Принцип работы и устройство электрической лампы накаливания. Лампы накаливания: характеристики, принцип работы, недостатки и преимущества Строение лампы накаливания

Как работает лампа накаливания?

Ретро лампочка - красивая штука, без сомнения. Но как это все устроено? Чем лампочка Эдисона отличается от обычной? Да честно говоря, почти ничем. Сейчас все расставим по полочкам.

Сначала определение. Лампа накаливания — источник света, в котором свет испускает спираль, она же нить накаливания, она же тело накала, нагреваемое электрическим током до высокой температуры. Чаще всего используется спираль из тугоплавкого металла, например вольфрама, либо угольная нить. Чтобы исключить окисление тела накала при контакте с воздухом, его помещают в вакуум, откачивая из стеклянной колбы воздух.

Принцип действия

В любой лампе накаливания, что обычной, что ретро лампочке, используется эффект нагревания проводника при протекании через него электрического тока . Температура нити повышается после замыкания электрической цепи. Для получения видимого излучения необходимо, чтобы температура излучающего тела превышала 570 градусов (температура начала красного свечения, видимого человеческим глазом в темноте). Для зрения человека, оптимальный, физиологически самый удобный, спектральный состав видимого света отвечает излучению с температурой поверхности фотосферы Солнца 5770 K . Однако неизвестны твердые вещества, способные без разрушения выдержать температуру фотосферы Солнца, поэтому рабочие температуры нитей ламп накаливания лежат в пределах 2000—2800 C. В телах накаливания современных ламп накаливания применяется тугоплавкий и относительно недорогой вольфрам (температура плавления 3410 °C ), рений и (очень редко) осмий . Поэтому спектр ламп накаливания смещён в красную часть спектра. Только малая доля электромагнитного излучения лежит в области видимого света, основная доля приходится на инфракрасное излучение и воспринимается в виде тепла . Чем меньше температура тела накаливания, тем меньшая доля энергии , подводимой к нагреваемой проволоке, преобразуется в полезное видимое излучение , и тем более «красным» кажется излучение. Соответственно, ретро лампочки отличаются от обычных тем, что нагревают нить накаливания слабее. За счет этого нить накаливания медленнее испаряется и дольше функционирует.

Ретро лампочки, кстати, еще и полезны. При типичных для ламп накаливания температурах 2200—2900 K излучается желтоватый свет, отличный от дневного. В вечернее время «тёплый» (< 3500 K) свет более комфортен для человека и меньше подавляет естественную выработку мелатонина , важного для регуляции суточных циклов организма (нарушение его синтеза негативно сказывается на здоровье).

В атмосферном воздухе при высоких температурах вольфрам быстро окисляется, образуя характерный белый налёт на внутренней поверхности лампы при потере ею герметичности. По этой причине, вольфрамовое тело накала помещают в герметичную колбу, из которой, в процессе изготовления лампы откачивается воздух. Также встречаются, даже более часто, газонаполненные лампы: в них колба заполняется инертным газом — обычно аргоном . Повышенное давление в колбе газонаполненных ламп уменьшает скорость испарения вольфрамовой нити. Это не только увеличивает срок службы лампы, но и позволяет повысить температуру тела накаливания. Таким образом, световой КПД повышается, а спектр излучения приближается к белому. Внутренняя поверхность колбы газонаполненной лампы медленнее темнеет при распылении материала тела накала в процессе работы, как у вакуумированной лампы. Ретро лампочки как правило делаются с вакуумныи колбами, но некоторые производители делают их газонаполенными.

Конструкция

Конструкция лампы накаливания. На схеме: 1 — колба; 2 — полость колбы; 3 — нить (тело накала); 4, 5 — электроды; 6 — крючки-держатели нити; 7 — ножка лампы; 8 — предохранитель; 9 — корпус цоколя; 10 — изолятор цоколя (стекло); 11 — контакт донышка цоколя.

Конструкции ламп накаливания весьма разнообразны, однако потребительские различия это в основном мощность, форма и размер колбы и тип цоколя.

В конструкции ламп общего назначения предусматривается предохранитель — звено из ферроникелевого сплава, вваренное в разрыв одного из токовводов и расположенное вне колбы лампы — как правило, в ножке. Назначение предохранителя — предотвратить разрушение колбы при обрыве нити накала в процессе работы.

Нить накаливания

Формы тел накала весьма разнообразны и зависят от функционального назначения ламп. Тело накала первых ламп изготавливалось из угля . В современных лампах применяются почти исключительно спирали из вольфрама . Для уменьшения размеров тела накала ему обычно придаётся форма спирали. В случае ретро лампочек, когда важен художественный эффект, спираль крепится так как требуется для художественного эффекта, например имитируется спираль в исторических лампочках Эдисона. В случае лампочек обычных спираль зачастую имеет форму шестиугольника для обеспечения равномерности свечения.

