которой возникает свет.

Лампы накаливания обычно содержат стержень или стеклянную опору, прикрепленную к основанию лампы, что позволяет электрическим контактам проходить через колбу без утечек газа / воздуха. Небольшие провода, встроенные в стержень, поддерживают нить накала и / или ее выводные провода.

Стеклянный кожух содержит вакуум или инертный газ для сохранения и защиты нити от испарения.

Схема, показывающая основные части современной лампы накаливания.
  1. Стеклянная колба
  2. Инертный газ
  3. Вольфрамовая нить
  4. Контактный провод (идет к ноге)
  5. Контактный провод (идет к базе)
  6. Опорные тросы
  7. Держатель для стекла / подставка
  8. Базовый контактный провод
  9. Резьба винтовая
  10. Изоляция
  11. Электрический ножной контакт

Где они используются?

Лампы накаливания не требуют внешнего регулирующего оборудования, имеют очень низкую стоимость производства и хорошо работают как на переменном, так и на постоянном токе.Они также совместимы с устройствами управления, такими как диммеры, таймеры и фотодатчики, и могут использоваться как в помещении, так и на открытом воздухе. В результате лампа накаливания широко используется как в домашнем, так и в коммерческом освещении, для портативного освещения, такого как настольные лампы, автомобильные фары и фонари, а также для декоративного и рекламного освещения.

Планируется, что к 2014 году производство многих ламп накаливания будет прекращено. Щелкните здесь, чтобы узнать больше о Законе об энергетической независимости и безопасности 2007 года и о том, как он может повлиять на вас.

Другие полезные ресурсы

История ламп накаливания

2. История и разработки

история лампы накаливания сосредоточена на развитии типов нитей, поэтому организуем по нитям.

Платина и иридиевые нити: 1802-1880’s

Хамфри Дэви создал первую лампу накаливания, пропустив ток через платиновую полоску.Это вызвало свечение, а не длились долго, но положили начало развитию ламп накаливания. В течение следующих 70 лет экспериментаторы продолжали использовать платину. и иридий. Frederick de Moleyns использовал платиновую нить в вакуумированной стеклянной трубке для изготовления лампочки. Это было только мягко удачно из-за почернения лампочки, которая блокировала свет выход. Горение материала нити и почернение на верхняя сторона лампы была неприятной постоянной проблемой для первых изобретателей ламп.Платиновый материал также был дорогим.

Ранний изобретатели знали, что создание вакуума в лампочке поможет уменьшить почернение и продление срока службы ламп, проблема заключалась в способах улучшения создать вакуум пришлось развить. Генрих Гайсслер был одним из первых физиков разработать хороший насос и систему. По-прежнему, Первым изобретателям лампочек 1802–1879 гг. не хватало достаточно хорошей системы.Как это обычно бывает с изобретением, многие знают ответ, но другие для продвижения вперед необходимы технологические разработки.

Чернение лампы накаливания, видео:


карбонизированный Нити и бумага: 1860-е — 1883

Джозеф Свон и Томас Эдисон независимо друг от друга успеха, сделав лампочку, которая прослужит разумное количество часы.

Свон использовал карбонизированную бумагу для создания своих ранних нитей.

Эдисон впервые использовал карбонизированную швейную нить в качестве нити накала, ему удалось чтобы попасть внутрь вакуума. Так появилась его первая практическая лампочка. До 1880 года он использовал карбонизированные швейные нитки. Затем он использовал бумагу. бристольский картон. (Копировальная бумага) Этот шаг продлил срок службы лампы. до 600 часов.

Почему Эдисон победил: Джозеф Свон работал над лампой накаливания идея с 1850 года.Лебедь не удалось, потому что он использовал только частичный вакуум в его лампочке. Он также использовал обугленную бумажную нить. Эдисон придумал, как создать чистый вакуум в своих лампах. Он сделал это, нагревая лампочку одновременно с накачиванием из воздуха. Он использовал Sprengle насос.

Спренгл Насос слева использовался Своном и Эдисоном для перекачивания воздуха. от первых лампочек.Подробнее о помпе нажав на Статья в Scientific American выше.

Выше: Посмотрите нашу коллекцию лампочек в Эдисоне Технический центр на дисплее.


Bamboo приносит большие улучшения: 1883 год: гласит история, что Эдисон использовал вентилятор в жаркий день, он на раскладывающемся восточном веере раскатали прекрасный бамбук. Он карбонизированный его и протестировали как нить накала. Он отправляет помощников в Японию, чтобы найдите тип бамбука, который использовался в этом веере. Они нашли это и импортированные волокна.

первые бамбуковые нити имели квадратную форму, потому что они были разрезаны из более крупных частей с помощью определенного процесса.Он гальванизировал бамбук непосредственно к проводу в проводах, чтобы избежать высокой стоимости платиновые зажимы. Позже он использовал угольную пасту, чтобы приклеить бамбук. к проводу в проводах.

Наши видео о ранних лампах Эдисона с целлюлозными и бамбуковыми волокнами:

Целлюлоза Нити накала: 1881-1904

Сэр Джозеф Свон разработал целлюлозную нить в 1881 году, однако Эдисон продолжал использовать бамбуковые нити до создания General Electric в 1892 году.Целлюлозные волокна были заменены на Лампы Уиллиса Уитни GEM накаливания.

Видео о лампе Mazda:

В перейти к металлическим нитям: эпоха тантала


Танталовые нити:
1902 — 1911

тантал была первой металлической нитью на рынке.Как вольфрам он имеет очень высокую температуру плавления, поэтому его можно нагревать до накаливания, не разрушая себя, как большинство металлов. Тантал намного превосходил все другие волокна. что он стал королем с 1902 по 1909 год. После 1909 года спеченный действительно стали набирать популярность вольфрамовые лампы. Прибытие пластичного вольфрама окончательно положил конец господству тантала.

Вернер фон Болтон (грузин проживает в Германии) обнаружил, что использование тантала для нить, позволяющая снизить потребление энергии и увеличить яркость. Компания Siemens и Halske произвела эти луковицы. Танталовая нить стала успешной и стала серьезная угроза продажам General Electric. Это стимулировало GE инвестирует больше в недавно созданную исследовательскую лабораторию попытаться придумать лучшую лампу.

Осталось: Зажженная танталовая лампа на выставке Siemens Forum в Мюнхене, Германия

Ниже: Крючки для удержания нити

Осталось: Лампа WOTAN , сделанная из вытянутого вольфрама
WOTAN была торговая марка, принадлежащая Siemens & Halske

ДРАГОЦЕННЫЙ КАМЕНЬ Металлизированные нити лампы: 1904-1907

Willis Уитни из GE Schenectady разрабатывает способ запекания угля. нить накала при 3000 C для создания нити, которая ведет себя как металл.Это повышает эффективность на 25%. Эта нить использовалась в знаменитых Mazda лампы , которые производили очень яркие свет.

