Принцип действия лампы накаливания

Устройство лампы накаливания, ее принцип действия, основные характеристики и область применения

электрика, сигнализация, видеонаблюдение, контроль доступа (СКУД), инженерно технические системы (ИТС)

Лампа накаливания — это электрический источник освещения, в котором излучение световых волн осуществляет некоторое тело, разогретое до высокой температуры протекающим по нему током.

В качестве излучающего тела обычно используется спираль из тугоплавкого материала, имеющего большое удельное электрическое сопротивление. Таким материалом чаще всего является вольфрам.

Источники света с накальной спиралью имеют самое широкое применение:

• в бытовых светильниках;
• для освещения внутрицеховых и производственных территорий;
• в светильниках наружного освещения;
• в качестве сигнальных ламп различных щитов управления.

Из чего же состоит лампа накаливания?

В её конструкцию входит стеклянная колба, герметично соединённая с цоколем. Спираль находится внутри колбы. Ввиду того, что вольфрам при нагревании до температуры свечения склонен к активному окислению при контакте с кислородом воздуха, внутренность колбы вакуумируется, либо заполняется инертным газом.

Спираль подвешивается на специальных крючках-держателях и электродах, выполненных из тугоплавкого металла. Наружная часть электрода, соединяющегося с резьбой цоколя, сделана из медного провода и играет роль предохранителя. Работает предохранитель следующим образом.

В случае перегорания и разрыва спирали, имеющей высокую температуру, в месте разрыва возникает электрическая дуга. В момент зажигания дуги ток потребляемый лампой, возрастает и спираль расплавляется. Капли расплавленного вольфрама легко могут повредить колбу, а очутившись наружи способны вызвать пожар.

Благодаря наличию предохранителя этого не происходит, так как он перегорает в момент возрастания тока, разрывая цепь питания.

Цоколь лампочки накаливания общего назначения представляет собой цилиндр из металлического сплава с резьбой, служащий для вкручивания в патрон светильника и обеспечивающий электрический контакт с цепями питания. Наибольшее распространение получили цоколи трёх типоразмеров — Е14, Е27 и Е40.

Цифры в обозначениях указывают на наружный диаметр резьбовой части.

Цоколем Е14 оснащаются так называемые лампочки типа «миньон», использующиеся в бытовых декоративных светильниках и люстрах. Е27 — самый распространённый вид цоколя под стандартные патроны бытовых и производственных светильников.

Цоколем Е40 комплектуются лампочки накаливания повышенной мощности, предназначенные для промышленных и уличных осветительных приборов.

Каждый источник света, в зависимости от принципа его действия, обладает определённым спектральным составом светового потока. Для оценки спектральных характеристик световых источников пользуются таким параметром, как цветовая температура.

За основу оценочных градаций принято излучение абсолютно чёрного тела, длина волны которого функционально связана с температурой нагрева тела. Цветовую температуру выражают в кельвинах, при этом её значение численно равно температуре нагрева абсолютно чёрного тела, при которой оно создаёт излучение соответствующей длины волны.

В соответствии с данной системой оценок, цветовая температура лампочек накаливания имеет следующее значение:

• лампочка 40 Вт — 2200 К;
• лампочка 60 Вт — 2680 К;
• лампочка 100 Вт с вакуумной колбой — 2800 К.

Для сравнения можно привести значения цветовых температур таких источников, как стеариновая свеча — 1500–2000 К, солнце в полдень — 5000 К.

Более низкое значение цветовой температуры соответствует тёплым тонам с преобладанием жёлтого оттенка, высокой температурой обладают источники холодного свечения с оттенками голубизны.

Вероятно, в значении цветовой температуры заключена одна из причин того, что «лампочка Ильича» до сих пор не может окончательно покинуть наши жилища и рабочие места.

Дело в том, что альтернативные источники света, появившиеся в последние годы (светодиодные и уже исчезающие газоразрядные приборы) обладают довольно неприятным холодным свечением.

По большому счёту ситуацию пока не спасают различные люминофоры, придающие их свету более тёплые цветовые оттенки.

Вторая причина видимо в цене — светодиодные источники света стоят практически на порядок дороже лампочек накаливания, и что самое обидное — заявленный производителем срок их службы далеко не всегда соответствует реальному.

Этот аргумент может перевесить даже потрясающую экономичность этих источников. Добиться же некоторой экономии, имея лампы накаливания, поможет только регулятор освещения.

Ну и последний фактор носит психологический характер. Переход на источники света, дороже традиционных в десять раз, и которые почти во столько же раз меньше потребляют электроэнергии, можно рассматривать как мини инвестицию.

Ведь затратив единовременно определённые средства на покупку светодиодных источников освещения, и заменив ими лампочки накаливания, мы начинает экономить на электроэнергии.

То есть, вложенные средства постепенно возвращаются к нам, и после полной окупаемости вложенных денег мы начинаем получать чистую прибыль в виде разницы в счетах на электричество. Видимо, не все наши соотечественники способны мыслить категориями бизнесменов.

КПД ЛАМП НАКАЛИВАНИЯ

Один из вариантов оценки эффективности источника света является их световой коэффициент полезного действия. Этот показатель определяет, какая часть подведённой к осветительному прибору электрической энергии преобразуется собственно в световой поток.

Для наглядного сравнения приведём данные по КПД ламп различного вида:

• лампы накаливания — 4%;
• люминесцентные лампы — 10%;
• светодиодная лампа — 40%.

Таким образом, более 95% электроэнергии, потребляемой лампой накаливания, просто греет окружающий воздух.

Другой способ оценки энергоэффективности ламп заключается в сравнении световых потоков, создаваемых единицей затраченной мощности. Практически, это то же самое что и сравнение КПД, только подход осуществлён с другой стороны.

© 2012-2022 г. Все права защищены.

Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов

Лампы накаливания - история создания

Сегодня сложно встретить человека, который бы ничего не знал о лампах накаливания, даже несмотря на прогресс и на изобилие других видов осветительных приборов. «Лампы Ильича» - так в народе прозвали самые обыкновенные и популярные осветительные приборы, которые по сей день пользуются большим спросом у народа. Безусловно, современный рынок светотехники предлагает огромный ассортимент альтернативных ламп, но даже новые устройства не могут в некоторых параметрах превзойти лампы накаливания. 

История

Процесс возникновения и распространения лампочек накаливания был довольно долгим и запутанным, а вклад в изобретение вложил не один ученый-изобретатель. Принятая с течением времени история появления повествует о том, что возникновение «лампочек Ильича» произошло в 1872 году благодаря русскому ученому Александру Николаевичу Лодыгину. Именно он впервые провел ток сквозь стержень из угля, который размещался в вакууме колбы, сделанной из стекла. При этом происходила большая светоотдача из-за возрастания силы тока, превышение температур плавления с последующим угасанием лампочки. На основе данного опыта были определены подходящие для функционирования лампочек режимы, а 1873 году они впервые использовались на санкт-петербургских улицах.

Именно в этот же период времени к разработке лампочек приступил Томас Эдисон, который в дальнейшем получил на них патент. Именно после этого его стали называть «отцом» самых первых электрических ламп. Но нельзя точно утверждать, кто совершил данное открытие первым, поскольку прибор был изобретен одновременно в разных странах. Зато Александру Николаевичу Лодыгину с большой вероятностью принадлежит идея замены угольной нити на вольфрамовую, которая обладает высокой температурой плавления (3410 ⁰С). В этот же период времени Томас Эдисон внес свой вклад, создав резьбовую систему «патрон-цоколь», которая дожила до наших дней практические никак не изменившись. Именно буква E в маркировке современных цоколей говорит о том, что их изобретателем был американский ученый Эдисон (Е - Edison Screw). Самыми популярными типами цоколя в России и Европе являются Е27 и Е14, а в Америке используются другие, поскольку напряжение сетей различается. Спустя 20 лет еще один американский ученый воплотил в жизнь идею замены нити спиралью, благодаря чему уменьшились габариты лампочки, улучшилась работа и увеличилась световая отдача.

Устройство 

Лампа накаливания только на первых порах для непрофессионального человека может показаться простой и незамысловатой, но это не так. Данный осветительный прибор – это совокупность различных научных достижений в области светотехники. На сегодняшний день спираль накаливания может быть не только вольфрамовой. Сейчас материалом изготовления также служит осмий, а также осмиевые соединения. Кроме того, колба сегодня перестает быть вакуумной и заполняется различными инертными газами. Именно данное нововведение помогло избежать сильное атмосферное давление на лампу, значительно увеличив продолжительность ее работы. Ведь ток, проходя через спираль, провоцирует ее сильный нагрев (до 2900 ⁰С) и активное испарение вольфрама, с его последующим оседанием на стекле. Следовательно, колба со временем перестает быть прозрачной, уменьшается ее светоотдача, понижается срок службы нити.

Лампы накаливания отличаются слишком ярким светом желтого цвета, что вызывает дискомфорт. Именно поэтому производители выпускают не только с прозрачные лампочки, но и матовые. Такое стекло рассеивает свет, делая его мягким при небольшой потере интенсивности.

Правильный выбор лампочек накаливания

Несмотря на большую популярность данной лампочки, правильный ее выбор пока еще могут сделать не все. Нередко бывает, что после покупки прибор отработал пару суток и перегорел. Но бывает и такое, что лампочка может светить в течение нескольких лет. Все это зависит от того, насколько правильно вы выбираете осветительный прибор. При покупке необходимо обращать внимание на следующие аспекты: 

• стекло не должно иметь никаких микровключений, поскольку именно их отсутствие обеспечивает надежность колбы. Качество материала легко проверяется несильными постукиваниями пальцем по колбе. Издаваемый звук должен отличаться приглушенностью;
  
• металлический цоколь должен быть без любых повреждений. Нижний контакт может быть как широким (до 7 мм), так и узким (около 5 мм). Первый вариант наиболее приемлемый, поскольку обеспечивается наиболее плотный контакт. Но современные лампочки чаще всего производятся с наличием узкого контакта;
  
• в зонах приклеивания не должны образовываться отверстия;
  
• соединение внешнего токопровода и цоколя должно осуществлять обыкновенной пайкой. Также возможно применение точеной сварки;
  
• в пайке главное – маленькие размеры и аккуратность, а также надежность крепления;
  
• исключено провисание спирали (наличие провисания означает неоднократное использование лампы).

Кроме вышеперечисленных аспектов, необходимо уделить большое внимание обжиму спирали в области ее крепления к электродам. Если обжим был недостаточным, то срок службы прибора резко снижается. 

Обязательно следуйте вышеперечисленным рекомендациям при выборе лампы накаливания. Это поможет приобрести качественный прибор, который прослужит Вам долгое время.

Торговая сеть "Планета Электрика" рада предложить лампы накаливания, а также их прямую замену - светодиодные лампы. Торговые залы представлены во всех крупных городах Сибирского Федерального округа, например в Новосибирске, Барнауле, Омске. Список не весь - полный на этой странице.

Что такое лампа накаливания и как она работает?

Вспомните, когда вы в последний раз покупали в магазине микроволновую печь или какой-либо другой прибор, например холодильник или сушилку. Продавец, вероятно, перечислил кучу характеристик продукта. Они, вероятно, продемонстрировали, на что он способен, рассказали о ценах и обновлениях и опирались на свои обычные темы для разговора.

Наш технологически продвинутый день и век наполнили нашу жизнь кучей оборудования с функциональностью, которую большинство из нас, вероятно, не смогли бы объяснить в каких-либо деталях. Конечно, мы можем просмотреть приложения для нашего iPhone и показать нашим бабушкам, как работают Instagram и FaceTime, но сможем ли мы когда-нибудь объяснить технологическую структуру 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, вы просто любите интересные факты и мелочи.

Мы в Regency считаем очень важным, чтобы все наши сервисные команды понимали основы освещения. Мы начинаем обучение нашей сервисной группы 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 получения искусственного света.

Что такое лампа накаливания?

По сути, лампа накаливания представляет собой управляемый огонь на дисплее. Когда электрический ток входит в контакт с основанием лампы, электричество входит и нагревает вольфрамовую нить, расположенную внутри. И когда нить нагревается, создается «накал», то есть свет, производимый теплом. (Вы увидите тот же эффект в горящем полене или угле.) 

Свет лампы накаливания — это всего лишь эффект, возникающий в изолированной контролируемой среде. По мере того как нить продолжает гореть, частицы отлетают от нити. И когда больше нет частиц для горения, лампочка перегорает, что обычно происходит через 800-1200 часов жизни лампы накаливания.

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

Лампы накаливания производят 90 процентов тепла и 10 процентов света. Если вы когда-либо прикасались к зажженной лампе 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 энергии, существует ли для них рынок?

Вот три области применения, в которых могут хорошо работать лампы накаливания:

Жилые помещения

Лампы накаливания являются «самым чистым» источником искусственного света. Это практически огонь, выставленный напоказ в лампочке — никаких химических сжиганий или ртути не требуется, а это означает, что качество света превосходно.

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

Специальное декоративное освещение

Возможно, у вас есть старинная люстра, украденная из самой съемочной площадки фильма «Призрак оперы». Спиральная пружина CFL или даже несколько светодиодов полностью убьют атмосферу и стиль такого светильника. С другой стороны, лампочки накаливания с изогнутым наконечником идеально подходят 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 помещениях.

Плюсы и минусы ламп накаливания

Если вы планируете использовать лампы накаливания, вот некоторые плюсы и минусы, которые следует учитывать.

Лампы накаливания для профессионалов

• Качество света

  Эти лампы максимально приближены к золотому стандарту (солнцу).

• Доступность

  Хотите остаться в рамках вашего ежемесячного бюджета на лампочку? Включите в розетки несколько ламп накаливания и пусть кто-то другой позаботится о счетах за коммунальные услуги.

• Эстетика

  Даже сама индустрия освещения не может отрицать, что эстетику лампы накаливания сложно превзойти. Черт возьми, производители светодиодов потратили годы, просто пытаясь понять, как сделать светодиодную лампу, напоминающую классическую лампу накаливания.

• Диммируемость

  Лампы накаливания также являются золотым стандартом диммирования. Они не мерцают и не излучают хуже света в сочетании с диммером, как некоторые продукты, использующие другие технологии освещения. Светодиодная промышленность работает сверхурочно только для того, чтобы сделать что-то, что может тускнеть, как лампа накаливания.

Минусы ламп накаливания

• Короткий срок службы

  Если ваш счет за обслуживание освещения слишком велик, лампы накаливания не помогут. Вы будете заменять их каждые 3-5 месяцев, при условии, что они будут работать по 8-10 часов в день.

• Потребление энергии

  Как я уже говорил ранее, 90 процентов энергии, используемой для производства ламп накаливания, на самом деле преобразуется в тепло. И если вы не хотите, чтобы ваши розетки использовались в качестве обогревателей, вам придется увеличить счет за переменный ток, чтобы компенсировать коллективное тепло, излучаемое вашими лампочками 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 ламп накаливания

Теперь, когда вы понимаете, как работают лампы накаливания, вы, возможно, захотите 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 культовая историческая личность. Большинство из нас, вероятно, узнали его имя в начальной школе, но очень немногие из нас на самом деле понимают, как работает изобретение Эдисона — лампочка накаливания. Надеюсь, наше краткое объяснение выше помогло вам в этом.

К счастью, из всех технологий освещения лампы накаливания определенно самые простые. (Я не хочу преуменьшать наследие Эдисона. Я просто имею в виду, что лампы накаливания — самая простая для понимания технология освещения.)

Впервые лампочка Эдисона была запатентована в 1879 году, но еще в 1802 году Хамфри Дэви широко известен как первый, кто продемонстрировал возможность электрического света. Углеродная дуговая лампа также появилась в Англии в 1830-х годах. Однако у лампочек начала девятнадцатого века были проблемы с неэффективностью — короткий срок службы и плохое использование энергии. Эти лампы были прототипами. Таким образом, в годы, предшествовавшие патентной заявке Эдисона, ученые всего мира были сосредоточены на улучшении лампы и, в частности, нити накала лампы.

Министерство энергетики хорошо поработало, рассказав 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 испытании углерода, затем платина, прежде чем, наконец, вернуться к углеродной нити. К октябрю 1879 года группа Эдисона изготовила лампочку с карбонизированной нитью из непокрытой хлопчатобумажной нити, которая могла работать в течение 14,5 часов. Они продолжали экспериментировать с нитью накаливания, пока не остановились на ней, сделанной из бамбука, которая продлила срок службы ламп Эдисона до 1200 часов — эта нить 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 лампочки 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 в США патент на лампу накаливания, и Джозефа Суона, запатентовавшего свою лампочку в Англии. Были дебаты 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, — чтобы сформировать General Electric, а Эдисон Английская осветительная компания объединилась с компанией Джозефа Свона и образовала Ediswan в Англии. )

В последние годы лампы накаливания были в значительной степени выведены из эксплуатации, как мы пишем в нашем посте «Был ли фактически поэтапный отказ от ламп накаливания?»

открыла инновацию, которая могла бы спасти лампу накаливания, сделав технологию даже более эффективной, чем светодиоды.

В то время как средняя лампа накаливания сегодня стала намного эффективнее, чем у Эдисона, благодаря ряду инноваций она изо всех сил пыталась выжить в современном мире, стремящемся к энергоэффективности. Компактные люминесцентные и светодиодные осветительные приборы вытеснили большую часть рынка ламп накаливания, и многие отраслевые эксперты, похоже, считают, что эта тенденция сохранится.

Лампа накаливания – работа, конструкция и принципиальная схема

В этом разделе вы изучаете лампу накаливания – работа, конструкция и принципиальная схема.

Лампы накаливания работают по принципу, когда нить накаливания из тонкой проволоки поддерживается в накаленном состоянии (состояние добела) при прохождении тока, она излучает достаточно энергии в виде света.

(а)

(b)

(c)

Лампа накаливания

На рис. 1 (а) показана конструкция газонаполненной лампы накаливания современного типа. Он состоит из вольфрамовой нити (F), помещенной в стеклянную колбу (B). Вольфрам используется в качестве материала нити, потому что он имеет высокую температуру плавления (3500°C), высокое удельное сопротивление и низкую скорость испарения в дополнение к пластичности и хорошей механической прочности. Стеклянная колба заполнена химически инертным веществом, таким как аргон или азот, при давлении около атмосферного, чтобы еще больше снизить скорость испарения и избежать окисления. Это увеличивает срок службы и КПД лампы. Нить накала поддерживается проволочными крюками, закрепленными на стеклянном стержне, и обычно имеет спиральную форму или спиральную форму (рис. 1 (b) и рис. (c)) для уменьшения площади поверхности, подвергаемой воздействию газа, тем самым снижение потерь тепла за счет конвекции. Он также требует меньше места. Лампа с спиральной катушкой более эффективна, чем лампа с одной катушкой, и требует меньшего количества опор для нити накала. В небольших размерах до 25 Вт нить накала может работать в вакууме.