Цоколь

Форма цоколя с резьбой обычной лампы накаливания была предложена Джозефом Уилсоном Суоном или, по другим источникам, Льюисом Говардом Латимером - в фирме Эдисона. Размеры цоколей стандартизованы. У ламп бытового применения наиболее распространены цоколи Эдисона E14, E27 и E40 (число обозначает наружный диаметр в мм).

В США и Канаде используются иные цоколи (это частично обусловлено иным напряжением в сетях — 110 В, поэтому иные размеры цоколей предотвращают случайное ввинчивание европейских ламп, рассчитанных на иное напряжение): Е12 (candelabra), Е17 (intermediate), Е26 (standard или medium), Е39 (mogul).

Интересные факты

"Столетняя лампа"

• В США в одном из пожарных отделений города Ливермор (штат Калифорния ) есть 60-ваттная лампа ручной работы, известная под именем «Столетняя лампа ». Она постоянно горит уже более 114 лет, с 1901 года . Необычно высокий ресурс лампе обеспечила в основном работа на малой мощности (4 Ваттa), в глубоком недокале, при очень низком КПД. Лампа включена в Книгу рекордов Гиннесса в 1972 году. Фотографии именно этой лампочки часто публикуют как «ретро лампочку»…
• В СССР после претворения в жизнь ленинского плана ГОЭЛРО за лампой накаливания закрепилось прозвище «лампочка Ильича ». В наши дни так чаще всего называют простую лампу накаливания, свисающую с потолка на электрическом шнуре без плафона.
• Для изготовления обычной лампочки требуется, как минимум, 7 металлов.

Вскоре после открытия электричества появились электрические устройства освещения. Очень долгое время среди источников искусственного света доминировали лампы накаливания. В последние годы, в связи с обострением борьбы за энергетическую эффективность, широкое распространение получают новые приборы освещения – энергосберегающие люминисцентные и светодиодные лампы. Действие тока используется в электрических лампочках по-разному, ниже приводятся описания типов и принципов получения света.

Виды источников искусственного света

• Лампочка накаливания – наиболее простой и дешёвый источник искусственного света. Преобразование электрической энергии в световую происходит за счёт сильно разогретой под действием электрического тока металлической нити в виде спирали. Рабочая температура нити около 2500 °С. Нагретое до такой температуры тело начинает генерировать электромагнитное излучение в видимом диапазоне спектра, проще говоря — свет. Спираль изготавливается из тугоплавкого металла, чаще всего вольфрама или рения. Для предотвращения быстрого испарения и разрушения, нить накаливания помещена в герметичную колбу. Воздух из колбы откачивается, либо колба наполняется инертным газом: азотом, аргоном, криптоном.

• Галогеновые лампы являются разновидностью ламп накаливания с улучшенными характеристиками. Внутри колбы такой лампы содержится так называемый «буферный» газ в виде паров галогенов йода или брома. Наличие галогенов препятствует испарению металла спирали и осаждению его на стенках колбы. В результате становится возможным повышение температуры до 3000°С. При этом размер колбы может быть уменьшен, а срок службы лампы увеличен.

• Газоразрядные источники используют явление свечения газов под воздействием электрического тока (газовый разряд). Внутри стеклянной колбы, наполненной газом, смесью газов или парами металлов, между двумя электродами, расположенными на концах трубки, протекает ток, вызывающий свечение газа. В зависимости от состава газовой среды, цвет свечения может быть разным.

• Люминисцентные источники – это частный случай газоразрядных ламп. В лампах дневного света трубка наполнена парами ртути. Электрический разряд в парах ртути создаёт ультрафиолетовое свечение. На поверхность трубки нанесен специальный состав – люминофор. Под воздействием ультрафиолета люминофор генерирует вторичное излучение, близкое к дневному свету, откуда эти приборы и получили своё название. В зависимости от состава люминофора возможны различные оттенки белого света, более тёплые или холодные. Сведения об оттенке обычно содержатся в маркировке ламп и называются цветовой температурой.

• В светодиодных лампах источником света является прибор, излучающий свет при прохождении электрического тока через твердотельный кристалл полупроводник. Цвет свечения зависит от материала полупроводника. Светодиод белого свечения появился относительно недавно. Получение белого света стало возможным с появлением синего светодиода. На самом деле, белый формируется с помощью люминофора, облучаемого синим или фиолетовым излучением от полупроводникового кристалла. Цветовая температура светодиодов белого свечения варьируется в широких пределах. Светодиод — достаточно сложный в производстве прибор, потому светодиодные лампы имеют высокую стоимость.

Цветовая температура

Характеризует оттенок белого света, выражается в градусах Кельвина и находится в диапазоне от 1000 до 10 000°К. Низкие значения ближе к красному — теплый оттенок, высокие, бело-синие – холодный. Дневной свет имеет цветовую температуру около 5200 К. Основная масса осветительных приборов выпускается в диапазоне 2700—6500 К.

Как видно, несмотря на то, получение света является результатом действия электрического тока, используется он в электрических лампах разных типов по своему. Современные источники света достигают очень высокого КПД и в сравнении с лампами накаливания. Светодиоды являются настоящим прорывом в области получения искусственного света.

Электрическая лампа является незаменимым элементом в электрификации любого помещения. Сегодня существуют различные виды ламп. Из них любой хозяин подберет варианты, оптимальным образом дополняющие уют в доме. Лампы могут иметь разные технические характеристики. Подобрав их правильно, удастся к тому же сэкономить деньги на оплате электрической энергии.

Несмотря на разнообразие видов, у них есть одинаковые части: это цоколь с резьбой и патрон. Соответствующая информация всегда содержится на самих лампах.

Цоколи

Для бытовых нужд бывают лампы с маленьким, средним и большим цоколем. Этим характеристикам соответствуют размеры Е14, Е27 и Е40. Число здесь означает миллиметровый диаметр. Размер Е27 является наиболее распространенным. Е40 используют на уличных лампах с мощностью в 300, 500 и 1000 Вт.

Кроме вкручиваемых в патрон цоколей, бывают варианты штырькового типа. Их виды: G5, G9, 2G10, 2G11, G23, R7s-7. Такие цоколи нужны для экономии места. здесь крепится в светильнике при помощи штырьков.

Мощность

Это одна из главных характеристик. Производитель ее указывает на цоколе или баллоне. лампы определяет, какой световой поток будет исходить от нее. Светоотдача и уровень излучаемого света — разные понятия. Ведь энергосберегающая лампочка, имеющая мощность 5 Вт, может светить не хуже лампы накаливания на 60 Вт. Параметр светоотдачи, к сожалению, не фиксируется. Поэтому в этом остается полагаться лишь на собственный опыт использования тех или иных вариантов, а также на советы продавцов.

Светоотдача

Параметр означает, что на 1 Ватт лампа выдает соответствующее количество люменов. Сравнив показатели разных видов, можно заметить, что энергосберегающая люминесцентная лампа будет от четырех до девяти раз экономичнее лампы накаливания. Если последняя на 60 Ватт даст приблизительно 600 люмен, то энергосберегающая те же результаты покажет при параметрах 10-11 Ватт.

Электрическая мощность, напряжение

Эти появились первыми в домах в девятнадцатом веке. Они, конечно, очень изменились с тех пор. Однако принцип действия остался тем же.

Все они состоят из стеклянного баллона, внутри которого — вакуумное пространство, цоколя с контактами и предохранителями, а также нитями накаливания, испускающими свет. Спираль изготовлена из вольфрамовых сплавов, которая с легкостью выдержит рабочую температуру +3200 градусов по Цельсию. Электрическая схема ламп такова: при прохождении через проводник с малым сечением и проводимостью электрического тока часть энергии переходит на разогрев спиральной детали. Поэтому он начинает светиться. Чтобы нить не перегорела в этот же миг, в лампы накачивают инертный газ.

Несмотря на такое простое устройство электрической лампы, придумано множество их видов, отличающихся друг от друга по формам, габаритам и используемым материалам. Кроме того, лампы изготавливают с разной мощностью. Она варьируется от 40 до 250 Вт, если предназначена для бытового освещения. Для промышленных нужд делают более мощные установки.

Простая схема электрической лампы может выглядеть следующим образом.

Бывают декоративные лампы в виде свечей, баллон которых имеет вытянутую, а не круглую форму, и похож по форме на свечу. Обычно их используют в небольших светильниках. Стекла могут окрашиваться в разные цвета. В состав стекол зеркальных ламп входит отражающее покрытие, чтобы направлять свет компактным пучком. Чаще всего они применяются для потолочного освещения, чтобы направлять весь свет вниз. Электрическая лампа накаливания имеет низкое напряжение. Те, которые предназначены для местного освещения, имеют напряжение всего 12, 24, 36 В. Их применяют при авариях, в ручных приборах и так далее. Вместе с малым потреблением энергии они дают совсем небольшое освещение.

Также отличаются электрические лампы сопротивлением, которое изменяется вместе с напряжением и мощностью, но не линейным образом.

Такие лампы имеют целый ряд недостатков. В первую очередь у них низкий коэффициент полезного действия — он не превышает 2-3 % от энергии потребления. Остальное отдается выработке тепла. Во-вторых, они являются небезопасными с точки зрения риска возникновения пожара. Обычная газета способна загореться уже через двадцать минут после того, как будет приложена к лампе с мощностью в 100 Вт. Лампы также не являются долговечными, так как служат всего от 500 до 1000 часов.

Зато они стоят очень дешево и не требуют никаких дополнительных настроек и подключений. Поэтому, несмотря на имеющиеся недостатки, многие потребители отзываются об этих лампах положительно и продолжают пользоваться именно ими.

Галогенные лампы

Данный вид имеет тот же принцип работы, что и в предыдущем случае. Разница заключается лишь в составе газа внутри баллона. Здесь к инертному газу добавляют йод или бром. Таким образом увеличивается температура нитей накаливания и снижаются испарения вольфрама. Поэтому их срок службы в разы больше по сравнению с лампами накаливания.

Так как температура стекла увеличивается очень быстро, их изготавливают из кварца. Такой материал не выносит никаких загрязнений.

Галогенные лампы, в свою очередь, подразделяются на разные виды. Это и линейные варианты, используемые в стационарных или переносных прожекторах, и лампы с зеркальным покрытием, которые часто устанавливают в гипсокартонные конструкции. Среди недостатков у них можно выделить чувствительность к перепадам напряжения. Поэтому при применении желательно использовать дополнительно специальный трансформатор, где будет выравниваться сила тока электрической лампы.

Часто такие лампы устанавливают для автомобильных фар. И хотя автовладельцы положительно о них отзываются, они не видят особой разницы между экономичными вариантами и дорогими, с различными напылениями и другими эффектами.

Люминесцентные лампы дневного света

Если галогенные лампы имели аналогичный принцип действия с лампами накаливания, то данный вид существенно отличается по своей работе. Здесь под воздействием тока в колбе из стекла горят не вольфрамовые нити, а пары ртути. Так как свет излучается в ультрафиолете, различить его фактически невозможно. Ультрафиолет вынуждает излучать свет люминофор, покрытие на стенках трубок. Его мы и видим. Способ соединения в этом случае также существенно отличается. На трубках находятся штырьки, которые нужно вставить в патрон и повернуть.

Лампы дневного света работают при низкой температуре, поэтому к ним легко прикасаться. Благодаря большой поверхности удается добиться ровного рассеянного света, хорошего для глаз человека. Срок службы в десять раз превышает аналогичный показатель у ламп накаливания.

Но такие лампы напрямую к сети не подключаются. Для них применяют специальные балласты и стартеры, поджигающие их при включении. Большинство светильников, предназначенных для имеют встроенные устройства свечения, напоминающие электронные пускорегулирующие аппараты.

Несмотря на дороговизну, покупатели светильников с такими лампами отмечают их естественность для зрения. Поэтому их потребители остаются верными своему выбору.

Маркировка у них следующая:

• ЛБ означает белый свет;
• ЛД — дневной;
• ЛЕ — естественный;
• ЛХБ — холодный;
• ЛТБ — теплый.

После букв следуют цифры, первая из которых означает степень передачи света, а следующие — соответствующую Чем выше светопередача, тем освещение является более естественным для восприятия. Разная температура даст разный цвет. Так, очень теплый белый получится при 2700К, теплый — при 3000К, естественный — при 4000К, дневной — при 5000К.

Энергосберегающие лампы

Когда появились эти компактные лампы, они произвели настоящий фурор на рынке. Виды их чрезвычайно разнообразны. А достоинства их очевидны: теперь нет необходимости устанавливать дополнительный балласт и использовать специальные светильники. Они легко вкручиваются в обычный цоколь. В то же время, как и у всех видов, у них имеются недостатки. Это плохая работа при низкой температуре, долгий запуск, несовместимость со световыми регуляторами, высокая цена, ртутные соединения в составе, несхожесть с естественным светом.

Такие лампы хоть и набирают популярность, но люди все-таки с некоторой оглядкой относятся к ним и, пользуясь, обычно имеют в запасе обычные лампочки.

Светодиодные электрические лампы

Данный вид появился во второй половине двадцатого века. По действию они представляют собой полупроводник, где часть энергии выделяется в виде излучения, воспринимаемого человеческим глазом. Цвет получается разный, в зависимости от материала полупроводника.

Эти модели лучше ламп накаливания по всем показателям:

• длительности срока службы;
• светоотдаче;
• прочности;
• экономичности и так далее.

Светодиодные лампы бывают разными в зависимости от мощности, размера, производительности и так далее.

Но помимо всех этих очевидных преимуществ, существует один значительный недостаток: цена, которая выше стоимости обычных ламп накаливания в 100 раз. Такой существенный минус, естественно, уменьшает количество потребителей. Но тем не менее светодиоды набирают все большее количество поклонников.

Лампа накаливания – это источник искусственного света, который в процессе работы выделяет много тепла. Внутри ее металлическая спираль, чаще всего из тугоплавкого вольфрама. Этот элемент помещен в колбу, которая заполнена инертным газом, реже – вакуумная. Подобное наполнение не дает окисляться металлу. Такие лампы популярны благодаря низкой цене.

Путь создания

История этих ламп длинная и тернистая, не один создатель принял участие в ее творении. Разделить процесс создания можно на такие этапы:

1. Изобретение Лодыгина. Русский ученый придумал, как засветить угольный стержень в стеклянном сосуде без доступа воздуха. Проблема была в том, что нить стала быстро перегорать. Чуть позже именно он предложил заменить угольный стержень вольфрамовым.
2. Вклад Томаса Эдисона. Ему удалось создать недорогую и относительно долговечную модель подобной лампы. Он наладил потоковое производство, изготовить лампу можно было в нужных объемах. Почти всю жизнь он совершенствовал лампу, применяя разные материалы для достижения лучшего эффекта.

Со временем лампы начали наполнять инертными газами, что в разы увеличивало срок эксплуатации.

С момента появления она не очень сильно изменилась

Сфера использования

Не так давно лампы накаливания присутствовали в различных сферах жизни, в быту и на предприятиях. Это обуславливается простой их монтажа, эксплуатации и обслуживания. Используются в таких сферах:

• Общего предназначения для внутреннего и наружного освещения в частных домах, квартирах, офисах.
• Местного применения – для подсветки рабочих мест.
• Также есть специальные автомобильные лампы накаливания.
• Устанавливаются в поездах, на судах, и в самолетах.
• Миниатюрные ЛН применяются в фонариках, шкалах приборов.
• Сверхминиатюрные в отдельных медприборах, пультах управления.
• Также есть коммутационные, маячные, кинопроекционные.

Мнение эксперта

Алексей Бартош

Задать вопрос эксперту

Важно! Во многих сферах сегодня используются экономичные лампы, но все же потребительский интерес применения ЛН не снижается.

Лампы накала обладают такими характеристиками:

1. Разлет мощностей. Зависит от сферы использования, так для бытовых целей применяются лампы от 25 до 150 Ватт, для других – до 1000 Вт.
2. Нить накаливается до 2000–2800 градусов.
3. Напряжение – 220–330 В.
4. Световая отдача – 9–19 Лм/1Вт.
5. Размеры цоколя – Е 14, Е 27 и Е 40, что соответствует 14, 27 и 40 мм. Тип цоколя – резьбовой и штифтовой. Последний может быть одно- или двухконтактным.
6. Ресурс функционирования – 1000 часов при оптимальных условиях.
7. Выделяют в процессе горения много тепла, имеют чувствительность к частым выключениям.
8. По цене они самые доступные из предложенных в магазинах ламп.
9. Средний вес – 15 г.

Характеристики ламп разной мощности

Принцип действия

Суть работы всех ЛН в использовании принципа нагревания вещества при прохождении сквозь него тока. В этом случае повышается температура нити накала после замыкания электрической цепи. Как результат запускается эффект электромагнитного теплового излучения. Чтобы оно стало видимым для человека, температура нагревания должна превышать 570 ⁰C – это начало красного свечения.

Внутри лампы нить накаливания разогревается до 2000–2800 ⁰С. При разогревании до такой температуры на воздухе вольфрам превращается в оксид – на нем образуется белый налет, поэтому внутрь колбы закачиваются нейтральные газы. На заре развития данной технологи освещения в лампочке создавался вакуум, сейчас это практикуют только для изделий минимальной мощности. При закручивании в патрон цоколя лампы и замыкании цепи запускается процесс накаливания нити, и она дает свет.

Конструкция ламп накаливания

Устройство всех ЛН схоже, в них содержаться:

1. Рабочая часть – нить из вольфрамовой проволоки, свернутая в спираль. Удельное сопротивление этого металла в 3 раза больше, чем у меди. Вольфрам используется, потому что он тугоплавкий и можно максимально уменьшить сечение нити. За счет этого повышается электрическое сопротивление. Питание спираль получает от электродов.
2. Спираль удерживают элементы из молибдена. Он также тугоплавкий, имеет низкий коэффициент теплового расширения.
3. Колба из стекла. Внутри ее инертный газ, что не дает сгореть нити накала. Именно поэтому такие лампы не вакуумные, именно газ создает давление внутри колбы.
4. Электроды соединяются с контактными элементами цоколя с помощью медных проводников.
5. Цоколь. Такой элемент есть во всех рассматриваемых лампочках, за исключением специальных автомобильных. Резьба на цоколе и его размер могут быть различными.

Цоколь

Самые привычные для нас лампочки с резьбовым цоколем, размеры их стандартизированы. Для моделей, что используются в бытовых условиях, востребованы Е 14, Е 27 и Е 40. Реже используются для таких источников света без резьбы, но они распространены в автомобильном деле.

Интересно! В Америке и Канаде используются другие по причине иного напряжения в сети. Для них привычные размеры резьбы в мм: 12, 17, 26 и 39. При отражении размера цоколя на лампочке перед цифрами стоит так же как и у нас литера Е.

Цоколи ламп накаливания

Маркировка

Разобраться в маркировке ламп накаливания несложно, основные обозначения, которые можно встретить:

• Специфика конструкции и свойства. «Б» указывает на аргоновую биспиральную ЛН, «В» – на содержание внутри вакуума, «Г» – на то, что в лампу закачан газ, «БК» – биспиральная криптоновая, «МЛ» – молочный цвет колбы, «МТ» – матовая, «О» – опаловая.
• О назначении лампочки расскажет вторая часть маркировки. «Ж» – железнодорожная, «КМ» – коммутационная, «СМ» – для самолетов, «А» – для автомобилей, «ПЖ» – лампа высокой мощности для использования в прожекторах.
• Форму обозначают так: «А» – абажур, «Д» – декоративная, «В» – витая.
• Первые цифры – это номинальное напряжение.

Коэффициент полезного действия и долговечность

Существенные недостатки таких ламп – это небольшой срок эксплуатации и низкий коэффициент полезного действия. Под КПД подразумевается соотношение мощности и заметного человеку излучения. Как помним, нить разогревается до 2700 К, в этом случае ее КПД около 5%. Вся остальная энергия, которая, кстати, в полном объеме превращается в излучение, припадает на инфракрасный спектр, который невидим для человека. Мы воспринимаем его как тепло.

Теоретические повысить КПД до 20% можно, для этого следует увеличить температуру нити накала до 3400 К, получаемый свет в этом случае будет в 2 раза ярче, правда, срок эксплуатации уменьшается на 95%.

Если мощность снижать, то период эксплуатации ламп накаливания может увеличиваться в 5 и более раз. Уменьшение напряжения при этом снижает КПД, но использовать лампочку получиться в 1000 раз дольше. Этот эффект используется при создании надежного дежурного освещения. Конечно, это возможно, только если нет критических требований к освещенности.

Процесс перегорания лампы накаливания

Виды ламп и их функциональное назначение

Существует много ламп накаливания, классификация их происходит по функциональному назначению и конструкционным особенностям.

Общего, местного предназначения

Вплоть до 1970 года их называли нормально-осветительными. Эта группа является самой массовой среди обычных ЛН. Ранее успешно использовались как для общего, так и для декоративного освещения дома, в офисах, других учреждениях. На данный момент во многих странах, в том числе в России, их выпуск ограничивается.

Что касается лампочек местного назначения, то они по конструкции такие же, как и общего, но рассчитаны они на пониженное рабочее напряжение. Использоваться могут в ручных переносных светильниках, для освещения станков, верстаков и т. д.

Лампа общего назначения

Декоративные

Основная их особенность – это фигурная колба, размеры ее могут быть очень разными, также как и расположение внутри нити накаливания. Подобные модели сегодня очень востребованы, но выполняют не так роль освещения, как декора, в особенности в винтажных или ретро дизайн-проектах. Внешний вид подобной лампы очень оригинален.

Варианты исполнения декоративных ламп

Иллюминационные

Колба у них окрашена в разные цвета, в зависимости от целевого использования. Удобны для оснащения иллюминационных установок. Краска в основном наносится на колбу внутри, для этого применяются неорганические пигменты. Значительно реже такие лампы красят снаружи. Мощность их небольшая, варьируется в пределах 10–25 Вт. Необходимый эффект они дают только первое время, далее цвет их меняется, теряет яркость.

Иллюминационная лампа может быть разной мощности

Сигнальные

Применялись в разных светосигнальных приборах. На данный момент из этой сферы их вытесняют светодиодные лампы.

Вариант исполнения сигнальной лампы

Зеркальные

Колба такой лампы имеет специфическую форму, внутри она покрыта тонким слоем алюминия. За счет этого создается зеркальный эффект, также есть прозрачная часть. Основная задача таких ламп – распределение светового потока с целью сосредоточения в пределах определенной зоны. Удобно их использовать в витринах магазинов, в торговых залах. Именно такие лампы используются для обогрева новорожденных птенцов и других животных.

Зеркальная лампа накаливания

Транспортные

Эта группа очень обширная, используется в разных транспортных средствах, для фар или другой подсветки. Востребованы для:

• Автомобилей.
• Мотоциклов.
• Тракторов.
• Самолетов и вертолетов.
• Речных и морских судов.

Такие лампы имеют ряд особенностей, среди них:

1. Высокая прочность.
2. Стойкость к воздействию вибрации.
3. Специальные цоколи, за счет чего удается быстро менять вышедшую из строя лампу.
4. Они рассчитаны на питание от электрической сети ТС.

Автомобильные лампы накаливания

Двухнитевые

Это подтип специальной лампы накаливания, которые используются в:

• Автомобилях. Так, лампы для фар могут иметь 2 нити накала. Одна из них идет на ближний свет, вторая – на дальний. Аналогичная ситуация и для задних фонарей, только тут отдельные нити для габаритов и для стоп-сигналов.
• Самолетах. В отдельных моделях в посадочно-рулежной фаре.
• Ж/д светофорах. Тут двухнитевые лампы – это элемент безопасности и подстраховки, если перегорит одна, то вторая сможет продолжать подавать сигнал.

Мнение эксперта

Алексей Бартош

Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники.

Задать вопрос эксперту

Важно! Есть и другие варианты ламп, например, имеющие специальный спектр излучения, нагревательные, проекционные и другие. Но сегодня они активно вытесняются другими типами лампочек.

Двухнитевая автомобильная лампа накаливания

Преимущества и недостатки

Самые популярные в мире лампы имеют как преимущества, так и много недостатков, особенно с развитием новых технологий освещения. Начать стоит с достоинств, конкретней:

• Доступная цена. Это самый бюджетный вариант на данный момент. Правда, это касается только стоимости, но не счетов за электроэнергию.
• Компактные размеры.
• Практически не страдают от перепадов напряжения в сети.
• Не требуется время для разогрева.
• При функционировании на переменном токе мерцания невидимо.
• Можно использовать электронные диммеры для контроля и экономии потребления электроэнергии.
• Спектр отлично воспринимается человеческим глазом, тип его непрерывный.
• Индекс цветопередачи на высоком уровне.
• Можно использовать в любом температурном режиме, независимо от разновидности.
• Большой разлет вольтажа, от долей до сотен Вольта.
• Не требуют специальной утилизации, так как не содержат внутри токсических компонентов. То есть не несут вред людям и другим живым существам.
• Не нужна дополнительная пускорегулирующая аппаратура, что в сравнении с современными источниками света большой плюс.
• Во время работы не гудят и не создают радиопомех.
• Нечувствительность к полярности – она все равно будет работать.
• Создают минимальный уровень излучения УФ лучей, если сравнивать с другими современными лампочками.

Основные плюсы и минусы

После замыкания цепи (например, при нажатии выключателя) электрический ток начинает проходить через тело накала, которое при достижении определенной температуры испускает видимое человеческим глазом излучение. При достижении температуры 570 о С человек способен увидеть в темноте излучаемое телом красное свечение, а стандартная рабочая температура нити в лампе накаливания находится в пределах 2000-2800 °C. Чем меньше температура тела накаливания, тем более «красным» будет выглядеть излучение (подробнее о цветопередаче написано в статье). Чтобы лучше понять принцип работы обычной лампочки, необходимо разобраться в конструкции и обязательных элементах, к которым относится колба, тело накала и токовводы.

Стандартная лампочка имеет грушевидную форму и состоит из следующих частей:

• Колба . Изготавливается из натриево-кальциевого силикатного стекла, может быть прозрачной, матовой, молочной, опаловой, зеркальной (отражающей). Если лампочка используется без плафона в маленьком помещении, то обратите внимание на лампочки с матированной или молочной колбой, так как их световые потоки на 3% и 20% соответственно меньше чем световой поток прозрачных ламп. Также колбы могут покрываться с наружной стороны декоративными красителями, лаками, керамикой.
• Буферный газ (полость колбы). Для предотвращения окисления спирали (тела накала) из колбы выкачивают воздух, создавая внутри вакуум. Однако сегодня вакуум используется только в маломощных лампочках, а большинство современных моделей наполнены инертным газом, который увеличивает силу свечения. По составу газовой среды лампы накаливания можно разделить на: вакуумные, газонаполненные (ксенон, криптон, смесь азота с аргоном и т.д.), галогенные.
• Тело накала . Чаще всего изготавливается из проволоки круглого сечения, реже – из ленточного металла. В первых моделях лампочек применялась угольная нить, в современных – спираль из вольфрама или осмиево-вольфрамового сплава.
• Токовые вводы (свинцовая проволока).
• Держатели тела накала (молибденовые держатели).
• Ножка (штенгель и ножка лампы).
• Внешнее звено токоввода .
• Плавкая вставка (предохранитель)
• Корпус цоколя .
• Стеклянный изолятор цоколя .
• Контакт донышка цоколя .

Какие бывают виды/типы ламп накаливания?

Классификация ламп накаливания довольно разветвленная, так как учитывает множество характеристик.

По виду цоколя самыми распространенными являются резьбовые и штырьковые. В быту чаще всего можно встретить резьбовой цоколь Эдисона, обозначающийся буквой Е, возле которой пишется его диаметр в миллиметрах, например, Е10, Е14, Е27 и Е40.

По форме колбы лампочки накаливания бывают разнообразными, начиная со стандартных грушевидных, заканчивая фигурными, витыми и др. В некоторых случаях размер и форма колбы (а также наличие светоотражающих участков) связаны с тем, где применяется лампа накаливания, в других же случаях это связано с декоративной функцией.

Лампы накаливания: характеристики и маркировка

Чтобы знать, как выбрать лампу накаливания, необходимо научиться читать ее маркировку, которая представляет собой сочетание букв и цифр. Буквенная часть маркировки указывает на свойства и конструкцию изделия, к примеру:

Б – биспиральная

БО – биспиральная с опаловой колбой, которая наполнена аргоном

БК – биспиральная, колба наполнена криптоном

ДБ – диффузная с матированием внутри колбы

В – вакуумная

Г — газонаполненная

О – с опаловой колбой

М – с молочной колбой

Ш – шаровидная

З – зеркальная (ЗК – концентрированная кривая света, ЗШ – расширенная кривая)

МО – применяемая для местного освещения

Цифрами указывается диапазон напряжения и мощность. Так, маркировку Б 220..230 60 можно расшифровать так: биспиральная лампа накаливания мощностью 60Вт, рассчитана на диапазон напряжений от 220 до 230 В.

Какие недостатки/преимущества у лампы накаливания?

К достоинствам лампочек накаливания можно отнести:

• невысокую стоимость;
• широкий диапазон мощностей;
• бесперебойную работу при низком напряжении (со снижением интенсивности освещения);
• устойчивость к незначительным перепадам напряжения (с возможным сокращением срока службы);
• комфортную цветовую температуру (теплую);
• возможность использовать во влажных помещениях;
• простоту эксплуатации.

К недостаткам относится:

• сильный нагрев (создание пожароопасной ситуации);
• небольшой срок эксплуатации;
• низкая светоотдача (КПД <4%)
• зависимость светоотдачи от напряжения;
• риск разрыва колбы;
• хрупкость.

Как увеличить срок службы лампы накаливания?

Как уже было сказано ранее, предполагаемый производителем срок службы лампочек накаливания достигает в среднем 750-1000 часов, однако на практике перегорают они гораздо чаще. Это происходит из-за возникновения трещин и разрушения вольфрамовой нити (вследствие перегрева и испарения). Чтобы продлить срок эксплуатации лампы, следует для начала устранить возможные причины перегорания.

1. Диапазон напряжений. Для разных ламп накаливания производители указывают не одно значение напряжения, а диапазон: 125..135, 220..230, 230..240В и т.д. Если напряжение в вашей квартирной цепи превышает указанные значение, то лампа будет перегорать быстрее, поэтому при напряжении 230В нельзя выбирать лампочку с параметрами 215..220В. Так, если напряжение выше всего на 6%, срок службы уменьшится вдвое.
2. Вибрации. В условиях вибраций нить накала быстрее растрачивает свой ресурс, поэтому при пользовании переносными устройствами лучше осуществлять перемещения с выключенной лампочкой.
3. Патрон. Если вы заметили, что лампочки чаще всего перегорают в одном и том же патроне, тогда следует заменить его или же проверить контакты. Также следует ставить в люстру с несколькими патронами лампы одинаковые по мощности.
4. Понижение напряжения. Если понизить напряжение в сети всего на 8%, лампочка будет служить в 3,5 раза дольше. Для понижения можно подключить последовательно с лампой полупроводниковый диод.

Самая долгогорящая лампочка накаливания имеет название «Столетняя лампа», находится она в пожарной части в Ливерморе (Калифорния). За счет работы на очень низкой мощности (4 ватта), толстой нити накала из углерода (в 8 раз толще, чем в обычных лампочках нашего времени), а также бесперебойному использованию без выключений и включений она работает там с 1901 года.

Как подключить лампу накаливания через диод

Чтобы продлить срок службы лампочки (а заодно и сэкономить на электричестве) можно подключить ее через диод. При выборе диода необходимо обратить внимание на такие его параметры, как максимальный прямой ток (+ в импульсе) и максимальное обратное напряжение. Чтобы облегчить задачу и не просчитывать все параметры, приведем табличку:

Для сборки конструкции понадобится:

• 1 работающая лампочка Е27
• 1 неработающая лампочка Е27 (или цоколь от нее);
• диод;
• паяльник.

Процесс сборки . Припаиваем диод к пятачку на цоколе рабочей лампочки. Аккуратно отделяем цоколь от сгоревшей лампочки, делаем в нем отверстие и продеваем сквозь него вторую «ножку» диода. Выведенный конец припаиваем к месту выведения, затем спаиваем между собой оба цоколя.

Более простой способ: подсоединить диод одним концом к клемме выключателя, а другим – к проводу, который ведет к лампочке.

Как диод продлевает срок службы лампочки накаливания?

В большинстве случаев нить накала перегорает в момент подачи питания (включения тумблера) из-за слишком быстрого нагревания холодной спирали. Полупроводниковый диод уменьшает ток и позволяет вольфраму нагреваться постепенно, с меньшей скоростью. Лампочка начинает заметно мерцать, так как ток проходит полуволнами.