спеченный Вольфрамовые нити: 1904-1911

В 1904 год — спеченный вольфрам разработан Александром Жюстом и Францем. Ханаман (Австрия). Вольфрам увеличивает КПД ламп на 100 % и используется GE в 1907 году после покупки прав на него.
* Вольфрамовые и молибденовые нити использовались А.Н. Лодыгин (Россия) в «Всемирной выставке» 1900 года в Париже

Дуктильный Вольфрамовые нити: 1908 — сегодня

Уильям Д. Кулидж работал с вольфрамом, который, как оказалось, быть лучшим материалом для долговечной лампочки по сравнению с любым другим материал на сегодняшний день. Предыдущие спеченные вольфрамовые нити были эффективный, но хрупкий и непрактичный.Кулидж понял как нагреть вольфрам и вытягивать его через нагретые плашки уменьшения диаметр. Результатом его работы стала работоспособная, гибкая (пластичная) проволока, которая была высокопрочной и из нее делалась отличная нить. Новый материал использовался в лампах в 1911 году, и он используется до сих пор. Cегодня. См. Наш раздел об изобретателях ниже для получения дополнительных сведений о лампах накаливания.

В будущее ламп накаливания:

В Лампа накаливания используется в среднем доме более 120 лет .В последнее десятилетие крупная инициатива по развитию более эффективные лампочки заменили большую часть лампочек в мире с компактными люминесцентными лампами. Было значительное сопротивление запретить лампы накаливания

Лампа накаливания — обзор

VII.D Ограничения материалов, влияющие на рабочие характеристики

В отличие от ламп накаливания, в лампах HID нет единого механизма, который определяет срок службы лампы, и срок службы не обратно пропорционален эффективности.Более того, срок службы СПРЯТАННЫХ ламп невероятно долгий; большинство ртутных и HPS-типов имеют расчетный срок службы 24 000 часов, тогда как лампы M-H имеют расчетный срок службы от 6 000 до 20 000 часов. Поскольку типичные часы работы при обслуживании на открытом воздухе от заката до рассвета или при двухсменном коммерческом обслуживании в помещении составляют 4000 часов в год, эти показатели представляют собой срок службы до 6 лет. Тем не менее, выбор конструкции, ведущий к более высокой эффективности, ограничен материальными ограничениями, что приводит к сокращению срока службы. Электроды ртутной лампы и лампы HPS покрыты активатором электронной эмиссии, который со временем испаряется, что приводит к невозможности воспламенения или повторного воспламенения в каждом полупериоде.Все типы HID-ламп подвержены чрезмерному почернению дуговых трубок из-за испарения или разбрызгивания материала с электродов. В лампах HPS почернение стенок возле электродов может привести к повышению температуры амальгамы, а последующее повышение давления газа вызывает повышение напряжения. Это может привести к «зацикливанию» ближе к концу срока службы лампы, при котором напряжение на лампе возрастает до значения, которое не может больше выдерживать балласт, и лампа гаснет. Затем лампа охлаждается до температуры, при которой импульс воспламенителя достаточен для перезапуска лампы, и процесс повторяется, что приводит к непрерывному циклу переключения, который повторяется каждые несколько минут.Эту проблему можно решить, уменьшив дозу амальгамы до такой степени, чтобы вся ртуть и натрий находились в паровой фазе при нормальной работе лампы. Этот принцип привел к разработке так называемых ламп HPS с «ненасыщенным паром». Для этих ламп критически важна минимизация потерь натрия из-за химических реакций с компонентами дуговых трубок, поскольку нет запаса натрия, который можно было бы заменить.

Потери натрия могут происходить в результате электролитического процесса на стенке дуговой трубки в лампах M-H.В процессе работы всегда есть несколько частей на миллион ионов натрия, растворенных в кварце в контакте с иодидом натрия, в результате достижения термохимического равновесия в обратимой реакции между кварцем и иодидом. Это количество не вредно для кварца и не означает значительного снижения содержания натрия по сравнению с введенной начальной дозой. Однако ионы натрия в кварце подвижны, и отрицательная зарядка внешней поверхности кварцевой дуговой трубки фотоэлектронами, испускаемыми из различных частей внешней оболочки, будет притягивать ионы натрия к внешней поверхности, чтобы нейтрализоваться и испаряться.Истощение ионной концентрации на внутренней поверхности затем позволяет протекать прямой реакции с получением большего количества ионов натрия, которые, в свою очередь, подвергаются электролизу, пока в конечном итоге не будет потеряна очень значительная часть исходной дозы натрия. Для смягчения этой проблемы используются конструкции внешней оболочки, обеспечивающие минимальное количество поверхностей, излучающих фотоэлектрическое излучение, или поверхности с положительным смещением (например, кожух).

Химические реакции между кварцем и металлами и иодидами металлов могут привести к образованию стабильных оксидов металлов на стенках и высвобождению металлического кремния.Потеря металла в результате этого процесса снижает парциальное давление паров металла и в конечном итоге изменяет выходную мощность излучения лампы. Металлический кремний реагирует с йодом с образованием летучего тетраиодида кремния, который разлагается при температуре электрода и откладывает расплавленный кремний на электроде, резко искажая его форму и ухудшая его характеристики. Это становится одним из процессов, ограничивающих срок службы ламп M-H, поскольку отрицательно влияет на процесс повторного зажигания каждые полупериод, до такой степени, что балласт больше не может повторно зажечь лампу.Эффективность HID-ламп увеличивается по мере увеличения входной мощности на единицу длины, во-первых, из-за уменьшения доли мощности, теряемой на теплопроводность, а во-вторых, из-за повышения температуры дуговых трубок, что приводит к более высокому давлению пара излучающих частиц. Однако повышение температуры дуговых трубок приводит к сокращению срока службы лампы из-за усиления химических реакций с материалом дуговых трубок, а в случае кварца — к изменению кристаллической структуры (де-стеклование). Эти ограничения обычно воплощаются в форме практических правил проектирования, касающихся допустимой нагрузки на стенки (подводимая мощность дуги на единицу площади внутренней поверхности стенки дугового трубопровода).Приемлемый срок службы ртутных ламп достигается при нагрузке на стену 10–12 Вт / см 2 , а кварцевые лампы M-H для общего освещения обычно имеют мощность 13–22 Вт / см 2 . Устойчивость PCA при более высоких температурах позволяет керамическим лампам M-H работать с мощностью ∼40 Вт / см 2 , а HPS может использовать конструкции с мощностью 15–20 Вт / см 2 . Для некоторых применений, таких как автомобильные фары и проекционные лампы, приемлем более короткий срок службы и может использоваться более высокая нагрузка на стены.

Уплотнения из молибденовой фольги как в ртутных лампах, так и в лампах M-H имеют достаточный срок службы при гораздо более высоких температурах, чем в лампах T-H, поскольку они защищены от окисления вакуумом или инертной атмосферой во внешней оболочке.Электрический ввод в лампах HPS включает металлический элемент ниобий (также известный как колумбий), выбранный для соответствия расширению в PCA и герметизированный смесью поликристаллических оксидов, плавкой без плавления ниобия или PCA. Ниобий защищен от окисления вакуумом во внешней рубашке. В лампах HPS максимальная температура уплотнения определяется стойкостью герметика к воздействию натрия, тем самым ограничивая температуру холодного пятна и, следовательно, максимальное давление паров натрия в дуговой трубке.

Разница между люминесцентными и светодиодными лампами накаливания

Лампы накаливания

При окончательном выборе наружного освещения или подвесного светильника важно определить, какой тип лампы вы хотите использовать. Лампа накаливания излучает свет, когда электрический ток нагревает проволоку из вольфрамовой нити так, что она светится или накаляется. Пока лампа продолжает работать, вольфрам медленно испаряется из-за тепла. Когда нить накала теряет достаточно вольфрама (или ломается от удара), лампа выходит из строя.Лампы накаливания легко приглушаются. Лампы с одинаковым цоколем часто могут использоваться как взаимозаменяемые в одном и том же светильнике (если позволяют размер и мощность). В состав лампы накаливания входит:

• Стеклянная оболочка
• Нить из вольфрамовой проволоки в плотной спирали
• Поддерживающие провода для удержания нити
• Подводящие провода для подачи тока на нить накала
• Выхлопная труба для удаления воздуха из оболочки и заполнения это с газом
• Основание для удержания других частей, установки лампы и электрического контакта

Лампы накаливания можно разделить на обычные или галогенные в зависимости от наполняющего газа и давления в лампе, которые влияют на эффективность, срок службы и цвет.Напряжение в сети или низкое напряжение в зависимости от электрического тока, питающего лампу. Оба типа доступны как обычные, так и галогенные. Неотражающие или отражающие, в зависимости от того, излучает ли лампа свет во всех направлениях или направляет свет в пучок. Большинство неотражающих ламп — это обычные лампы, большинство из которых сегодня — галогенные. Эффективность ламп накаливания низкая, что является серьезным недостатком с точки зрения более высоких эксплуатационных расходов и большего количества тепла в помещении.

Флуоресцентный

Лампы Fluorescnet излучают свет, когда электрическая дуга возбуждает газ в трубке.Ртуть в газе испускает ультрафиолетовое излучение, заставляя люминофорное покрытие лампы светиться или флуоресцировать. Светящиеся люминофоры создают свет белого цвета. Люминесцентным лампам для работы требуется балласт, а также специальные патроны для ламп.

Основные компоненты люминесцентной лампы:
• Стеклянная трубка (прямая, U-образная или круглая)
• Заполняющий газ, например аргон
• Металлические контактные штыри на внешнем конце трубки, обеспечивающие электрический ток соединение
• Катоды на каждом конце внутренней части трубки, которые генерируют электрическую дугу.
• Когда катоды больше не могут запускать дугу, лампа больше не работает.
• Кристаллы ртути, которые испаряются по мере протекания электрической дуги и испускают УФ-излучение
• Лучшие люминесцентные лампы отлично справляются с цветопередачей, поэтому выбор правильной люминесцентной лампы имеет решающее значение.

Люминесцентные лампы доступны в гораздо более широком диапазоне цветов, чем лампы накаливания, от теплых, почти ламп накаливания, до ледяных белых тонов, похожих на дневной свет. Флуоресцентные лампы — это очень энергоэффективный источник света, который имеет низкие эксплуатационные расходы и мало нагревает комнату. Флуоресцентные лампы особенно эффективны при высоком уровне общего и рабочего освещения. Они потребляют от 1/5 до 1/3 электроэнергии от лампы накаливания с сопоставимым световым потоком и служат до 20 раз дольше.Компактные типы используются в небольших, триммерных светильниках, таких как встраиваемые светильники, настенные бра, светильники, расположенные близко к потолку, и трековые светильники. Ввинчивающиеся типы могут использоваться вместо ламп накаливания в патронах для стандартных ламп. Если в ваших светильниках используется система затемнения, поищите люминесцентные лампы с надписью «регулируемая яркость».

Светодиод

Светоизлучающие диоды (СИД) излучают свет, когда напряжение подается на отрицательно заряженные полупроводники, заставляя электроны объединяться и создавать единицу света (фотон).Проще говоря, светодиод — это химический чип, заключенный в пластиковую капсулу. Поскольку они маленькие, несколько светодиодов иногда объединяются в одну лампочку. Светодиодное освещение в целом является более эффективным и долговечным, чем любой другой тип источника света, и оно разрабатывается для все большего и большего числа применений. Light Bulbs Etc предлагает широкий ассортимент светодиодной продукции: светодиодные лампы, светодиодные ленточные светильники, светодиодные светильники под шкафами, светодиодные декоративные и наружные светильники, светодиодные ландшафтные светильники, а также огромное количество светодиодных встраиваемых и переоборудованных элементов.

Многие светодиодные продукты рассчитаны на срок службы до 50 000 часов. Невероятная долговечность означает, что вы никогда больше не сможете поменять другой свет.

Что такое 50 000 часов? Это в 50 раз больше срока службы обычной лампы накаливания и в 5 раз больше срока службы средней компактной люминесцентной лампы (КЛЛ). Фактически, если вы запускаете светодиод на 6 часов в день каждый день, он прослужит почти 23 года. Это пять президентских выборов, время ремонта дома и простор для целого поколения.У всех нас есть по крайней мере одна труднодоступная лампочка, и для ее замены нужна лестница или столб. Для домовладельца срок службы в пятьдесят раз дольше, чем у ламп накаливания, означает на 50 меньше шансов упасть с лестницы. Для владельца бизнеса это означает значительно меньшие затраты на обслуживание и рабочую силу. Производство и использование светодиодов требует значительно меньше энергии, чем лампы накаливания или КЛЛ. Благодаря светодиодным осветительным приборам вы выбросите меньше ламп и перестанете беспокоиться о содержании в них ртути. Светодиодные осветительные приборы не содержат ртути и других токсичных материалов, что является очевидным преимуществом для окружающей среды.

* Информация предоставлена ​​Американской ассоциацией освещения и Cree LED Lighting

Что такое лампа накаливания и как она работает?

Вспомните, когда вы в последний раз были в магазине, покупая микроволновую печь или другой прибор, например холодильник или сушилку. Торговец, вероятно, рассказал о некоторых особенностях продукта. Они, вероятно, продемонстрировали, на что он способен, поговорили о ценах и обновлениях и опирались на свои обычные тезисы.

Наш технологически продвинутый день и век наполнили нашу жизнь множеством оборудования с функциональностью, которую большинство из нас, вероятно, не сможет объяснить в каких-либо деталях. Конечно, мы можем полистать приложения нашего iPhone и показать нашим бабушкам, как работают Instagram и FaceTime, но можем ли мы когда-нибудь объяснить технологический облик устройства?


Не всегда необходимо понимать основы этих вещей, но это может помочь нам лучше их использовать и принимать более обоснованные решения о покупке.Или, может быть, вам просто нравятся интересные факты и мелочи.

Здесь, в Regency, мы считаем очень важным, чтобы все наши сервисные группы понимали основы освещения. Мы начинаем обучение нашей сервисной команды с рассмотрения самой основной идеи в мире освещения: как лампочка производит искусственный свет?

В этой статье я расскажу о технологии, которую используют лампы накаливания для создания искусственного света.

Что такое лампа накаливания?

По сути, лампа накаливания — это управляемый огонь на дисплее.Когда электрический ток вступает в контакт с цоколем лампы, электричество входит и нагревает вольфрамовую нить, расположенную внутри. А когда нить накаливания нагревается, возникает «накал», то есть свет, производимый теплом. (Вы увидите тот же эффект в горящем бревне или угле.)

Свет в лампе накаливания — это именно тот эффект, который возникает в замкнутой, контролируемой среде. По мере того как нить продолжает гореть, частицы отлетают от нити. А когда частиц для сгорания больше не остается, лампочка перегорает, что обычно происходит через 800–1200 часов жизни лампы накаливания.

А вот с лампами накаливания дело обстоит так: лампа накаливания — это огонь, а огонь производит больше, чем просто свет. Он также выделяет тепло. Поэтому, если вы не ищете «тепловую лампу», само тепло, производимое лампой накаливания, является расточительным по своей природе.

Лампы накаливания на самом деле производят 90 процентов тепла и 10 процентов света. Если вы когда-либо касались зажженной лампы накаливания, вы испытали соотношение тепла и света 90/10. Эти лампочки горячие!

Где вы используете лампы накаливания?

Итак, если лампы накаливания неэффективны с точки зрения потребления энергии, есть ли для них рынок?

Вот три приложения, в которых могут хорошо работать лампы накаливания:

Жилой

Лампы накаливания — это самый «чистый» источник искусственного света.Это практически огонь, отображаемый в лампочке — никакого химического возгорания или ртути не требуется, а это значит, что качество света отличное.

В зависимости от цветовой палитры в вашем доме и ваших целей — энергоэффективность или качество света — лампы накаливания могут отлично подойти вам.

Специальное декоративное освещение

Возможно, у вас есть старинная люстра, украденная из самой съемочной площадки «Призрак оперы». КЛЛ со спиральной пружиной или даже некоторые светодиоды полностью убьют атмосферу и стиль такого светильника.А вот лампы накаливания с изогнутым наконечником идеально подойдут для этого.

Тепловые лампы

Как я упоминал ранее, лампы накаливания отлично выделяют тепло. Даже при наличии законодательства об энергоэффективности тепловые лампы по-прежнему широко используются в ресторанах и других сферах.

Плюсы и минусы лампы накаливания

Если вы планируете использовать лампы накаливания, обратите внимание на некоторые плюсы и минусы.

Лампа накаливания Pro

  • Качество света

    Эти лампы максимально приближены к золотому стандарту (солнце).

  • Доступность

    Хотите остаться в рамках ежемесячного бюджета на лампочки? Вставьте несколько ламп накаливания в розетки и позвольте кому-нибудь позаботиться о счетах за коммунальные услуги.

  • Aesthetics

    Даже сама светотехническая промышленность не может отрицать, что эстетика лампы накаливания трудно превзойти. Черт возьми, производители светодиодов потратили годы, просто пытаясь понять, как сделать светодиодную лампу, напоминающую классическую лампу накаливания.

  • Регулировка яркости

    Лампы накаливания также являются золотым стандартом регулировки яркости.Они не мерцают и не излучают хуже свет в сочетании с диммером, как некоторые продукты, использующие другие технологии освещения. Индустрия светодиодов работает сверхурочно, чтобы сделать что-то, что может тускнеть, как лампа накаливания.

Лампа накаливания мин.

  • Короткий срок службы

    Если ваш счет за техобслуживание освещения слишком велик, лампы накаливания не помогут. Вы будете заменять их каждые 3-5 месяцев, предполагая, что время работы составляет 8-10 часов в день.

  • Энергопотребление

    Как я сказал ранее, 90 процентов энергии, используемой для производства ламп накаливания, фактически преобразуется в тепло.А если вы не хотите, чтобы ваши розетки использовались одновременно в качестве обогревателей, вам придется увеличить счет за кондиционер, чтобы компенсировать коллективное тепло, излучаемое вашими лампами накаливания.

  • Ограничения опций

    По сравнению со светодиодами, лампы накаливания очень ограничены по цветовой температуре, световому потоку, направленности и другим характеристикам, которые сегодня помогают настраивать освещение.

История лампы накаливания

Теперь, когда вы понимаете, как работают лампы накаливания, вы можете получить некоторый контекст и понять, откуда они взялись.

Вы, наверное, уже немного знаете. Или хотя бы имя.

Сколько вам было лет, когда вы впервые услышали о Томасе Эдисоне?

Изобретатель лампы накаливания — довольно знаковая историческая личность. Большинство из нас, вероятно, узнали его имя в начальной школе, но очень немногие из нас действительно понимают, как работает изобретение Эдисона — лампа накаливания. Надеюсь, наше краткое объяснение выше помогло вам в этом.

К счастью, из всех технологий освещения лампа накаливания определенно является самой простой.(Я не хочу преуменьшать значение наследия Эдисона. Я просто имею в виду, что лампа накаливания — самая простая для понимания технология освещения.)

Лампочка Эдисона была впервые запатентована в 1879 году, но еще в 1802 году Хэмфри Дэви широко приписывали первый, демонстрирующий возможность электрического света. Углеродная дуговая лампа также появилась в Англии в 1830-х годах. Однако лампочки начала девятнадцатого века обладали проблемной неэффективностью — коротким сроком службы и плохим потреблением энергии. Эти лампочки были прототипами. Таким образом, за годы, предшествовавшие регистрации Эдисона, ученые всего мира были сосредоточены на улучшении лампы и, в частности, ее нити.

Министерство энергетики хорошо поработало, рассказывая следующую часть истории на своем веб-сайте:


Когда Эдисон и его исследователи из Менло-Парка вышли на сцену освещения, они сосредоточились на улучшении нити накала — сначала тестировали углерод, затем платину, прежде чем, наконец, вернуться к углеродной нити. К октябрю 1879 года команда Эдисона изготовила лампочку с карбонизированной нитью из хлопковой нити без покрытия, которая могла работать 14,5 часов. Они продолжали экспериментировать с нитью накала, пока не остановились на ней, сделанной из бамбука, что дало лампам Эдисона срок службы до 1200 часов — эта нить накала стала стандартом для ламп Эдисона на следующие 10 лет.Эдисон также внес другие улучшения в лампочку, в том числе создал более совершенный вакуумный насос для полного удаления воздуха из лампы и разработал винт Эдисона (который сейчас является стандартным патроном для лампочек).

(Историческая сноска: нельзя говорить об истории лампочки, не упомянув Уильяма Сойера и Албона Мана, получивших патент США на лампу накаливания, и Джозефа Свана, который запатентовал свою лампочку в Англии. Были споры о том, нарушают ли патенты Эдисона на лампочки патенты этих других изобретателей.В конце концов американская осветительная компания Эдисона объединилась с Thomson-Houston Electric Company — компанией, производящей лампы накаливания по патенту Сойера-Мэна — и образовала General Electric, а английская осветительная компания Эдисона объединилась с компанией Джозефа Свана и образовала Ediswan в Англии.)


В последние годы использование ламп накаливания было в значительной степени прекращено, как мы пишем в нашем посте: «Действительно ли произошел отказ лампы накаливания?»

Но в последнее время некоторые физики из Массачусетского технологического института, возможно, обнаружили проблему. инновация, которая могла бы спасти лампу накаливания, сделав технологию даже более эффективной, чем светодиодная.

В то время как обычная лампа накаливания сегодня стала намного более эффективной, чем лампа Эдисона, благодаря серии инноваций она изо всех сил пытается выжить в современном мире, стремящемся к энергоэффективности. Компактные люминесцентные и светодиодные осветительные приборы вытеснили значительную часть рынка ламп накаливания, и многие отраслевые эксперты считают, что эта тенденция сохранится.

светодиодов Осторожно! Возрождение лампы накаливания

Лампа накаливания, впервые реализованная Томасом Эдисоном в 1879 году, была замечательным изобретением для своего времени. Эдисон обнаружил, что когда электрический ток пропускается через углеродную нить, нить накаляется или накаляется. Лампа накаливания была усовершенствована в течение следующих трех четвертей века за счет использования различных материалов накаливания и добавления инертного газа внутрь внешней оболочки. Она производилась сотнями миллионов людей в бесконечном множестве форм, размеров и мощности, но основная технология ламп накаливания практически не изменилась.

Рис. 1. Характеристики ранних гибридных галогенных ламп.

В 1959 году была представлена ​​первая галогенная лампа накаливания. Когда вольфрамовая нить горит, небольшое количество вольфрама испаряется с нити на стенку лампы. В конце концов, на стенке лампы откладывается достаточно вольфрама, который заметно почернеет, и лампа выйдет из строя. В галогенной осветительной технике газообразный галоген внутри колбы удаляет вольфрам, который осаждается на стенках колбы. Эта очистка от вольфрама называется «галогенным циклом».Добавление газообразного галогена позволяет нити накала работать при высокой температуре, создавая более яркий свет. Поскольку галогенный цикл предотвращает почернение лампы, срок ее службы увеличивается. Хотя галогенная лампа накаливания была ярче, это не было значительным изменением в технологии лампы накаливания. Электрический ток по-прежнему используется для нагрева нити до температуры, при которой возникает свет.

В 1990 году была представлена ​​галогенная лампа накаливания, в которой использовалась новая технология.Оптическое покрытие, отражающее инфракрасное (ИК) излучение и пропускающее видимый свет, называемое горячим зеркалом, было нанесено на внешнюю поверхность внутренней кварцевой оболочки галогенной лампы накаливания. Это горячее зеркальное покрытие отражает часть тепла обратно к нити накала, где оно повторно нагревает нить. Эта рециркуляция бывшего отработанного тепла позволяет нити накаливания достигать нужной температуры с меньшим потреблением электроэнергии по сравнению с галогенной лампой накаливания без покрытия (рис. 1). Эти первые «гибридные» галогенные лампы накаливания достигли эффективности более 18 LpW (люмен на ватт) для лампы мощностью 70 Вт.Это дало 70-ваттной гибридной галогенной лампе накаливания такой же световой поток, что и 100-ваттная лампа накаливания.

Рис. 2. Применяя закон Бартоломея, график показывает фактический выход LpW и прогнозируемые результаты выхода LpW (с течением времени).

Гибридная галогенная лампа накаливания — это более энергоэффективная прямая замена лампы накаливания. Он имеет все те же характеристики, что и лампа накаливания. Цвет может быть от теплого белого до холодного белого.Гибридная галогенная лампа накаливания излучает непрерывный полный спектр с индексом цветопередачи (CRI)> 97%. Его можно затемнить обычными диммерами. Его можно включать и выключать много раз без ущерба для срока службы лампы, что позволяет использовать его с датчиками присутствия, которые обеспечивают освещение при срабатывании триггера. Гибридная галогенная лампа накаливания не содержит ртути или других токсичных веществ, поэтому соответствует требованиям RoHS.

С момента своего появления в 1990 году гибридная галогенная лампа накаливания продолжала улучшаться в LpW, а стоимость горячего зеркального покрытия снизилась.Скорость улучшения LpW и снижение стоимости оптического покрытия происходили по повторяющейся схеме, которая называется законом Бартоломея. Подобно теперь знаменитому закону Мура, закон Бартоломея гласит: «Каждые 4 года скорость нанесения ИК-покрытий на галогенные лампы удваивается, а производительность горелки с покрытием (люмен на ватт) увеличивается на 20%». Улучшение LpW в гибридной галогенной лампе накаливания показано на графике на рисунке 2.

1.5X на Рисунке 2 — это гибридная галогенная лампа мощностью 70 Вт, которая равна светоотдаче 100-ваттной лампы накаливания (18 ЛпВт). 2.X на рис. 2 представляет собой гибридную галогенную лампу накаливания мощностью 50 Вт, которая имеет такой же световой поток, что и лампа накаливания мощностью 100 Вт (33 ЛпВт). Эта 2-кратная гибридная галогенная лампа накаливания проходила ограниченные испытания в 2012 году и была поставлена ​​на коммерческое использование компанией Venture Lighting International (VLI) в 2013 году. 3-кратное увеличение на рисунке 2 представляет лабораторные результаты, продемонстрированные VLI и DSI (45LpW).

Рисунок 3. Сравнение КПД лампочек.

Лампа накаливания производит 8% своей энергии в видимом спектре и 92% своей энергии за пределами видимого спектра в виде тепла. На рисунке 3 показано, как эффективность, выраженная в LpW, увеличивается с увеличением доли рециркулируемой тепловой энергии. Обратите внимание, что по мере продвижения вверх по кривой эффективности небольшой выигрыш в возвращаемой энергии дает пропорционально больший выигрыш в эффективности. Закон Бартоломея предсказывает, что к 2018 году эффективность гибридной галогенной лампы накаливания превысит эффективность нынешних компактных люминесцентных ламп (КЛЛ) и аналогичных светодиодов на рынке к 2023 году.

Одним из ключевых факторов, способствующих повышению эффективности гибридной галогенной лампы накаливания, является работа, которая проводится для увеличения количества тепла, возвращаемого в нить накаливания. Это увеличение количества рециркулируемого тепла является результатом разработок в Deposition Sciences, Inc., которые увеличили отражение инфракрасного излучения от тонкопленочного покрытия, нанесенного на галогеновую капсулу. На рисунке 4 показана эволюция дизайна гибридного галогенового покрытия и характеристик покрытия в DSI.

Каждое продвижение в области тонкопленочного покрытия увеличивало инфракрасное отражение тонкопленочного покрытия, тем самым увеличивая эффективность гибридных галогенных ламп накаливания с 1,5X до 2X, а в последнее время до 3X.

Рис. 4. Эволюция конструкции и характеристик гибридного галогенового покрытия.

Лампа накаливания была коммерциализирована Томасом Эдисоном более 133 лет назад. На протяжении всего этого периода это был световой выбор для большинства промышленно развитых стран. Лампа накаливания (похожая на гибридную галогенную лампу, о которой говорилось ранее) излучает свет от теплого белого до холодного белого.Оба они излучают непрерывный полный спектр с индексом цветопередачи> 97%, вставляются в одну розетку и могут регулироваться обычными диммерами. Лампу накаливания и гибридную галогенную лампу можно многократно включать и выключать без ущерба для срока службы лампы, что позволяет использовать их с датчиками присутствия. И лампы накаливания, и гибридные галогенные лампы не содержат ртути или других токсичных веществ, что делает их совместимыми с RoHS. Однако недостатком лампы накаливания является ее недостаточная энергоэффективность.Новая технология гибридных галогенных ламп накаливания устранила этот недостаток — 1,5X присутствует на рынке, 2X выходит на рынок, 3X было продемонстрировано в лаборатории, а 4X находится в разработке.

Потребовалось 110 лет, чтобы эффективность лампы накаливания достигла 18 LpW, и всего 21 год, чтобы повысить эффективность до 45 LpW с помощью гибридной технологии. Лампа накаливания не погасла; на самом деле она жива и здорова. Для получения дополнительной информации щелкните здесь


Журнал «Световые технологии»

Эта статья впервые появилась в выпуске журнала «Световые технологии » за январь 2013 года.

Читать статьи в этом выпуске здесь.

Другие статьи из архива читайте здесь.

ПОДПИСАТЬСЯ

История лампочки: первые дни до светодиодов

С развитием в 19 веке и окончательным упадком в 21 веке лампа накаливания доминировала как в домашнем, так и в общественном освещении на протяжении всего 20 века. Это была технология, которая изменила наш образ жизни, работы и развлечений.

Часть первая: ранние разработки

Без технологического и делового чутья одного человека — Томаса Эдисона — мир сегодня выглядел бы совсем иначе. Еще в 19 веке путешествие к свету было призрачной чередой событий.

Важность лампочки — или лампы, как ее называют инженеры, — настолько велика, что это выражение вошло в язык как синоним изобретения. И все же его путь к превосходству лежал в беспорядочной уличной драке, в которой доминировал один человек — Томас Альва Эдисон, который, несмотря на всю свою дальновидность и деловую хватку, не мог предвидеть, что век спустя его разработка идеи, которая осветила мир быть практически устаревшими с появлением светодиодной технологии.

По одному из самых крутых поворотов технологической судьбы, так называемое «изобретение» лампочки никогда не имело «момента лампочки». Как и многие важные инновации, оказавшие далеко идущее влияние на коммерческое и культурное развитие человечества, лампочка — или, более конкретно, в данном случае лампа накаливания — стала продуктом серии независимых и последовательных прорывов инженеров. и ученых, разделенных как временем, так и географией. Несмотря на то, что великий американский изобретатель и предприниматель Эдисон традиционно получает лавры за то, что принес лампочку в мир, почетный куратор Смитсоновского института Бернард С. Финн говорит, что мы совершенствуем одно из наших самых важных открытий с тех пор, как первые люди узнали, что огонь может производить как свет, так и тепло.

Эдисон внес свет в современный мир как разработчик идей других инженеров, которые предшествовали ему в 19 веке. «Это Томас Эдисон предложил коммерчески жизнеспособное решение», — говорит Финн. В 1879 году, в канун Нового года, Эдисон зажег свою лабораторию в Менло-парке — дисплей, видимый с расстояния более 20 миль, — и эра электрического освещения буквально началась. Всегда готовый к делу, Эдисон предсказал, что электрический свет станет «настолько дешевым, что только богатые будут зажигать свечи».

Настоящая ценность достижения Эдисона заключалась в том, что оно ознаменовало конец пробной фазы создания света с помощью электричества, сделав лампы накаливания передовой технологией. В книге Эдисона «Электрический свет: искусство изобретения» историки Роберт Фридель и Пол Исраэль называют 22 изобретателя ламп накаливания, опередившие Эдисона, и тем не менее твердо ставят его во главе семьи. Это связано с сочетанием трех критических факторов, которые Эдисон правильно понял одновременно: раскаленный материал, высокий уровень вакуума и высокое сопротивление.

Это был последний из этих трех, который Эдисон действительно понимал лучше, чем его предшественники. При высоком сопротивлении тепло (и, следовательно, свет) будет накапливаться в элементе вместо питающих проводов, исходящих от удаленных электрических генераторов. По словам Финна, после тестирования сотен материалов «он остановился на тонкой полосе — или нити — углерода». Поскольку углеродная нить будет гореть при контакте с воздухом, стеклянный корпус или «колба» необходимо откачать с помощью вакуумного насоса. Ранние версии ламп накаливания (слово происходит от латинского «incandescens», что означает «светящийся») имеют «наконечник», показывающий, где изначально был подключен насос.К 1881 году на электрическом конце был стандартный разъем, через который лампочку теперь можно было вкручивать в розетку и включать и выключать.

Именно стоя на плечах тех, кто шел до него, Эдисон смог заглянуть так далеко в будущее электрического света. Он неустанно совершенствовал инновации других ученых, таких как Хамфри Дэви, Джеймс Боуман Линдси, Мозес Дж. Фармер, Уильям Э. Сойер, Джозеф Свон и Генрих Гебель, идеи которых были коммерчески непрактичными. Понимая, что платина — слишком дорогой товар для использования в электрическом освещении, он пошел по пути создания бамбуковой нити с углеродным покрытием (по анекдотам, у него возникла идея использовать бамбук, наблюдая за своей удочкой во время производственной поездки, чтобы наблюдать за затмением. ).

Он также работал и занимался торговлей, получая патенты у других инженеров, создавая стратегические альянсы, особенно со своим британским конкурентом Джозефом Своном (который во многих отношениях был игроком равной важности, чей дом первым осветил лампочка). Эдисон заручился существенной финансовой поддержкой как от семьи Вандербильтов — самой богатой в Америке, заработавшей свои деньги на судоходстве и железной дороге, — так и от корпоративного финансиста Дж. П. Моргана. Тем не менее, главным образом благодаря чистой дальновидной изобретательности человек, имеющий более тысячи патентов на свое имя, стал движущей силой, озарившей ХХ век.

Часть вторая: доминирование на рынке

На протяжении большей части 20-го века казалось, что лампа накаливания не имеет серьезных конкурентов. Тем не менее, в связи с растущим давлением, направленным на повышение энергоэффективности, в последние десятилетия все было на стене.

Еще в 1835 году шотландский изобретатель Джеймс Боумен Линдсей продемонстрировал свою раннюю версию постоянного электрического света, заявив, что с помощью такой технологии он мог «читать книгу на расстоянии полутора футов». Он вряд ли мог ожидать, что через столетие лампа накаливания, в создание которой он так много вложил, превратит ночь в день.Это осветило бы нашу жизнь, продлило бы время работы и заставило бы футбольные стадионы светиться в темноте. Он обеспечил бы безопасность и освещение общественных зданий и обеспечил бы прожекторами зенитное вооружение военного времени. Дороги будут освещены, чтобы соответствовать неуклонному росту количества автомобилей, а готовность к работе в ночное время аэропортов произведет революцию в сфере международных грузоперевозок.

На заре 20 века появилась беспрецедентная возможность для разработчиков новой лампы накаливания.Области применения были безграничны: от очень скромных (например, велосипедные фары) до национальной инфраструктуры (например, дорожное освещение). Поле было открыто, и вскоре рынок заполонили производители, надеющиеся нажиться на золотой лихорадке в искусственном освещении.

Тем не менее, к Рождеству 1924 года такие известные имена, как Osram, Philips и General Electric, начали нервничать. Это произошло потому, что рынок, хотя и процветал, становился непредсказуемым. Увидев, что его продажи упали с 63 миллионов единиц в 1922-1923 годах более чем на половину в следующем году, глава Osram Уильям Мейнхардт предложил встретиться со своими конкурентами, чтобы согласовать торговые принципы, которые защитят их будущее.В то время как рождественские елки украшали швейцарский город Женеву 23 декабря 1924 года, высшее руководство мирового сообщества производителей ламп накаливания вступило в сговор, чтобы сформировать картель Фебус для установления квот и территорий, обмена знаниями и согласования стандартов (таких как винт Эдисона). в разъеме).

Однако скрытой целью была защита доходов на рынке, где производители становились жертвами собственного успеха. Еще в третьем десятилетии 20-го века производство лампочек было настолько развито, что их срок службы составлял 2500 часов, а это означало, что потребовались годы, прежде чем устройства потребовались замены.Одним из основных (и все же менее распространенных) результатов «Конвенции о развитии и прогрессе международной индустрии электрических ламп накаливания» было сокращение ожидаемой продолжительности жизни до 1000 часов. Чтобы убедиться, что компании соблюдают новые правила устаревания, они были обязаны отправлять свои продукты для независимого тестирования в Швейцарии. Если продукты демонстрировали нежелательную долговечность, производители сталкивались с большими штрафами.

Несмотря на то, что картель намеренно остановил технологическое развитие, лампа накаливания получила признание как одна из величайших инноваций того времени.К концу Первой мировой войны, когда стоимость электроэнергии резко упала, он также стал серьезной альтернативой газовому освещению.

Эдисон не ошибся, сказав, что свечи зажигают только богатые. Согласно данным исследования, опубликованным Фуке и Пирсоном, стоимость искусственного света упала за столетия с тысяч фунтов за люмен в час до долей цента, когда мы перешли от использования свечей ручной работы к лампам массового производства. Это снижение стоимости привело к тому, что потребление искусственного света в 20 веке стало в 100 000 раз больше, чем в 18 веке.

Энергии и света было так много, что рынок мог себе это позволить и успокоился. Вольфрамовая нить накаливания могла поглощать удары появляющейся флуоресцентной технологии «полосового света», которая появилась на фабриках и в офисах. Стоимость искусственного освещения была такой, что не было никакого реального давления, чтобы изменить статус-кво до нефтяного кризиса середины 1970-х годов. Это привело к появлению компактных люминесцентных ламп (КЛЛ), энергоэффективность которых в пять раз выше, чем у ламп накаливания, что сделало их серьезным конкурентом.Когда Philips и Osram вывели их на рынок в начале 1980-х, появились первые трещины в превосходстве ламп накаливания.

«Эффективность» стала модным словом. Новые технологии выстраивались в очередь, чтобы стать следующим большим достижением. Начинало происходить немыслимое: правительства принимали закон о поэтапном отказе от ламп накаливания.

Часть третья: светодиодная революция

Теперь, когда лампа накаливания превратилась в динозавра, а все взгляды на новые светодиодные технологии стали панацеей для окружающей среды, следующий этап эволюции освещения связан с эффективностью и законодательством.

По данным производителя лампочек Philips, сегодня на освещение приходится 19 процентов мирового потребления электроэнергии. Учитывая, что лампы накаливания эффективно тратят до 95 процентов своей энергии, производя тепло, а не свет, существует огромный потенциал для энергосбережения в мире, где снижение спроса на ресурсы все чаще законодательно закрепляется. Если посмотреть на рынок ламп накаливания в США в 2010 году — примерно в то время, когда во всем мире был разработан закон о поэтапном отказе от ламп накаливания, — было продано восемь миллиардов ламп, из которых половина были лампами накаливания, а количество светодиодов составляло всего лишь 10 процентов.

В то время казалось, что потребители не готовы к революции светодиодов, несмотря на исследования Кембриджского университета, согласно которым потенциальная экономия энергии при переходе на светодиоды будет «огромной». Анализируя базовые показатели энергосбережения, в исследовательском документе под названием «Освещение для 21 века» говорится, что в Великобритании освещение потребляет более одной пятой всей электроэнергии, вырабатываемой на электростанциях, и светодиоды могут снизить этот показатель на не менее 50 процентов. Статистические данные Министерства энергетики США соглашаются, оценивая, что к 2025 году «твердотельное освещение, такое как светодиоды, могло бы сократить глобальное количество электроэнергии, используемой для освещения, на 50 процентов и могло бы устранить 258 миллионов метрических тонн выбросов углерода, уменьшив потребность в 133 новых электростанции и общая экономия средств более ста миллиардов долларов ».

Все согласны с тем, что можно добиться значительной экономии энергии, и мир, кажется, готов к спонтанным изменениям в том, как мы его освещаем. Тем не менее, эта предсказанная рыночная революция была медленной и неохотной, заставив правительства вмешаться, чтобы ускорить изменения в наших моделях производства и потребления. В течение последнего десятилетия в ЕС постепенно запрещались различные типы ламп накаливания, а в сентябре этого года было прекращено использование галогенных и компактных люминесцентных ламп (КЛЛ), что, по сути, стало концом ламп накаливания в том виде, в каком мы их знаем.

The Energy Saving Trust использует более взвешенные тона, заявляя, что, хотя исторически мы могли «мало беспокоиться» о том, что «электрические лампочки были только на 10 процентов эффективны … в последние несколько лет появилось совсем другое отношение к освещению. годы». В своем официальном документе «Правильный свет» Траст говорит, что это новое отношение лишь отчасти обусловлено законодательством, с доброй волей от «растущего понимания общественностью той роли, которую хорошее освещение может сыграть в улучшении их домов», обеспечивающих оставшуюся часть рыночный сдвиг.

Реальность такова, что промышленность и бытовая техника только сейчас серьезно начинают претерпевать серьезные изменения, движимые желанием внедрить новые энергоэффективные технологии, такие как светодиоды, за счет ламп накаливания, а теперь и галогенных и компактных люминесцентных ламп.

Сегодня, несмотря на затянувшуюся борьбу на руках из-за переговоров о Брексите, Великобритания по-прежнему является членом Европейского Союза, и мы сталкиваемся с тем, что средства массовой информации решили назвать «запретом лампочек», когда более возбужденные ежедневные газеты регулярно сообщают о таких проблемах. (в основном не существует) общественные запасы ламп накаливания в качестве защиты от будущего, освещенного светодиодами.Возражение против этого неясно, кроме смутного ощущения, что светодиодное освещение не такое «теплое», как лампы накаливания. Этот «запрет ламп» на самом деле представляет собой набор проектов европейских правил по эффективности, согласно которым к 2020 году в качестве источников света будут удалены вольфрамовые галогены и КЛЛ.

В рамках обзора своих законов об экодизайне ЕС опубликовал необходимость замены источников света с минимальным требованием к эффективности 85 люмен на ватт и максимальной мощностью в режиме ожидания 0,5 Вт. Требования экодизайна являются обязательными для всех стандартных ламп, люминесцентных ламп и прожекторов, продаваемых в ЕС.Эти правила устанавливают требования к энергоэффективности и другие факторы, такие как срок службы лампы, время прогрева и энергетическая маркировка. По данным ЕС, «при использовании энергоэффективного освещения счета за электроэнергию в домах могут снизиться на 25 евро в год. Заменив галогенную лампу светодиодной, вы можете сэкономить до 100 евро в течение примерно 20-летнего срока службы продукта. Энергоэффективное освещение может сэкономить достаточно энергии, чтобы обеспечить электроэнергией 11 миллионов домашних хозяйств в течение одного года и избежать выброса 12 миллионов тонн CO2 в Европе.”

Тем не менее, не все с таким энтузиазмом относятся к преимуществам технологии замены светодиодов или требованиям экодизайна. Индустрия развлечений заявляет, что директива ЕС станет похоронным звоном для драматического освещения. Генеральный директор немецкой компании по освещению сцены GLP Удо Кюнцлер предсказывает «исчезновение театров, концертных площадок и других сфер исполнительского искусства, поскольку никакие вольфрамовые светильники и многие светодиодные развлекательные устройства не соответствуют этим требованиям».

В целях защиты индустрии профессионального сценического освещения он надеется «убедить Европейскую Комиссию ратифицировать исключение для нашей отрасли. Нет времени терять. Мы должны действовать как единая индустрия, чтобы эти предложения не были закреплены в законе ».

Хронология

Долгая дорога к лампочке ХХ века

1761
Эбенезер Киннерсли демонстрирует накаливание от нагретой проволоки.

1802
Хамфри Дэви использует «батарею огромных размеров» для создания света накаливания, пропуская электрический ток через платиновую нить накала.

1835
Джеймс Боумен Линдси демонстрирует постоянный электрический свет, с помощью которого можно «читать книгу на расстоянии полутора футов».

1838
Марселлин Джобард изобретает лампочку накаливания с вакуумной атмосферой с использованием углеродной нити.

1840
Уоррен де ла Рю изобретает и помещает свернутую в спираль платиновую нить в вакуумную трубку.Разработка отложена из-за стоимости платины.

1841
Фредерик де Молейнс получает первый патент на лампу накаливания, в конструкции которой используются платиновые провода внутри вакуумной лампы.

1845
Джон У. Старр приобретает патент на свою лампу накаливания, в которой используются углеродные нити.

1851
Жан Эжен Робер-Уден публично демонстрирует лампы накаливания в своем поместье в Блуа, Франция.

1859
Моисей Г. Фармер создает лампу накаливания с платиновой нитью.Томас Эдисон покупает более поздний патент Фармера на электрическую лампочку.

1872
Русский Александр Лодыгин изобрел лампу накаливания с использованием азота в стеклянном корпусе и получил российский патент в 1874 году.

1874
Канадский патент подан Генри Вудвордом и Мэтью Эвансом на лампу, состоящую из углеродных стержней, установленных в стеклянный баллон, заполненный азотом. Патент позже был продан Эдисону.

1878
Томас Эдисон начинает серьезные исследования по разработке практичной лампы накаливания.

1879
Джозеф Свон демонстрирует работу своей дуговой лампы с угольным стержнем. Мосли-стрит в Ньюкасл-апон-Тайне становится первой в мире автомагистралью, освещенной лампой накаливания.

1879
Эдисон подает патент в США на электрическую лампу, в которой используется «углеродная нить или полоса, свернутая в спираль и соединенная с контактными проводами из платины».

1880
Пароход Columbia компании Oregon Railroad and Navigation Company становится первым приложением для электрических ламп накаливания Эдисона.

1881
Лондонский театр Савой, освещенный лампами накаливания Свана, становится первым в мире общественным зданием с электрическим освещением.

1882
Компании Эдисона и Суона сливаются в Edison and Swan United Electric Company (позже Ediswan), а затем объединяются в Thorn Lighting.

1883
Генрих Гобель утверждает, что в 1854 году разработал первую лампу накаливания с тонкой карбонизированной бамбуковой нитью высокого сопротивления, платиновыми подводящими проводами в цельностеклянной оболочке и высоким вакуумом.

1883
Патентное бюро США постановило, что патенты Эдисона основаны на «известном уровне техники» Уильяма Сойера и поэтому недействительны.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *