Рисунок лампа накаливания – лампа накаливания Фотографии, картинки, изображения и сток-фотография без роялти

Содержание

Картинки ламп накаливания (39 фото) ⭐ Забавник

Поделиться на Facebook

Поделиться в ВК

Поделиться в ОК

Поделиться в Twitter

Лампа накаливания- источник искусственного света. Когда в лампе происходит нагревание заряженными частицами — излучается поток света. Сейчас в магазине можно найти совершенно разные лампы накаливания.

Лампа на темном фоне

Лампа на белом фоне

Состав лампы

Большая лампа на белом фоне

Лампа со светом внутри

Разные виды ламп

Структура лампы

Лампа на голубом фоне

Прозрачная лампа

Три лампы на столе

zabavnik.club

Фото лампочки

Каждый из нас знает такое устройство, как лампочка, появившееся чуть больше века назад. Сегодня она имеет большое значение в быту, но тем самым не напоминает ничем о своих создателях, о людях которые приложили немало усилий и потратили время, чтобы наполнить наш дом теплом и светом.

 

Осколки от разбитой лампочки

 

Разбитая лампочка накаливания

 

Пыльная горящая лампочка

 

Лампочки изо льда

 

Лампочка на пляже

 

Девушка и горящие лампочки

 

Горящие лампочки в стеклянных шарах

 

Лампочки в каплях дождя

 

Лампочка с блёстками

 

Банка с лампочками

 

Девушка смотрит на лампочки, которые висят на дереве

 

Лампочка освещает кирпичную стену

 

Взрыв лампочки

 

Необычная лампочка

 

Жёлтая лампочка из бумаги

 

Робот из коробок и горящая лампочка

 

Композиция из лампочек

 

Лампочки с краской

 

Горящие лампочки на фоне деревянной стены

 

Лампочка на проводе

 

Лампочка и осколки

 

Лампочка с маслом

 

Лампочка включается в розетку

 

Девушка спит в лампочке

 

Виды лампочек

 

Море с лодкой в разбитой лампочке

 

Лампочка на зеркальной поверхности

 

Разбитая лампочка

 

Закат в лампочке

 

Гирлянда из цветных лампочек висит на улице

 

Включенная лампочка

 

Лампочка-груша

 

classpic.ru

Устройство лампы накаливания

Дата публикации: .

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.

artillum.ru

Виды электрических ламп - Доктор Лом. Первая помощь при ремонте

1. Лампы накаливания:

Принцип действия всех ламп накаливания похож. Электрический ток, проходя по нити накаливания, обычно свитой в спираль, чтобы увеличить длину нити, нагревает нить, изготовленную из тугоплавкого материала, чаще всего вольфрама, до очень высокой температуры (2500-3000°). При этом часть тепловой энергии преобразуется в световое излучение. Чтобы вольфрам не вступал в реакцию с атмосферным кислородом при столь высокой температуре, спираль помещается в колбу, которая на стадии изготовления вакуумируется или заполняется инертным газом.

Обычные лампы накаливания.

Самые известные, самые простые по устройству и следовательно самые дешевые по цене, но при этом и самые ненадежные лампы:

Рисунок 1. Устройство обычной лампы накаливания.

1 - Вольфрамовая нить (спираль).

2 - Стеклянная колба. Для наполнения колбы используются инертные газы: азот, аргон, криптон, или их смеси. Вакуумные лампы делаются преимущественно небольших мощностей потому, что делать большую и толстую стеклянную колбу, выдерживающую перепад давлений между вакуумом и атмосферным давлением неэкономично.

3 - Электроды. На рисунке обозначены красным и синим цветом условно (для наглядности). Обычно эти цвета используются для обозначения типа проводов, синий - для нулевого провода, красный для фазного провода, однако при подключении проводов к патрону, в который будет вкручиваться лампа, соблюдать показанную на рисунке полярность не нужно.

4 - Цоколь (гильза), вкручиваемый в патрон. Лампы, используемые для освещения, как правило имеют цоколь с резьбой Эдисона. Лампы со штифтовыми патронами для освещения квартир и домов не используются и потому здесь не рассматриваются. Обычно гильза изготавливается из ржавеющей стали, защищенной от воздействия окружающей среды хромированием или цинкованием. Чем дешевле лампа, тем тоньше защитный слой, а это приводит к тому что при высокой влажности гильза ржавеет и соответственно электрический контакт ухудшается или пропадает вовсе.

5 - Керамическая изоляция. Обеспечивает изоляцию между электрическими контактами, вынесенными на цоколь лампы.

Преимущества обычных ламп накаливания:

  • Низкая цена.
  • Широкая доступность.

Разнообразие дизайна обычных ламп накаливания достигается за счет изменения формы стеклянной колбы. Колба может быть классической, как показано на рисунке 1, приплюснутой, вытянутой, имитирующей пламя свечи. Кроме того стеклянная колба может быть прозрачной, матированной, молочной, с отражателем. Также лампы бывают разных размеров и мощностей и тут многое зависит от электрического патрона, в который лампа будет вкручиваться или вставляться. На стеклянной колбе иногда можно рассмотреть мощность лампы и рабочее напряжение, а на упаковке дополнительно указываются марка цоколя (патрона), уровень освещенности и ресурс работы.

  • Быстрое включение. В отличие от большинства остальных ламп обычные лампы накаливания загораются практически сразу.

Недостатки:

  • Низкая надежность - ресурс работы таких ламп редко превышает тысячу часов. Основная причина выхода из строя обычных ламп накаливания - это перегорание нити, чаще всего это происходит из-за испарения вольфрама (все-таки температуры не малые), а там где нить тоньше, температура нагрева выше и следовательно испарение больше, или из-за повышения напряжения в сети. Даже непродолжительное превышение напряжения, например, с 220 до 240-250 Вольт на несколько минут, приводит к перегреву нити и уменьшает ресурс работы обычной лампы накаливания в 1.5-2 раза. Иногда в подъездах можно увидеть две лампы накаливания, подключенные последовательно, и таким образом работающие от напряжения 110 Вольт. Уровень освещенности от подключенных последовательно ламп в 2-3 раза меньше, чем от одной лампы такой же мощности, зато ресурс работы увеличивается в десятки раз.
  • Низкая эффективность - в световое излучение преобразуется не более 5-10 % от потребленной электрической энергии, вся остальная электрическая энергия преобразуется в тепловую. Другими словами обычная лампа в первую очередь электронагреватель и только во вторую источник света. Но в некоторых случаях этот недостаток можно использовать, например в кладовке на застекленном балконе или лоджии включенная лампочка в сильные морозы предохранит продукты от замерзания и никаких дополнительных нагревателей ставить не нужно. Правда для большей эффективности лампа накаливания должна располагаться внизу, но это уже совсем другая история. Световая отдача составляет 15-30 Люмен на Ватт потребленной электроэнергии.
  • Вред для здоровья - слепящая яркость обычных ламп накаливания отрицательно влияет на сетчатку глаза подобно электросварке и потому прямо смотреть на лампы накаливания не рекомендуется. Чтобы уменьшить вероятность прямого попадания излучения в глаза используются разного рода абажуры, плафоны, отражатели, нанесение на стеклянную колбу рассеивающего покрытия. Кроме того в спектре свечения обычных ламп накаливания преобладают желтый и красный спектры, поэтому свет от таких ламп отличается от дневного света. Впрочем, полноценно заменить дневной свет не может ни одна лампа потому этот пункт можно считать общим практически для всех ламп.

 

Галогенные (галогеновые) лампы.

Рисунок 2. Устройство галогенных ламп накаливания.

2а - низковольтная капсульная, 2b - с отражателем для встраиваемых светильников, 2с - под патрон с резьбой Эдисона

1 - Вольфрамовая нить (спираль).

2 - Стеклянная колба.

3 - Электроды. На рисунке обозначены красным и синим цветом условно (для наглядности). Обычно эти цвета используются для обозначения типа проводов, синий - для нулевого провода, красный для фазного провода, однако при подключении проводов к патрону, в который будет вставляться или вкручиваться лампа, соблюдать показанную на рисунке полярность не нужно.

4 - Контактная группа

5 - Отражатель (рефлектор).

По принципу действия галогенные лампы очень похожи на обычные лампы накаливания, нить накаливания также изготавливается из вольфрама. Однако в инертном газе, наполняющем колбу, содержатся добавки галогенов (отсюда и название "галогенные лампы"), таких как йод, хлор, бром, фтор или их химических соединений. Например, йод вступает в реакцию с вольфрамом, образуя летучее соединение - йодид вольфрама. Йодид вольфрама, попадая на накаленную спираль, разлагается на йод и вольфрам, а так как максимальная температура там, где нить накаливания тоньше всего, то в таком месте чаще происходит разложение йодида. Таким образом нить накаливания частично восстанавливается и срок службы лампы продляется. Впрочем использование йода имеет и свои недостатки: йод вступает в реакцию не только с вольфрамом, но и с другими металлами, которые могут содержаться в колбе. Заменять йод другими чистыми галогенами - хлором, бромом или фтором - нецелесообразно, так как эти галогены еще более химически активны. Сейчас в галогеновых лампах все чаще используется бромистый метилен или бромистый метил.

Преимущества галогенных ламп накаливания:

  • Высокая надежность - однажды мне пришлось менять галогеновые лампы, прослужившие более 10 лет при очень активном режиме использования. И менять их пришлось не потому, что лампы перегорели, а потому, что за эти годы выгорел отражатель, из-за чего полезная яркость ламп уменьшилась. Заявляемый производителями срок службы галогеновых ламп 5000-8000 часов.
  • Компактность - стеклянные колбы галогенных ламп редко превышают объем 1-1.5 см3. Даже если галогенная лампа выполнена в виде обычной лампы накаливания (рис. 2с), то внутри большой колбы можно увидеть основную маленькую, очень похожую на консольную (рис. 2а), в которой и находится нить накаливания. Да и в галогенных лампах для врезных светильников (рис. 2b) большую часть лампы занимает рефлектор.

Галогенные лампы на сегодняшний день представляют собой практически максимальное разнообразие. На рисунке 2 можно увидеть только некоторые из возможных видов галогенных ламп. Лампы, используемые во врезных (встроенных) светильниках (рис. 2а и 2b) вставляются в специальные патроны. Галогенные лампы, выполненные в классическом виде (рис. 2с), вкручиваются в патроны с резьбой Эдисона. Для прожекторных ламп (на рисунке не показаны) применяются свои патроны. Галогенные лампы, используемые в автомобилях здесь не рассматриваются.

Недостатки:

  • Искажение видимого спектра - в галогенных лампах происходит небольшое поглощение светового излучения в желто-зеленой части спектра. Из-за этого свет галогеновых ламп явно искусственный, впрочем дизайнерами такая особенность галогеновых ламп используется как достоинство.
  • Низкая эффективность - как и в обычных лампах накаливания в галогенных лампах в световую энергию преобразуется незначительная часть электрической энергии, остальная электрическая энергия превращается в тепловую.

Газоразрядные лампы.

Главное преимущество всех газоразрядных ламп по сравнению с лампами накаливания в их высокой эффективности. В световую энергию преобразуется до 30-40% электрической энергии. В газоразрядных лампах электрический ток течет не через проводник, точнее не только через проводник, как в лампах накаливания, а через пары металла (ртути или натрия) или инертный газ (неон, аргон, криптон или ксенон). Само собой, при обычном напряжении, температуре и давлении электрический ток через пары металла или газ пройти не может, а происходит это только во время электрического разряда. Чтобы электрический разряд произошел (зажглась дуга), нужно увеличить разницу потенциалов или силу тока, или повысить температуру электродов или испарить металл или изменить давление внутри лампы или изменить расстояние между электродами или скомбинировать эти методы. Такая вариативность позволила создать множество видов газоразрядных ламп. Наиболее известными из них являются:

Обычные люминисцентные лампы (ГРЛНД).

Люминисцентные лампы называются так потому, что в них используется люминофор. Стеклянные трубки люминисцентных ламп заполняются инертным газом и небольшим количеством ртути. Таким образом люминисцентные лампы относятся к газоразрядным ртутным лампам низкого давления, отсюда и аббревиатура - ГРЛНД. Устроены обычные люминисцентные лампы низкого давления следующим образом:

Рисунок 3. Устройство и подключение обычной люминисцентной лампы с электромагнитным балластом.

1 - Вольфрамовая нить (спираль) электрода. Назначение электродов испускать электроны при нагреве. Чтобы электронов было больше, вольфрамовая спираль обрабатывается карбонатами или пероксидами (перекисями) щелочноземельных металлов.

2 - Стеклянная колба. Наполняется инертным газом, как правило аргоном под давлением 100-400 Па (0.001-0.004 атмосферы) и небольшим количеством ртути.

3 - Слой порошкообразного люминофора, как правило галофосфата кальция, активированного магнием и сурьмой. Люминофор наносится на внутреннюю поверхность стеклянной трубки и преобразует ультрафиолетовый спектр электрического разряда в видимый спектр излучения. Изменяя пропорции активаторов, получают различные оттенки при свечении ламп. Таким образом делают лампы белого света (ЛБ), холодно-белого цвета (ЛХБ), еще называемые медицинскими, лампы дневного света (ЛДЦ). И это далеко еще не все возможные названия, маркировки и оттенки ламп. Больше подробностей можно узнать здесь. Для получения цветных люминисцентных ламп используются специальные люминофоры или стеклянная колба окрашивается в соответствующий цвет.

4 - Диэлектрический цоколь.

5 - Электрические контакты. На рисунке обозначены красным и синим цветом условно (для наглядности). Обычно эти цвета используются для обозначения типа проводов, синий - для нулевого провода, красный для фазного провода, однако при подключении проводов к патронам люминисцентной лампы, соблюдать показанную на рисунке полярность не нужно, тем более, что это не так-то просто сделать, учитывая симметрию лампы. А вот дроссель и стартер подключать нужно правильно, но в большинстве случаев внутренняя электроразводка осветительного прибора уже выполнена. Так что единственное, что требуется от пользователя - это аккуратно вставить лампу в патрон.

6 - Дроссель (электромагнитный балласт, пускорегулирующий автомат (ПРА), балластное сопротивление индуктивности).

7 - Стартер (автоматический пусковой выключатель)

8 - Комнатный выключатель.

Принцип действия люминисцентной лампы с электромагнитным балластом следующий:

1. Разогрев лампы

Когда мы включаем выключатель (8) электрическая цепь замыкается, ток проходит через дроссель, стартер и электроды. Стартер как правило представляет собой небольшую газоразрядную лампу и конденсатор (на рисунке 3 устройство стартера не показано). При замыкании электрической цепи выключателем ток между электродами лампы проходить не может из-за достаточно большого сопротивления газа, а вот между электродами стартера возникает тлеющий разряд, при этом электроды стартера (неоновой лампы) нагреваются. Один или оба электрода стартера изготавливаются из биметаллических пластин, меняющих свою форму при изменении температуры. При нагреве до определенной температуры электроды замыкаются и начинают остывать, так как ток уже течет через замкнутые электроды стартера. Все это время вольфрамовые нити (1) электродов люминисцентной лампы при прохождении электрического тока нагреваются и начинают испускать электроны. Инертный газ внутри стеклянной колбы также нагревается и ртуть, содержащаяся в лампе, испаряется.

2. Срабатывание стартера

Когда биметаллическая пластина-электрод стартера остывает и возвращается в исходное положение, электрическая цепь между электродами стартера размыкается и тут включается дроссель.

3. Создание дуги

Для создания электрической дуги обычного напряжения в 220 Вольт не достаточно. Чтобы дуга зажглась, необходимо создать разницу потенциалов в несколько тысяч вольт. Для этого используется дроссель (6) - проволочная катушка, намотанная на сердечник. При включении выключателя электрический ток проходит через дроссель, при этом вокруг дросселя генерируется магнитное поле. Когда стартер (7) размыкает цепь, в катушке наводится мгновенное высокое напряжение. При этом всплеске напряжения возникает электрическая дуга между электродами и лампа начинает светиться. Конденсатор, подключенный параллельно лампе стартера, продляет время всплеска, и предотвращает возникновение дуги между электродами стартера. После зажигания дуги сопротивление лампы быстро падает и соответственно сила тока, проходящего через лампу начинает быстро возрастать. Чтобы лампа не перегорела, опять же используется дроссель. Обладая определенным сопротивлением, дроссель регулирует силу тока, проходящего через лампу и в данном случае выступает в роли балласта. Если дуга не зажглась, а это может происходить по разным причинам, то между электродами стартера опять возникает тлеющий разряд и процесс включения повторяется. После того, как зажглась дуга, необходимости в подогреве электродов нет, они могут спокойно остывать. Пока цепь будет замкнутой посредством дуги, лампа будет работать. Таким образом стартер, размыкая электрическую цепь нагрева электродов, значительно увеличивает ресурс работы люминисцентных ламп.

4. Основной режим работы - свечение

После возникновения дуги электрический ток течет уже между электродами и лампа начинает работать в основном режиме. Электроны, перелетая от одного электрода к другому на высокой скорости сталкиваются с атомами ртути и выбивают электроны этих атомов на более высокую орбиту (или следующую энергетическую ступень). Когда электроны атомов ртути возвращаются на прежнюю орбиту, выделяется энергия в виде ультрафиолетового излучения. Ультрафиолетовое излучение, проходя через люминофор, возбуждает свечение люминофора в видимом спектре.

Преимущества электромагнитного балласта:

  • Простота конструкции и как следствие
  • Низкая стоимость и 
  • Относительно высокая надежность. Чем реже лампа будет включаться-выключаться, тем дольше она прослужит, как ни странно это звучит. Люминисцентные лампы подключенные с использованием электромагнитного балласта могут гореть многие годы. Срок службы люминисцентных ламп с использованием электромагнитного балласта 6000-12000 часов.

Недостатки:

  • Долгое включение - 1-5 сек в зависимости от напряжения в сети, температуры окружающей среды и степени износа лампы.
  • Низкочастотное гудение дросселя (около 100 Гц). Чем старее дроссель, тем гудение громче.
  • Возможное мерцание лампы.
  • Большие размеры и вес дросселя, что непосредственно влияет на размеры светильника
  • Уменьшение яркости при снижении температуры окружающей среды из-за уменьшения давления газа в стеклянной колбе (актуально для наружных осветительных приборов). При отрицательной температуре люминисцентную лампу с электромагнитным балластом вообще не включишь.

Частично устранить эти недостатки помогает электронный балласт (электронный пускорегулирующий аппарат (ЭПРА)). Электронный балласт заменяет не только дроссель, но и стартер. Моделей электронных балластов много, одни включают лампу с заметной временной задержкой, как при использовании электромагнитного балласта, другие позволяют плавно изменять яркость люминисцентной лампы, третьи делают это практически мгновенно, в этом случае электроды вообще не нагреваются и дуга зажигается между холодными электродами. Подробное рассмотрение моделей ЭПРА не является темой данной статьи.

Люминисцентные лампы могут быть изготовлены в виде трубки (линейные лампы), в виде окружности, буквы W или U. Для подключения таких ламп используются специальные патроны. В последнее время все большее распространение получают компактные люминисцентные лампы с встроенным электронным пускорегулирующим аппаратом, больше известные как эконом-лампы или энергосберегающие лампы. Такие лампы вкручиваются в обычный резьбовой патрон и потому замена ламп накаливания на люминисцентные лампы идет ускоренными темпами. За работой "экономных" ламп я наблюдаю с середины 90-х годов и должен сказать, что в наших условиях такие лампы не всегда работают так долго, как заявляют производители. Если напряжение в сети часто колебается, то лампы приходится менять каждые полгода-год и это уже далеко не экономный режим.

Общий недостаток всех люминисцентных ламп - это наличие в лампах паров ртути, поэтому утилизация люминисцентных ламп - очень важная задача. Выбрасывать люминисцентные лампы в обычный мусорник для бытовых отходов ни в коем случае нельзя. К сожалению это правило и раньше не сильно-то соблюдалось, а сейчас и подавно. Если Вы нечаянно разбили люминисцентную лампу, то сразу обязательно проветрите помещение - пусть пары ртути выйдут. И хотя содержание ртути в люминисцентной лампе в сотни раз меньше, чем в обычном градуснике, все равно рисковать не надо.

Ртутные лампы высокого давления (РЛВД).

Ртутные лампы высокого давления используются в основном для наружного освещения, по причинам, изложенным ниже. Вариантов ртутных ламп также не мало, раньше выпускались двухэлектродные лампы, затем четырехэлектродные, сейчас все больше трехэлектродные. Рассмотрим принцип действия ртутной лампы высокого давления на примере четырехэлектродной лампы:

Рисунок 4. Устройство ртутной лампы высокого давления.

1 - Разрядная колба (горелка), наполненная инертным газом, как правило аргоном и небольшим количеством ртути. Давление газа может достигать 100 КПа (1 атмосфера). Горелки изготавливаются из кварца или керамики. 

2 - Основной электрод (катод).

3 - Зажигающий электрод (анод).

4 - Сопротивление для ограничения силы тока, проходящего через лампу.

5 - Стеклянная колба. На поверхность колбы с внутренней стороны может наноситься люминофор.

6 - Цоколь с резьбой Эдисона.

При включении лампы в электрическую сеть между основными и зажигающими электродами, расположенными на близком расстоянии возникает тлеющий разряд. При этом электроды нагреваются, ртуть начинает испаряться. Так как расстояние между основными электродами намного больше, то сразу зажигания дуги между основными электродами, расположенными в противоположных концах разрядной колбы, не происходит. При разогреве электродов количество излучаемых электронов и положительных ионов увеличивается до тех пор, пока не происходит пробой изоляции инертного газа. При этом возникает тлеющий разряд между основными электродами который очень быстро переходит в дуговой разряд. Для ограничения силы тока, проходящего через лампу используются сопротивления (4), в двухэлектродных лампах используется дополнительно электромагнитный балласт. Разогрев ртутных ламп происходит достаточно долго - в течение 10 — 15 минут после включения. И чем холоднее на улице, тем время включения будет дольше. Лучше всего ртутные лампы работают в горизонтальном положении.

Дуга в разрядной колбе генерирует мощное ультрафиолетовое излучение, а также видимое излучение фиолетового или голубого цвета. Если на внутреннюю поверхность стеклянной колбы нанесен люминофор, то ультрафиолетовое излучение преобразуется в видимый спектр. Ртутные лампы без люминофора часто используются в лечебных целях, так как ультрафиолетовое излучение убивает микробов и часто их называют просто кварцевыми или ртутно-кварцевыми.

Неоновые лампы.

Неоновые лампы используются в основном для рекламы, иногда в качестве дополнительного освещения, поэтому сильно углубляться в устройство неоновых ламп не будем. Неоновые лампы наполняются неоном, откуда и получили свое название. Чистый неон светится оранжевым цветом, добавки к неону других газов позволяют получить зеленые, красные, синие и белые оттенки. В стеклянные трубки неоновых ламп вставляются электроды, чем больше длина неоновой лампы, тем большим будет напряжение, при котором между электродами возникнет разряд, поэтому для неоновых ламп часто требуются повышающие трансформаторы. Для изготовления неоновых ламп практически любой формы никакого особенно дорогостоящего оборудования не требуется, поэтому даже в относительно небольших городах есть фирмы, занимающиеся изготовлением неоновых ламп и, в частости неоновой рекламы, самостоятельно, поэтому говорить о сроке службы неоновых ламп не приходится, он может быть разный.

Натриевые лампы.

Натриевые лампы являются самыми эффективными источниками света. Если для так называемых экономных или энергосберегающих ламп световая отдача составляет 80-120 Люмен на Ватт потребленной электроэнергии, то для натриевых ламп этот показатель составляет 140-160 Лм/Вт. Натриевые лампы бывают низкого давления (НЛНД) и высокого давления (НЛВЛ). В натриевых лампах низкого давления электрический разряд происходит в парах натрия, в горелки ламп высокого давления добавляют ртуть и ксенон. Как и ртутные лампы высокого давления, натриевые лампы используются в основном для наружного освещения, и не только из-за длительности выхода на полную световую мощность (10-15 минут), а и из-за смещения цветового спектра в сторону желтого цвета. Срок службы натриевых ламп может достигать 25000 часов.

Металлогалогенные лампы (МГЛ).

Металлогалогенные лампы высокого давления отличаются от ртутных газоразрядных ламп тем, что в разрядную колбу помимо инертного газа и ртути добавляются галогениды некоторых металлов, что позволяет корректировать спектр излучения. Световая отдача достигает 140-150 Лм/Вт. Время выхода на полную световую мощность 3-10 минут в зависимости от мощности лампы. Все остальные отличия в маркировке. Возможность создания различных цветовых оттенков позволяет применять металлогалогенные лампы как для внутреннего освещения, так и для наружного.

Начиная с 90 годов прошлого века большое распространение получили ртутно-ксеноновые лампы, больше известные автомобилистам как ксеноновые лампы. Тем не менее эти газоразрядные лампы скорее нужно отнести к металлогалогенным лампам, а не рассматривать их как отдельный вид. Ксеноновые лампы с короткой дугой используются в основном в разного рода проекторах.

Светодиодные лампы.

На сегодняшний день светодиодные лампы являются самыми перспективными в плане экономии электроэнергии из-за максимально высокого КПД. Световая отдача светодиодных ламп достигает 100-200 Лм/Вт, в зависимости от мощности светодиодов и работы по увеличению светоотдачи ведутся постоянно. Светодиоды являются одним из видов полупроводниковых диодов, работающих по принципу использования p-n перехода.

Рисунок 5. Устройство светодиода лампового типа.

1 - Кристалл полупроводника, в котором осуществляется p-n переход.

2 - Пластмассовая колба, защищающая кристалл и одновременно служащая линзой. От формы линзы зависит угол рассеивания излучаемого света

3 - Соединительный провод.

4 - Встроенный отражатель (рефлектор). Лампы, в которых используются светодиоды, могут оборудоваться дополнительными отражателями

5 - Анод.

6 - Катод.

При прохождении электрического тока через p-n переход выделяется энергия. Параметры p-n перехода подбираются так, чтобы максимизировать выделение энергии в виде фотонов видимого спектра и минимизировать выделение тепла. Подбор соответствующего материала p-n перехода позволяет широко варьировать возможную цветовую гамму. Светодиоды являются твердотельными, не требующими газовых или вакуумных колб, и потому малогабаритными источниками света, работающими при малых напряжениях, начиная от 1-2 Вольт. Мощность светодиодов может составлять от 0.1 до 100 Вт. Обычно в светодиодных лампах, заменяющих обычные лампы, используется несколько штук или несколько десятков светодиодов по той причине, что сверхмощные светодиоды, способные в одиночку заменить обычную лампу, стоят слишком дорого. На сегодняшний день в светодиодных лампах наиболее широко используются светодиоды мощностью 0.2-0.3 Вт лампового типа диаметром 3, 5 или 10 мм по внешнему виду действительно напоминающие маленькую лампочку (рис. 5), чип-диоды SMD (surface mounted devices) приблизительно такой же мощности размерами приблизительно 4х4х3 мм и мощные светодиоды SMD, дополнительно оборудованные линзами и радиаторами для охлаждения кристалла.

Преимущества светодиодных ламп:

  • Высокая эффективность. В светодиодных лампах в световую энергию преобразуется до 50-80% электрической энергии, поэтому свет от светодиодных ламп максимально холодный в прямом смысле этого слова.
  • Большое разнообразие.
  • Высокая надежность - заявляемый производителями срок службы светодиодных ламп 50000-100000 часов.
  • Безопасность для здоровья - в спектре излучения светодиодных ламп нет инфракрасного и ультрафиолетового излучения. Кроме того в составе ламп нет потенциально опасных для здоровья материалов - никакой ртути, галогенов и др.

На сегодняшний день светодиодные лампы выпускаются в виде отдельных светодиодов для самостоятельного подключения, в виде классических ламп под патроны с резьбой Эдисона, в виде линейных люминисцентных ламп, в виде галогенных ламп для врезных светильников и в виде разнообразнейших осветительных шнуров, т.е. во всех возможных видах.

Недостатки:

  • Высокая цена. Конечно же цены на светодиодные лампы зависят и от мощности и от производителя. Чтобы немного сориентироваться в цене, можно рассматривать следующий показатель - если мощность лампы умножить на 2 то это и будет приблизительная цена лампы в долларах. Например, лампа мощностью 1 Ватт будет стоить около 2$, лампа мощностью в 5 Ватт - около 10$, а лампа мощностью 50 Вт - около 100$. Однакопри этом нельзя забывать, что эффективность светодиодных ламп намного больше, чем обычных ламп накаливания.
  • Потускнение. При перегреве полупроводникового кристала диод потускнеет намного раньше, чем предполагалось, поэтому качественное теплоотведение в светодиодных лампах, особенно большой мощности - очень важная задача.

Примечание: За 5 лет, с тех пор как была написана эта статья, цены на светодиодные лампы значительно упали, вплоть до 0.2$ за Ватт и скорее всего это еще не предел. Сейчас они уверено вытесняют с рынка люминисцентные энергосберегающие лампы.

Возможно, какие-то виды ламп я не упомянул, но на первый раз, думаю, хватит.

doctorlom.com

Устройство лампы накаливания, как она работает, из чего состоит

Нагретое электрическим током тело может, оказывается, не только излучать тепло, но и светиться. Первые источники света функционировали именно на этом принципе. Рассмотрим, как работает лампа накаливания – самый массовый осветительный прибор в мире. И, хотя его со временем предстоит полностью заместить на компактные люминесцентные (энергосберегающие) и светодиодные источники света, без этой технологии человечеству еще долго не обойтись.

Конструкция лампы накаливания

Основным элементом лампочки является спираль из тугоплавкого материала – вольфрама. Для увеличения ее длины и, соответственно, сопротивления, она скручена в тонкую спираль. Это не видно невооруженным глазом.

Спираль укреплена на поддерживающих элементах, крайние из которых служат для присоединения ее концов к электрической цепи. Они изготовлены из молибдена, температура плавления которого выше температуры разогретой спирали. Один из молибденовых электродов соединяется с резьбовой частью цоколя, а другой – с его центральным выводом.

Молибденовые держатели удерживают вольфрамовую спираль

Из колбы, сделанной из стекла, выкачан воздух. Иногда внутрь вместо воздуха закачивают инертный газ, например, аргон или его смесь с азотом. Это необходимо для снижения теплопроводности внутреннего объема, в результате чего стекло менее подвержено нагреву. Дополнительно эта мера препятствует окислению нити накала. При изготовлении лампы воздух выкачивается через часть колбы, скрытую затем цоколем.

Принцип работы лампы накаливания основан на разогреве электрическим током ее нити до температуры, при которой она начинает излучать свет в окружающее пространство.

Лампы накаливания можно изготовить на мощность от 15 до 750 Вт. В зависимости от мощности применяются разные типы резьбовых цоколей: Е10, Е14, Е27 или Е40. Для декоративных, сигнальных и ламп подсветки используются цоколи ВА7S, ВА9S, ВА15S. Такие изделия при установке втыкаются внутрь патрона и поворачиваются на 90 градусов.

Помимо обычной, грушеобразной формы, выпускаются и декоративные лампы, у которых колба выполняется в форме свечи, капли, цилиндра, шара.

Лампа с колбой, не имеющей покрытия, светится желтоватым светом, по составу наиболее напоминающим солнечный. Но при нанесении на внутреннюю поверхность стекла специальных покрытий она может стать матовой, красной, желтой, синей или зеленой.

Интерес представляет устройство зеркальной лампы накаливания. На часть ее колбы нанесен отражающий слой. В результате, за счет отражения от него, световой поток перераспределяется в одном направлении.

Достоинства ламп накаливания

Самым важным плюсом в пользу применения лампочек накаливания является простота их изготовления и, соответственно, цена. Проще осветительного прибора придумать невозможно.

Лампы изготавливают на широкий диапазон мощностей и габаритных размеров. Все остальные современные источники света содержат устройства, преобразующие напряжение питания в необходимую для их работы величину. Хотя их и ухитряются впихнуть в стандартные габаритные размеры лампочки, но при этом усложняется конструкция, увеличивается количество деталей в составе устройства. А это не всегда улучшает показатели стоимости и надежности. Схема же включения лампы накаливания не требует никаких дополнительных элементов.

Светодиодные лампы вытеснили обычные из портативных устройств: переносных источников света, питающихся от батареек и аккумуляторов. При той же светоотдаче они потребляют меньший ток, а габаритные размеры светодиода еще меньше, чем лампочек, использующихся ранее в фонариках. Да и в составе елочных гирлянд они работают успешнее.

Стоит отметить еще одно достоинство, присущее лампочкам накаливания – их спектр свечения наиболее близок к солнечному, чем у всех остальных искусственных источников света. А это – большой плюс для зрения, ведь оно адаптировано именно к солнцу, а не монохромным светодиодам.

Из-за тепловой инерции разогретой нити накала свет от нее практически не пульсирует. Чего нельзя сказать об излучении от остальных устройств, особенно люминесцентных, использующих в качестве пускорегулирующего устройства обычный дроссель, а не полупроводниковую схему. Да и электроника, особенно дешевая, не всегда подавляет пульсации от сети должным образом. От этого тоже страдает зрение.

Но не только здоровью может повредить пульсирующий характер работы полупроводниковых устройств, использующихся в современных лампочках. Массовое их применение приводит к резкому изменению формы потребляемого от сети тока, что сказывается в итоге и на форме напряжения. Она настолько изменяется по отношению к изначальной (синусоидальной), что это сказывается на качестве работы других электроприборов в сети.

Недостатки ламп накаливания

Существенный недостаток лампочек накаливания, сокращающий их срок службы – зависимость его от величины питающего напряжения. При повышении напряжения износ нити накала происходит быстрее. Выпускают лампы на разные величины этого параметра (вплоть до 240 В), но при номинальном значении они светят хуже.

Понижение напряжения приводит к резкому изменению интенсивности свечения. А еще хуже воздействуют на осветительный прибор его колебания, при резких скачках лампа может и перегореть.

Но самое худшее – то, что нить накала рассчитана на длительную работу в нагретом состоянии. При нагревании ее удельное сопротивление увеличивается. Поэтому в момент включения, когда нить холодная, ее сопротивление намного меньше того, при котором происходит свечение. Это приводит к неизбежному скачку тока в момент зажигания, приводящему к испарению вольфрама. Чем больше количество включений – тем меньше проживет лампа.

Исправить ситуацию помогают устройства для плавного запуска или диммеры, позволяющие регулировать яркость свечения в широких пределах.

Самым главным недостатком лампочек накаливания считается их низкий коэффициент полезного действия. Подавляющая часть электроэнергии (до 96 %) расходуется на бесполезный нагрев окружающего воздуха и излучение в инфракрасном спектре. С этим поделать ничего нельзя – таков принцип действия лампы накаливания.

Ну и еще: стекло колбы легко разбить. Но в отличие от компактных люминесцентных, содержащих внутри небольшое количество паров ртути, разбитая лампа накаливания кроме возможного пореза ничем владельцу не угрожает.

Галогенные лампы

Причиной перегорания лампы накаливания является постепенное испарение фольфрама, из которого сделана нить. Она становится тоньше, а затем очередной скачок тока при включении расплавляет ее в самом тонком месте.

Этот недостаток призваны устранить галогенные лампы, заполняемые парами брома или йода. При горении испаряющийся вольфрам вступает в соединение с галогеном. Получившееся вещество не способно осаждаться на стенках колбы или других, относительно холодных, внутренних поверхностях.

Вблизи же нити накала вольфрам под действием температуры извлекается из соединения и возвращается на место.

Применением галогенов решается еще одна задача: температуру спирали можно поднять, увеличивая световую отдачу и уменьшить размеры осветительного прибора. Поэтому при той же мощности габариты галогенных ламп оказываются меньше.

 

 

Загрузка...

1383

Понравилась статья? Поделитесь:

Советуем к прочтению

voltland.ru

устройство, принцип работы, виды и технические характеристики

Лампа накаливания – первый электрический осветительный прибор, играющий важную роль в жизнедеятельности человека. Именно она позволяет людям заниматься своими делами независимо от времени суток.

По сравнению с остальными источниками света такое устройство характеризуется простотой конструкции. Световой поток излучается вольфрамовой нитью, расположенной внутри стеклянной колбы, полость которой заполнена глубоким вакуумом. В дальнейшем для увеличения долговечности вместо вакуума в колбу стали закачивать специальные газы — так появились галогеновые лампы. Вольфрам — термостойкий материал с большой температурой плавления. Это очень важно, поскольку для того, чтобы человек увидел свечение, нить должна сильно нагреться за счет проходящего через нее тока.

История создания

Интересно, что в первых лампах использовался не вольфрам, а ряд других материалов, включая бумагу, графит и бамбук. Поэтому, несмотря на то, что все лавры за изобретение и усовершенствование лампы накаливания принадлежат Эдисону и Лодыгину, приписывать все заслуги только им — неправильно.

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

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

В наше время популярность подобных ламп падает в геометрической прогрессии. В 2003 году в России была увеличена амплитуда питающего напряжения на 5 %, к сегодняшнему дню этот параметр составляет уже 10 %. Это привело к сокращению срока эксплуатации лампы накаливания в 4 раза. С другой стороны, если вернуть напряжение на эквивалентное значение вниз, то существенно сократится отдача светового потока — до 40 %.

Вспомните учебный курс — еще в школе преподаватель физики ставил опыты, демонстрируя, как увеличивается свечение лампы при повышении силы тока, подающегося на вольфрамовую нить. Чем выше сила тока, тем сильнее выброс излучения и больше тепла.

Принцип действия

Принцип работы лампы построен на сильном нагреве нити накаливания за счет проходящего через нее электрического тока. Для того чтобы твердотельный материал начал излучать красное свечение, его температура должна достигнуть 570 град. Цельсия. Излучение будет приятным для глаз человека только при увеличении этого параметра в 3–4 раза.

Подобной тугоплавкостью характеризуются немногие материалы. За счет доступной ценовой политики выбор был сделан в пользу вольфрама, температура плавления которого составляет 3400 град. Цельсия. Чтобы повысить площадь светового излучения, вольфрамовая нить скручивается в спираль. В процессе эксплуатации она может нагреваться до 2800 град. Цельсия. Цветовая температура такого излучения равна 2000–3000 К, что дает желтоватый спектр — несопоставимый с дневным, но в то же время не оказывающий негативного воздействия на зрительные органы.

Попадая в воздушную среду, вольфрам быстро окисляется и разрушается. Как уже говорилось выше, вместо вакуума стеклянная колба может заполняться газами. Речь идет об инертных азоте, аргоне или криптоне. Это позволило не только повысить долговечность, но и увеличить силу свечения. На срок эксплуатации влияет то, что давление газа препятствует испарению вольфрамовой нити из-за высокой температуры свечения.

Строение

Обычная лампа состоит из следующих конструктивных элементов:

  • колба;
  • вакуум или инертный газ, закачиваемый внутрь нее;
  • нить накала;
  • электроды — выводы тока;
  • крючки, необходимые для удерживания нити накала;
  • ножка;
  • предохранитель;
  • цоколь, состоящий из корпуса, изолятора и контакта на донышке.

Помимо стандартных исполнений из проводника, стеклянного сосуда и выводов, существуют лампы специального назначения. В них вместо цоколя используются другие держатели или добавляется дополнительная колба.

Предохранитель обычно изготавливается из сплава феррита и никеля и помещается в разрыв на одном из выводов тока. Зачастую он расположен в ножке. Его основное предназначение — защита колбы от разрушения в случае обрыва нити. Связано это с тем, что в случае ее обрыва образуется электрическая дуга, приводящая к плавлению остатков проводника, которые попадают на стеклянную колбу. Из-за высокой температура она может взорваться и вызвать возгорание. Впрочем, долгие годы доказали низкую эффективность предохранителей, поэтому они стали эксплуатироваться реже.

Колба

Стеклянный сосуд используется для защиты нити накаливания от окисления и разрушения. Габаритные размеры колбы подбирают в зависимости от скорости осаждения материала, из которого производится проводник.

Газовая среда

Если раньше вакуумом заполнялись все без исключения лампы накаливания, то сегодня такой подход применяют лишь для маломощных источников света. Более мощные устройства заполняются инертным газом. Молярная масса газа влияет на излучение тепла нитью накаливания.

В колбу галогенных ламп закачиваются галогены. Вещество, которым покрыта нить накала, начинает испаряться и взаимодействовать с расположенными внутри сосуда галогенами. В результате реакции образуются соединения, которые повторно разлагаются и вещество вновь возвращается на поверхность нити. Благодаря этому появилась возможность повысить температуру проводника, увеличив коэффициент полезного действия и срок эксплуатации изделия. Также такой подход позволил сделать колбы более компактными. Недостаток конструкции связан с изначально малым сопротивлением проводника при подаче электрического тока.

Нить накала

По форме нить накаливания может быть разной — выбор в пользу той или иной связан со спецификой лампочки. Зачастую в них применяют нить с круглым сечением, закрученную в спираль, гораздо реже — ленточные проводники.

Современная лампа накаливания работает от нити из вольфрама или осмиево-вольфрамового сплава. Вместо обычных спиралей могут закручиваться биспирали и триспирали, что стало возможным за счет повторного закручивания. Последнее приводит к уменьшению теплового излучения и повышению КПД.

Технические характеристики

Интересно наблюдать за зависимостью световой энергии и мощности лампы. Изменения не линейны — до 75 Вт световая отдача увеличивается, при превышении — снижается.

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

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

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

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

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

Эксплуатационные параметры

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

Виды

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

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

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

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

  1. Общее назначение — в 70-х гг. прошлого столетия они назывались «нормально-осветительными лампами». Самая распространенная и многочисленная категория — изделия, применяемые для общего и декоративного освещения. С 2008 года выпуск таких источников света существенно сократился, что было связано с принятием многочисленных законов.
  2. Декоративное назначение. Колбы таких изделий выполняются в форме изящных фигур. Чаще всего встречаются свечеобразные стеклянные сосуды с диаметром до 35 мм и сферические (45 мм).
  3. Местное назначение. По конструкции идентичны первой категории, но питаются от уменьшенного напряжения — 12/24/36/48 В. Обычно применяются в переносных светильниках и приборах, освещающих верстаки, станки и т. п.
  4. Иллюминационные с окрашенными колбами. Зачастую мощность изделий не превышает 25 Вт, а для окрашивания внутренняя полость покрывается слоем неорганического пигмента. Гораздо реже можно встретить источники света, наружная часть которых окрашивается цветным лаком. В таком случае пигмент очень быстро выцветает и осыпается.

  1. Зеркальные. Колба выполнена в специальной форме, которая покрыта отражающим слоем (к примеру, методом распыления алюминия). Данные изделия используются для перераспределения светового потока и повышения эффективности освещения.
  2. Сигнальные. Их устанавливают в светосигнальные изделия, предназначенные для отображения какой-либо информации. Характеризуются низкой мощностью и рассчитаны на продолжительную эксплуатацию. На сегодняшний день практически бесполезны из-за доступности светодиодов.
  3. Транспортные. Еще одна обширная категория ламп, используемых в транспортных средствах. Характеризуются высокой прочностью, устойчивостью к вибрациям. В них применяют специальные цоколи, гарантирующие прочное крепление и возможность быстрой замены в стесненных условиях. Могут питаться от 6 В.
  4. Прожекторные. Высокомощные источники света до 10 кВт, характеризующиеся высокой световой отдачей. Спираль укладывается компактно, чтобы обеспечить лучшую фокусировку.
  5. Лампы, применяемые в оптических приборах, — к примеру, кинопроекционная или медицинская техника.

Специальные лампы

Также существуют более специфические разновидности ламп накаливания:

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

Двухнитевая лампа бывает нескольких разновидностей:

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

Продолжим рассматривать специальные лампы накаливания:

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

КПД

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

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

Плюсы и минусы

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

Преимущества:

  • низкая стоимость;
  • нет необходимости в применении дополнительных приспособлений;
  • простота использования;
  • комфортная цветовая температура;
  • устойчивость к повышенной влажности.

Недостатки:

  • недолговечность — 700–1000 часов при соблюдении всех правил и рекомендаций по эксплуатации;
  • слабая световая отдача — КПД от 5 до 15 %;
  • хрупкая стеклянная колба;
  • возможность взрыва при перегреве;
  • высокая пожарная опасность;
  • перепады напряжения существенно сокращают срок эксплуатации.

Как увеличить срок службы

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

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

Вот несколько рекомендаций по продлению срока службы ламп накаливания:

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

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

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

Лампа накаливания: устройство, принцип работы, виды и технические характеристики

220.guru

Устройство лампы накаливания | Сайт электрика

Всем привет. Рад вас видеть у себя на сайте. Тема сегодняшней статьи: устройство лампы накаливания. Но для начала хотелось бы сказать пару слов об истории этой лампы.

Самую первую лампочку накаливания придумал английский учёный Деларю ещё в 1840 году. Она была с платиновой спиралью. Немного позже, в 1854 году, немецкий учёный Генрих Гёбель представил лампу с бамбуковой нитью, которая находилась в вакуумной колбе. В то время ещё очень много было представленных различных ламп, различными учёными. Но все они имели очень короткий срок службы, и были не эффективными.

В 1890 году учёный Лодыгин А. Н. впервые представил лампу, у которой нить накаливания была из вольфрама, и имела вид спирали. Так же этот учёный делал попытки откачивания из колбы воздуха, и заполнение её газами. Что значительно увеличивало срок службы ламп.

А вот серийное производство ламп накаливания началось уже в 20 веке. Тогда это был реальный прорыв в технологии. Сейчас же, в наше время, многие предприятия, и просто обычные люди отказываются от этих ламп из-за того, что они много потребляют электроэнергии. А в некоторых странах даже запретили выпускать лампы накаливания, мощностью которых более 60 Ватт.

Устройство лампы накаливания.

Такая лампа состоит из следующих деталей: цоколь, колба, электроды, крючки для держания нити накаливания, нить накаливания, штенгель, изолирующий материал, контактная поверхность.

Для того, чтобы вам было более понятно, я сейчас напишу про каждую деталь отдельно. Так же смотрите рисунок и видео.

Колба – изготавливается из обычного стекла и нужна для защиты нити накаливания от внешней среды. В неё вставляется штенгель с электродами и крючками, которые держат саму нить. В колбе специально создаётся вакуум, или она заполняется специальным газом. Обычно это аргон, так как он не поддается нагреванию.

С той стороны, где находятся вывода электродов, колба заплавляется стеклом и приклеивается к цоколю.

Цоколь нужен для того, чтобы лампочку можно было вкрутить в патрон. Обычно он изготовляется из алюминия.

Нить накаливания – деталь, которая излучает свет. Изготавливается в основном из вольфрама.

А теперь для закрепления своих знаний, предлагаю вам посмотреть очень интересное видео, в котором рассказывается, и показывается, как делаются лампы накаливания.

Принцип действия.

Принцип действия лампы накаливание основывается на нагревании материала. Ведь не зря нить накаливания имеет такое название. Если пропустить через лампочку электрический ток, то вольфрамовая нить накаляется до очень высокой температуры и начинает излучать световой поток.

Не расплавляется нить, потому что вольфрам имеет очень высокую температуру плавления, где-то 3200—3400 градусов Цельсия. А при работе лампы нить накаляется где-то до 2600—3000 градусов Цельсия.

Преимущества и недостатки ламп накаливания.

Основные преимущества:

Не высокая цена.

Небольшие габариты.

Легко переносят перепады напряжения в сети.

При включении мгновенно зажигается.

Для человеческого глаза практически незаметно мерцание при работе от источника переменного тока.

Можно использовать устройство для регулировки яркости.

Можно использовать как при низких, так и при высоких температурах окружающей среды.

Такие лампы можно выпускать практически на любое напряжение.

В своём составе не содержит опасных веществ, и поэтому не нуждается в специальной утилизации.

Для зажигания лампы не нужно никаких устройств запуска.

Может работать на переменном и на постоянном напряжении.

Работает очень тихо и не создаёт радиопомех.

И это далеко не полный список преимуществ.

Недостатки:

Имеет очень маленький срок службы.

Очень маленький КПД. Обычно он не превышает 5 процентов.

Световой поток и срок службы напрямую зависит от напряжения сети.

Корпус лампы при работе очень сильно нагревается. Поэтому такая лампа считается пожароопасной.

При разрыве нити колба может взорваться.

Очень хрупкая, и чувствительная к ударам.

В условиях вибрации очень быстро выходит со строя.

И в заключение статьи хотелось бы написать об одном удивительном факте. В США в одной из пожарных частей города Ливермор, есть лампа мощностью 60 ватт, которая светиться беспрерывно уже более 100 лет. Её зажгли ещё в 1901 году, а в 1972 году её занесли в Книгу рекордов Гинесса.

Секрет её долговечности в том, что она работает в глубоком недокале. Кстати, работу этой лампы беспрерывно фиксирует вебкамера. Так что кому интересно можете поискать прямую трансляцию в интернете.

На этом у меня всё. Если статья была вам полезной, то поделитесь неё со своими друзьями в социальных сетях и подписывайтесь на обновления. Пока.

С уважением Александр!

Читайте также статьи:

fazanet.ru

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *