Устройство и принцип работы лампы накаливания

Лампы накаливания видыЕсли сравнивать с другими источниками света, лампа накаливания является очень простой конструкцией. Генерация светового потока происходит с помощью вольфрамовой нити, которая располагается внутри вакуумной стеклянной колбы. Для увеличения эксплуатационного срока в нее начали добавлять смесь специальных газов. Это стало началом возникновения галогеновых ламп. Первыми осветительными приборами считаются калильные конструкции.

История создания

В устройстве лампы накаливания сначала применяли не вольфрам, а совершенно другие материалы. Среди них была даже бумага и бамбук. Сейчас все лавры принадлежат Эдисону и Лодыгину. Они изобрели и усовершенствовали электрические лампы. Но всё же все заслуги приписывать им будет не совсем правильно.

Учёные прилагали усилия в таких направлениях:

  • Какие лампы существуют сегодняПоиск наиболее подходящего материала, который можно использовать в качестве нити накаливания. Необходимо было найти то, что отлично противостояло бы возгоранию, а также имело большие показатели сопротивления. Раньше строение лампочки предполагало применение волокон бамбука в качестве нити накаливания. Эту нить покрывали очень тонким слоем графита, который выполнял роль токопроводящей среды. Конструкция работала, но изделия быстро перегорали.
  • Дальше изобретатели думали над тем, как выкачать весь воздух из колбы. Это было необходимо, потому что кислород является важнейшим веществом при горении. Поэтому необходимо, чтобы был вакуум (отсутствовал воздух).
  • Далее нужно было придумать разъёмные и контактные элементы цепи. Задача была довольно трудной. На это в значительной мере повлиял слой графита, который имеет очень высокое сопротивление. Исследователям пришлось прибегнуть к применению драгоценных металлов — платины и серебра. Это позволило увеличить проводимость тока, но конечная цена лампочки стала запредельной.
  • Е27 — цоколь Эдисона. Такая резьба применяется и по сегодняшний день. Первые варианты соединения изделия с электрической сетью предполагали применение пайки. Сегодня такой вариант не позволил бы быстро менять лампочки. Также это соединение очень быстро распадалось, когда происходил быстрый и сильный нагрев.

На сегодняшний день популярность таких устройств очень быстро падает. Сейчас в России увеличена амплитуда напряжение на 10%, если сравнивать с началом 2000-х годов. Это привело к тому, что лампы накаливания стали перегорать в 4 раза быстрее. Сейчас постепенно все переходят на светодиоды.

Принцип работы

Лампы накаливания видыПринцип работы лампы накаливания заключается в сильнейшем разогреве вольфрамовой нити. Это происходит благодаря электрическому току, проходящему через неё. Чтобы твёрдое вещество начало издавать красное свечение, его придётся разогреть до 570 градусов по Цельсию. Этот свет будет приятен для человеческого глаза, только если повысить показатель минимум в 3 раза.

Такую термоустойчивость имеют далеко не многие материалы. Из-за доступности вольфрама, его начали применять для изготовления ламп. Плавится он при температуре 3400 градусов по Цельсию. Его начали закручивать в спираль для повышения длины и площади этого изделия. Это помогает в значительной мере увеличить световое излучение.

Обычные лампочки устроены так, что главные части могут разогреваться до 2800 градусов. Работают лампы накаливания с цветовым излучением в 2000−3000 К. Это позволяет получить жёлтый спектр. Его, конечно, нельзя сопоставить с дневным, но этот цвет не оказывает пагубного влияния на зрение.

Детали лампы накаливания

Если вольфрам попадёт в воздушную среду, то он очень быстро окислится, что приведёт к мгновенному разрушению. Именно поэтому использовали вакуумную колбу. Сейчас применяют вместо вакуума, смесь газов. На этапе экспериментов учёные ещё не знали, какой состав лучше применить. Современные изделия наполняются азотом, криптоном или же аргоном. С их помощью удалось увеличить срок эксплуатации лампы, а также повысить силу свечения. Длительность использования становится больше из-за того, что давление газов внутри колбы не даёт испаряться вольфрамовой нити, когда она нагрета.

Строение изделия

Обычные виды ламп накала состоят из стандартных элементов. Их размеры могут отличаться (самыми большими являются промышленные типы), но в целом они абсолютно одинаковые. Основные составные части конструкции:

  • Из чего состоит лампа накаливанияКолба.
  • Цоколь. Он состоит из корпуса, на котором установлен изолятор и контакт.
  • Вакуум или смесь газов.
  • Нить накала.
  • Предохранитель.
  • Ножка.
  • Электроды. Через них подаётся электричество на нить.
  • Крючки. Предназначены для поддержания элемента накаливания.

Кроме стандартных типов конструктивных решений, есть ещё и изделия специального назначения. В них могут применяться держатели, которые заменяют цоколь. Также добавляется дополнительная стеклянная колба.

Чаще всего предохранитель делают из феррита и никеля. Он располагается в разрыве на каком-либо из выводов тока. Обычно его размещают в ножке. Делается это из-за того, что во время обрыва сети возникает электрическая дуга. Она расплавляет проводник, который попадает на стекло. В этом случае лампа может взорваться.

Колба и цоколь

История происхождения лампы накаливанияСтеклянный сосуд необходим, чтобы защитить нить накаливания от воздействия кислорода, что приведёт к её разрушению. Размеры колбы выбираются исходя из скорости оседания вещества, из которого выполнен проводник.

Наиболее распространённым цоколем является модель Томаса Эдисона. Е10 — это самый маленький резьбовой контакт, который сейчас применяется. Например, он может использоваться в ёлочных гирляндах, а также в небольших фонариках.

Цоколь Е14 называют миньоном. Зачастую его используют в небольших осветительных приборах по типу бра. Также эта модель применяется в современных люстрах. Даже светодиодные лампы используют этот тип контакта.

Под этот патрон изготавливается множество видов ламп:

  • грушевидная;
  • каплевидная;
  • зеркальная;
  • шарообразная;
  • свечеобразная.

Цоколь Е27 — это самый распространённый тип контакта. Его применяют для стандартных патронов, которые есть в каждом доме и любом помещении. Светодиодные светильники с таким цоколем очень сильно напоминают обычные.

Газовая среда и нить накала

Из каких деталей состоит лампа накаливанияРаньше все осветительные изделия были вакуумными. Сейчас это решение используют только для маломощных ламп. Более мощные источники света наполняют инертным газом. Он напрямую влияет на количество излучаемого тепла.

В галогеновые изделия закачивают галогены. Вещество, покрывающие всю спираль накала, при нагреве постепенно испаряется. Оно вступает в реакцию с галогенами, расположенными внутри колбы. После этого начинают появляться соединения, которые снова разлагаются, что влечёт за собой возвращение вещества на нить. Это позволяет значительно увеличить температуру спирали, чтобы повысить КПД и длительность эксплуатации. Также газы позволяют сделать стеклянные ёмкости не такими большими.

Нить накала выполняется в разной форме. Предпочтение отдают исходя из специфики лампочки. Чаще всего используют проводник с круглым сечением или спираль. Очень редко применяют ленточные нити.

Современные лампы функционирует благодаря вольфраму или сплаву из осмия и вольфрама. Иногда используют биспирали и триспирали. Это возможно только благодаря повторному закручиванию. Наибольший коэффициент полезного действия наблюдается у последнего типа, потому что триспираль позволяет снизить количество теплового излучения.

Технические характеристики

Составные лампы накаливанияЛампы накаливания имеют разную мощность, от которой зависит световая энергия. Изменения происходят не линейно. До 75 Вт светоотдача повышается, а свыше этого показателя — начинает снижаться. Основным преимуществом ламп с нитью является распределение светового излучения во все стороны в одинаковом количестве.

Такие изделия выдают пульсирующий свет. Определённые значения обычно сильно нагружают глаза. Нормальным показателем коэффициента пульсации является 10% и менее. Лампы не превышают порог в 4%. Наихудший показатель наблюдается у 40 Вт.

Среди всех изделий, которые выделяют световое излучение, лампы накаливания разогреваются больше остальных. Огромная доля электрического тока преобразуется в тепло, поэтому лампа зачастую похожа на обогреватель, а не на прибор освещения. Именно это стало причиной, что в законодательстве появился специальный пункт. Он запрещает использовать лампочки в быту, мощность которых превышает 100 Вт.

Устройство и принцип работы лампы накаливания

Если рассматривать излучаемый спектр, то можно увидеть, что обычные лампы содержат много красного цвета и мало синего при сравнении с естественным освещением. Но результат всё равно считается довольно приемлемым, так как он не становится причиной утомления глаз.

Для правильного использования осветительных приборов нужно знать условия их применения. Предельные температурные показатели составляют -60 и +50 градусов по Цельсию. Максимальная влажность — 98%. Такие устройства могут работать в паре с диммерами. Они необходимы, чтобы изменять светоотдачу путём регулирования интенсивности света. Эти изделия являются довольно дешёвыми. Также их очень просто заменить даже человеку, не имеющему никакой квалификации.

Коэффициент полезного действия

Виды ламп накаливанияВ результате применения электрического тока для работы ламп с нитью накаливания образуется не только тепловая энергия и видимый для человеческих органов зрения свет, но и инфракрасный свет, который не видят глаза. При температуре вольфрамовой нити в 3350 К коэффициент полезного действия лампочки составляет 15%. Если взять обычное изделие в 60 Вт при температуре 2800 К, то такое устройство будет выдавать минимальный КПД — 5%.

Чем сильнее разогрет проводник, тем выше будет коэффициент полезного действия. Но при большом нагреве вольфрамовой нити заметно снижается срок эксплуатации. Например, если температура лампы составляет 2800 К, то она будет работать около 1000 часов, а если 3400 К, то в несколько раз меньше. Можно увеличить напряжение на 20%, чтобы повысить выделение световой энергии в 2 раза. Но это будет не очень рационально, так как срок эксплуатации уменьшится на 95%.

Увеличение срока эксплуатации

Об увеличении срока эксплуатации обычных ламп хотят узнать побольше практически всё, кто ещё не перешёл на более современное светодиодное освещение. Это важно, так как иногда лампочка может перегореть даже при первом включении.

Существует несколько причин, из-за которых может значительно снизиться срок использования этих устройств. Вот основные из них:

  • Частые скачки напряжения в электрической сети. Слишком большая нагрузка уменьшает время эксплуатации.
  • Механические вибрации.
  • Замыкания или разрыв цепи в проводке квартиры.
  • Слишком большая температура окружающей среды.

Нужно придерживаться рекомендаций, чтобы лампочка проработала более длительный срок. Даже выполнение самых общих указаний может значительно продлить срок эксплуатации. Основные советы:

  • Разновидности ламп Выбирать следует только те изделия, которые полностью подходят для рабочего диапазона напряжений электрической сети.
  • Вкручивать и выкручивать лампочку можно только тогда, когда выключатель находится в выключенном состоянии. Это обусловлено тем, что даже самые незначительные вибрации способны вывести источник освещения из строя.
  • Если лампы всё время перегорают только в одном и том же месте, то следует заменить патрон или починить его.
  • Когда эксплуатация происходит в подъезде на лестничной площадке, следует к электрической цепи добавить диод для выпрямления напряжения. Необходимо параллельно подключить две лампы, имеющие одинаковую мощность.
  • К выключателю можно подсоединить устройство, которое будет плавно увеличивать подачу тока на лампу во время включения.

Технологии постоянно развиваются. Сейчас всё большую популярность набирают экономичные люминесцентные и светодиодные лампы. Основными причинами продолжения производства ламп накаливания являются налаженное производство и наличие слаборазвитых стран, если смотреть с технологической точки зрения. Также они имеют очень мягкий и комфортный свет.

Помогла статья? Оцените её
1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд
Загрузка...
Добавить комментарий

Adblock
detector