Лампы накаливания состав: Страница не найдена

Содержание

виды, характеристики, устройство лампы, строение, принцип работы

ЛН полюбились многим людям за счет легкости в использовании. Они имеют различные цветовые режимы, как холодные оттенки, так и теплые. В этой статье говорится о том, что такое лампа накаливания, где чаще применяется и из чего состоит.

Достоинства и недостатки

В настоящее время существует множество осветительных приборов. Большинство из них производятся в последние несколько лет с использованием высоких технологий, но классическая ЛН всё равно имеет множество плюсов или совокупность параметров, которые будут более подходящими при правильном использовании:

  • достаточно низкая цена;
  • устойчивость к различным температурам;
  • моментальное зажигание;
  • не мерцают;
  • имеют разные режима света.
Как выглядит классическая ЛН

Но, к сожалению, лампы накаливания имеют свои минусы:

  • основной недостаток — это достаточно пониженный КПД. У лампочек в 100 Вт КПД будет примерно 17 %, у изделий 60 Вт эта цифра будет всего лишь 5 %. Одним из методов увеличения КПД будет поднятие температуры накала, но в таком случае срок службы заметно снизится;
Спираль для лампы накаливания
  • малый срок службы;
  • повышенная температура поверхности сосуда, которая может быть у 100Вт лампочки до 250°С. Это повышает риск возникновения возгораний или взрыва ламп;
  • чувствительность к окружающей среде;
  • применение термостойкой арматуры.

Ниже подробно описаны виды и характеристики ламп накаливания.

Характеристики

Одним из основных параметров лампочек с телом накала будет мощность, указываемая в ваттах. Назначение ламп различное, поэтому диапазон выбора большой — от 0,1 Вт «светильник» до 23 тыс. Вт прожекторов для аэродромов.

В быту применяют слабомощные лампочки, обычно от 15 Вт до 200 Вт, а на производстве используют лампы мощностью до 2000 Вт.

Качество светового луча и уровень рассеивания регулируются материалом производства сосуда.

Автомобильная лампочка

Наибольшая светопередача присуща для изделий с прозрачным стеклом, потому что они не поглощают свет. Матовая поверхность лампы поглощает 5% световых лучей, а белая — 15%.

Размер лампочек накаливания может быть от 60 мм до 130 мм. Зависит от сферы применения.

Принцип работы

Во время прохождения электрическим током через спираль, она быстро раскаливается до высоких температур почти до 2500 градусов. Это происходит из-за того, что спираль обладает высоким сопротивлением току и на прохождение его уходит большое количество энергии.

Тепло нагревает металл (вольфрам), и начинается свечение лампы. Поскольку внутри лампы нет кислорода, то вольфрам не окисляется.

Таблица температуры цвета

КПД лампы накаливания 100 Вт старого образца, где роль тела накала играл стержень из угля, был намного меньше, чем у последних моделей. Это объясняется дополнительными расходами на конвекцию. Спиральные тела накала обладают более пониженным процентом таких потерь.

Температура лампы накаливания

Температура ламп накаливания может быть до 3200 градусов по Цельсию.

Обратите внимание! Температура, при которой вольфрам начинает плавиться, будет 3500 градусов. Стандартная температура ЛН не может привести в действие этот процесс. В случае, вольфрам начинает плавиться, то лампочка может взорваться, поэтому необходимо следить за этим.

Виды ламп

Лампы накаливания подразделяются на несколько видов:

Декоративные модели лампочек
  • вакуумные;
  • аргоновые либо азотно-аргоновые;
  • криптоновые;
  • галогенные с подключенным отражателем инфракрасного света внутри лампочки, что повышает КПД;
  • с покрытием, необходимым для преобразования инфракрасного света в видимый спектр.

Общего, местного предназначения

Характеристики ЛН общего предназначения прописаны в ГОСТе 2239-79. Эти лампочки используются для подключения в светильники основного освещения бытовых и общественных мест, а также уличного пространства.

Основное напряжение может быть 127 и 220 В. Ассортимент изделий делится на группы в зависимости от типов тела накала (спираль либо биспираль) и среды (вакуумные, газовые).

Правильное хранение изделия

Форма сосуда, метод установки, марка изделия и вид цоколя подбираются из соображений стоимости, практичности технологи, минимум на 100 часов работы. Нужно подчеркнуть, что в последние годы эффективность таких ламп оценивается по множеству характеристик.

ЛН местного предназначения, выпускается под ГОСТом 1182-78, напряжение не должно быть выше 36 В, а для производственных помещений, где есть легкогорючие вещества — 12 В. Мощность лампочек местного назначения ограничена и будет 15, 25, 40 и 60 Вт. Время службы каждой лампы накаливания должен быть не меньше 75% средней продолжительности свечения.

Для уличного освещения берутся более мощные лампы, чтобы не приходилось каждый месяц-два менять их. Так как это достаточно трудоемкий процесс.

Иллюминационные лампы на 15 Вт

Декоративные

Декоративные лампочки могут быть различных форм, круглые, овальные, спиральные и так далее. Источником излучения будет вольфрамовая нить. С помощью него в помещении получается уютный и теплый свет. В основном на фабрике производят дизайнерские изделия под классический цоколь Е27, но бывают модели под цоколь Е22 и Е40.

Напряжение необходимое для корректной работы составляет 220 В. Срок использования декоративных изделий с вольфрамовой нитью может быть в диапазоне 2000-3400 часов, но не больше. Температура освещения характеризуется параметром 2700 К.

Такие изделия часто используют для украшения помещений, лестничных пролетов или новогодних елок. Большие торговые центры используют декоративные лампочки подвешенные к высокими потолкам. Выглядит это поистине красиво и в то же время уютно. Они будут гармонично сочетать со стилем Лофт в доме или квартире.

Иллюминационные

Эти лампы накаливания производятся с цветным внутренним слоем колбы и необходимы для новогодних гирлянд или подсветки лестниц, магазинов и витрин. Имеет большой спектр цветности, присутствуют холодные, белые, дневные и ночные оттенки. Достаточно высокий срок службы до 25000 часов, при правильной эксплуатации. Основным минусом будет тяжелая установка. Чем ближе конец срока изделия, тем слабее оно будет работать. Свет начнет плохо рассеиваться.

Передние огни самолета

Сигнальные

Сигнальные лампочки в основном используются в разной промышленности. Простота устройства и большой модельный ряд помогают выбрать изделия для работы в разных сферах производства. Лампы можно монтировать на станки, пульт управления, на специальный транспорт и так далее. Очень часто используются в машиностроении, деревообработке или металлургии.

Внимание! Можно подключить одну лампочку для выполнения нескольких операций, либо применять одновременно 2-3 изделия различного предназначения. Исходя из сферы использования, выбирается цвет и форма лампы.

Современные лампы накаливания производятся специально для использования в промышленных целях, что дает рядом плюсов перед обычными лампами световой сигнализации:

Лампа зеркальная r65
  • разнообразные цветовые режимы, дающие более информативную сигнализацию;
  • множество выборов плафонов;
  • подходят под любую электросеть;
  • легкая установка на станки при помощи системы винтового подсоединения;
  • возможность заменять контакты;
  • применение светодиодных лампочек повышенной яркости для улучшения обзора на любых промышленных территориях;
  • удобный корпус с возможностью подбора нужного размера;
  • энергосбережение;
  • легкость в использовании.

Зеркальные

Изделие зеркального типа отличается от других ЛН редкой формой колбы, а также наличием покрытия с отражением света, которое похоже на тонкую фольгу.

Из чего состоит лампочка накаливания

Это покрытие распыляется на лампу для того, чтобы рассеять ее световое излучение в помещении, чтобы более правильно распределить его в пределах определенной точки, чтобы была возможность четко осветить определенное помещение.

Чтобы получить такую опция в обычной лампе, необходимо поставить позади нее большой отражатель света.

Зеркальные лампочки в основном подключают в светильники направленного излучения, используемые для точечного освещения магазинов, чтобы получилась подсветка необходимых зон. Также их используют для офисов, лестниц, памятников архитектуры.

Зеркальные лампы могут быть разноцветными и прозрачными, матовыми, либо с эффектом УФ лучей. Их производят все известные фабрики осветительных приборов.

Виды изделий

Транспортные

В качестве освещения для машин применяют транспортные лампы накаливания. В электрической цепи нить накала тела разогревается и на пике температуры начинается свечение. Энергия светового луча, воспринимаемого обычным глазом, будет небольшой. Основная масса энергии будет в виде тепла.

Транспортная лампа имеет в своем составе колбу, несколько нитей накала, цоколь и выводы.

Тела накала в двухнитевых изделиях могут работать по-разному. Двухнитевыми лампочками оснащены автомобильные фары, светильник в салоне.

Нить накала обязательно выдерживают повышенные температуры, а также достаточно маленькая. Поэтому ее производят из вольфрамовой проволоки среднего размера, завитой в вытянутую спираль.

 

Двухнитивые изделия

Спираль подсоединяется к электродам и в основном имеет форму прямой линии или дуги полукруга. Температура плавления вольфрама будет около 4000 градусов. Во время работы спираль греется до показателей 2500-2800 °С. С увеличением температуры вольфрама повышается яркость и световая эффективность лучей на ЛН. Но если показатели перевалили за 2500 °С вольфрам будет быстро испаряться и, оставаться на стенках стеклянного сосуда, из-за чего получается слой налета, который уменьшат качество освещения. Срок службы таких изделий обычно составляет от 4 месяцев до полугода. Зависит от производителя и качественности производственного сырья.

Двухнитевые

Такое изделие может быть трех видов:

Светофорные лампы
  • для машин. Одна нить применяется для ближнего света, вторая — для дальнего. Если говорить о лампах для задних сигналов, то нити могут применяться для стоп-сигнала и габаритного света такие же. Дополнительный экран будет убирать лучи, которые в сигнале ближнего света могут ослепить владельцев встречных машин;
  • для воздушного судна. В посадочной фаре первая нить применяется для малого освещения, вторая — для большого, но если вторая слишком долго работает, то может понадобиться охлаждение, иначе может произойти возгорание;
  • для светофоров нажелезной дороге. Обе нити нужны для увеличения надежности— если сгорит одна, то будет работать другая.
Виды колб

Строение лампы накаливания

Конструкция различных типов лампочек накаливания не особо различается, но можно подчеркнуть три общих компонента, нить накаливания, стеклянная колба и электрические вводы. Они различаются конструкцией кронштейнов тела накала, видом цоколей, иногда бывают без цоколей.

Чтобы колба не деформировалась при перегреве спирали в процессе работы, лампа накаливания обустроена ферроникелевым предохранителем, он в основном располагается в ножке. В месте разрыва спирали появляется электрическая дуга, из-за которой кусочки спирали плавятся, попадают на колбу, что может повести за собой ее порчу. С помощью предохранителей этот процесс можно избежать. Но в последние 5 лет они редко применяются, так как не очень эффективны.

Аргоновая лампочка

Конструкция лампы накаливания:

  • колба;
  • спираль накаливания;
  • электроды по двум сторонам тела;
  • крючки, на которых удерживается спираль;
  • ножка;
  • токовый ввод;
  • цоколь с изолятором;
  • контакт на конце цоколя.

Колба

Стеклянная колба дает защиту спирали от пагубного воздействия воздуха, при ее деформации тело накала окисляется и быстро взрывается. Состав колбы лампы различается, она может быть наполнена вакуумом или газовой средой. Первые лампы накаливания производили с вакуумной емкостью, однако их мощность была не высокая. Для заполнения современных изделий применяется азотно-аргоновое вещество или исключительно аргон. Некоторые типы лампочек могут наполнять криптоном или ксеноном. Теплопередача лампочки зависит от молярной массы наполнителя.

Определение ЛН

Газовая середа

Газовая среда в лампе должна быть инертная. Поскольку температура спирали достигает 2500 градусов, то она может реагировать на любой газ, но только не инертный. Поэтому для заполнения чаще всего используют аргон.

Если вдруг вода попадет на горячую или работающую лампу, то она может разорваться под действием газа.

Иногда лампы наполняют ксеноном, но это будет относительно дорого стоить.

Во многих лампах газовая среда будет функцией защиты. В других благодаря электрическому разряду получается красивое цветное излучение. Оттенок будет завесить от свойств инертного газа.

Тело накала

Виды тел накала могут быть различные и зависят от функционального предназначение лампочек.

Виды источников света

Самими популярными будет из проволоки овального поперечного сечения, но иногда бывают и ленточные тела накала (состоят из металлической ленты).

Как уже было сказано, первые тела накала производили из угля. В современных ЛН используются только тела накала, изготовленные из вольфрама, реже из осмиево-вольфрамового вещества.

Чтобы уменьшить размер нити накала, ее обычно делай в виде спирали, иногда ее подвергают повторной обработке, из чего получается биспираль. Коэффициент полезного действия таких изделий выше из-за понижения теплопотерь во время конвекции.

Электротехнические параметры

Световая отдача таких изделий достаточно невысокая. Она будет самой низкой среди популярных электрических лампочек и находится в интервале от 5 до 10 лм/Вт. Повышенная яркость тела накала в сочетании с его маленькими размерами позволяет применять изделия в прожекторах.

Классические цоколя

ЛН имеют обширный диапазон средних напряжений и мощностей. Этот тип изделий может функционировать в большом диапазоне окружающих температур, который ограничен только термоустойчивостью сырья, применяемого при ее производстве (-100…+350 градусов). Световое излучение ЛН корректируется трансформацией рабочего напряжения.

При данном минусе будет повышенная рабочая температура и число выделяемого при горении тепла. Поскольку температура лампочек высокая, то они становятся язвимы под действием воды или резкого передача градусов (из минус в плюс и наоборот).

В современном мире многие уже давно отказались от использования ламп накаливания. В развитых городах, всего 20% людей используют такие изделия. Все переходят на галогеновые светильники.

Во время включения лампочки, тело накала находится при нормальной температуре, то сопротивление изделия будет намного меньше рабочего сопротивления. Во время включения, проходит большое количество тока. По мере раскалывания нити её сопротивление повышается, а ток понижается.

Процесс изготовления на фабрике

В отличие от новейших изделий, более старые модели ламп накаливания с угольными спиралями при включении имели обратный процесс с увеличением тока. Возрастающая функция сопротивления тела накала разрешала применение лампы в роли примитивного электростабилизатора.

Цоколь

Тип цоколя с резьбой для классической лампы накаливания был разработан Джозефом Уилсоном Суоном. Размеры цоколей имели свои стандарты. У изделий обычного типа (для дома) был цоколь E14, E27.

Иногда бывают цоколи без резьбы (в этом случае лампочка держится с помощью трения), а также бесцокольные светильники, чаще используются в машинах. Редким будет размер Е40, он применяется для более мощных изделий от 500 ВТ.

Срок годности

Срок службы изделия зависит от его качества. ЛН нужно хранить в картонной коробке. Это нужно для того, чтобы случайно не разбить ее или чтобы она не дала незаметную трещину, которая испортит всю работу. Из-за такой трещины газ будет испаряться, в итоге после того, как лампочка будет вкручена в плафон, она поработает не больше 2-3 часов. Нужно соблюдать правила безопасности при вкручивании лампы в плафон. Нельзя допускать детей к этому процессу, а также желательно полностью выключать подачу электричества в помещении.

Обратите внимание! Использованные лампочки необходимо правильно утилизироваться, выкидывать вместе с пищевыми отходами их не разрешается. В каждом городе есть специальные баки, для таких отходов.

Если соблюдать все правила хранения и использования, то лампа прослужит максимально долго, без дефектов.

Винтажная лампа Эдисона

Устройство лампы накаливания

Основные детали, из которых состоит конструкция ЛН это-цоколь, сосуд, электроды, держатели для ниток накаливания, тело накаливания, контакты и изоляция. На рисунке 10 можно увидеть строение лампочки.

Перед покупкой лампы желательно получить консультацию специалиста. Не рекомендуется отдавать выбор неизвестному производителю, так как могут попасться бракованные изделия, которые не будут работать положенный срок, или вообще разорвутся под напряжением. Качественные производители всегда дают гарантию не менее 30 дней на лампы накаливания. Покупатель имеет полное право обмена изделия или возврата средств, если работа лампы была менее 10 часов или она перегорела моментально.

В заключении нужно отметить, что лампы накаливания уже давно перестали быть популярными среди людей. Однако необходимо подчеркнуть, что среди таких изделий есть огромный выбор, для машин, уличного освещения, самолетов и так далее. К сожалению, ЛН нельзя использовать вблизи изделий, изготовленных из дерева. Так как иногда бывает сильный нагрев и разрыв спирали, из-за чего может возникнуть чрезвычайная ситуация.

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.

[ads-pc-1][ads-mob-1]

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.

 

Устройство лампы накаливания

Автор: Евгений Живоглядов.
Дата публикации: .
Категория: Статьи.

Устройство и назначение основных частей ламп накаливания

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Рисунок 4. Зеркальные лампы накаливания

Применяемые в лампах накаливания материалы

Металлы

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

Таблица 1

Температура плавления металлов и их соединений

МеталлыT, °СКарбиды и их смесиT, °СНитридыT, °СБоридыT, °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, КСкорость испарения, кг/(м²×с)Удельное электрическое сопротивление, 10-6 Ом×смЯркость кд/м²Световая отдача, лм/ВтЦветовая 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

ГазМолекулярная массаПотенциал ионизации, ВТеплопроводность, 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.

7 Рис.2 Спектральный состав света от лампы накаливания с вольфрамовой нитью (излучение а) Рис.3 Спектральный состав света от люминесцентной лампы дневного света.. Стандарт мко

В большинстве случаев окружающий свет не является монохроматическим; ранее был приведён пример двух типич­ных световых пучков – зелёного и синего цвета. Характерной чертой различных источников света (солнца, пламени свечи, света лампы накаливания, люминесцентной лампы и т.п.) является существенное различие в распределении отно­сительного кол-ва света, излучённого в диапазоне 390-710 нм. Свет лампы накаливания содержит относительно большое кол-во излучения при длине волны 650 нм, чем свет от люминесцентной лампы. Спектральный состав света представ­ляет собой относительную энергию излучения, выделенную в интервалах длин волн (например, в интервалах шириной 10 нм) или во всём видимом диапазоне. Спектральный состав света можно определить, как было сказано ранее, с помо­щью спектрорадиометра, Кривая, полученная в виде зависимости относительной энергии излучения от длины волны, на­зывается кривой относительного спектрального распределения энергии. На рисунках 2 и 3 представлены типичные кривые для света лампы накаливания и люминесцентной лампы. Сравнение двух кривых для света лампы нака­ливания и люминесцентной лампы показывает, что при длине волны 450 нм относительно большее количество излуче­ния даёт люминесцентная лампа, а при 650 нм – лампа накаливания. По форме обеих кривых вблизи 380 нм, откуда сле­дует, что излучение такой люминесцентной лампы накаливания включает ультрафиолетовую составляющую. На кривой распределения спектральной энергии излучения люминесцентной лампы дневного света наблюдаются четыре верти­кальные полосы. Каждая захватывает интервал длин волн нм, в пределах которого имеется резкий пик, или скачок из­лучения, характерный для паров ртути, находящийся в трубке. Плавные непрерывные части кривой характеризуют излу­чение фосфоров в лампе. Скачки, представляющие собой четыре монохроматических излучения ртути, налагаются или смешиваются с диффузным многокомпонентнымизлучением фосфоров. На рисунке 4 представлены типичные кривые спектрального распределения прямого солнечного светаIисвета северного небаII, измеренного под углом 45к горизонту в Кливленде, шт. Огайо. На рисунке также показана горизонтальная линия Е

Рис.4 Спектральный состав солнечного света (I) и света северного неба (II).

, которая добавлена к ним с тем, чтобы представить равноэнергетическое распределение с неизменяемой от длины волны относительной энергией. Это распределение служит в качестве условного определения белового света для обсуждаемых ниже целей. В общем, оно представляет интерес, так как может рассматриваться в качестве разновидности среднего белого цвета, находящегося между двумя крайними излучениями: светом северного неба и излучением обычной лампы накаливания. В связи с тем, что воспринимаемые цвета предметов обычно меняются с освещением, при котором они наблюдаются, поэтому цвета сравниваются при дневном свете. Однако при идентификации и измерении цвета необходимо точно установить спектральный состав дневного. По этой причине сочли практичным установление приемлемых для всех стран стандартов в виде условных и вместе с тем типичных составов излучений по длинам волн. Эти стандарты называемые излучениями МКО, были установленыCIE(Commission Internationaledel’Eclairage) – Международной комиссией по освещению (МКО). Стандартные излучения представляют собой таблицы с числами, устанавливающие фиксированные спектральные составы. Свет, имеющий такой же состав, может быть воспроизведен в цветоизмерительных лабораториях с помощью специальных ламп и фильтров. На рисунках представлены графики, характеризующие некоторые важные излучения МКО. Одно излучение, называемое А МКО, по волновому составу довольно близко приближается к свету лампы накаливания с вольфрамовой нитью 500 Вт (2860 К). Излучение В МКО представляет типичный образец спектрального состава прямого солнечного света. Особенно важным является излучение С МКО, так как его спектральный состав волн типичен для дневного света. Излучения В и С МКО представляют спектральный состав солнечного и дневного (рассеянного) света довольно хорошо, но только в диапазоне 400-700 нм. Для измерения цвета люминесцирующих веществ необходимо использовать излучения, относительные энергии которых в диапазоне 300-400 нм также характерны для солнечного и дневного света. Поэтому были введены новые стандартные излучения, представляющие спектральный состав различных фаз дневного света; наиболее распространенные из них являются излученияD55,D65иD75 МКО. В большинстве применений излучение С МКО было заменено излучениемD65 МКО, которое представляет собой спектральный состав типичного дневного света в диапазоне 300-830 нм. Новые излучения основаны на детальном изучении спектрального состава дневного света. На рисунке можно сравнить кривые относительного распределения спектральной энергии излучения С иD65 МКО. Обе кривые существенно различаются только в области ниже 380 нм.

Лампы накаливания. Параметры качества ламп накаливания.

История ламп накаливания интересна, как и судьбы многих других физических открытий, перевернувших новую страницу в жизни человечества. Первую попытку заставить обычное вещество светиться предпринял русский ученый В.В. Петров в далеком 1802 году. Прообразом современной вольфрамовой спирали стали два угольных стержня, а источником питания – громоздкая гальваническая батарея. Огненная дуга, появлявшаяся между концами стержней, давала яркий свет, но была крайне опасна для окружающих предметов, выделяя в воздух огромное количество тепла и угрожая серьезным возгоранием.

В середине 19 века рационализировать свечение угля попробовал Александр Николаевич Лодыгин. Ему удалось продлить срок жизни лампы до двух месяцев и даже – украсить новым видом освещения магазин на Литейном мосту в Санкт-Петербурге, посмотреть на который собирались толпы праздных зевак. Ученый Павел Николаевич Яблочков догадался расположить стержни параллельно и даже — разделить их слоем глины с целью продлить срок службы своих осветительных приборов. Новое освещение было оценено технологичной

Европой и украсило собой центр Парижа, получив говорящее название «русские лампы». Но наиболее выдающихся результатов достиг Томас Эдисон из США. Удалив воздух из колбы лампы, он добился ее продолжительного и ровного свечения – именно такого, которое демонстрируют современные лампы накаливания. Лампы Эдисона стали прообразом современных ламп накаливания, позволив навсегда забыть о свечах, лучинах, керосиновых лампах и прочих примитивных осветительных приборах. Вероятно, именно поэтому в истории изобретения ламп имя американского физика занимает почетное первое место.

Работа ламп накаливания с точки зрения физики

Сегодня лампы накаливания уже не пользуются такой популярностью, как 30-50 лет назад. Конкуренция в виде энергоемких светодиодов и галогенов дает о себе знать. Тем более что лампа накаливания отличается наименьшим световым потоком – в пределах 4 до 15 лм/Вт, уступая пальму первенства амбициозным новичкам. Зато она может похвалиться исключительной климатической стойкостью, уверенно работая в диапазоне от -100 до +300°С. Корректируя рабочее напряжение, можно легко менять интенсивность светового потока. Однако есть и недостатки: значительное количество выделяемого лампой тепла может стать причиной ожога или возгорания находящихся рядом предметов, а небольшое количество воды, попавшее на колбу, вызывает ее немедленное разрушение и порчу лампы.

Основа лампы накаливания – нить из вольфрама. Металл, обнаруживший способность ярко светиться при подаче электрического тока, считается одним из самых редких на Земле. Решить проблему будущего дефицита и одновременно – улучшить потребительские характеристики лампы позволило изготовление нити накаливания из сплава вольфрама с осмием. Внешне конструкции из смеси и «чистого» вольфрама отличаются по длине. С целью уменьшить провисание нити в колбе располагают сразу несколько поддерживающих опор. Таким образом, утяжеленная нить из сплава надежно зафиксирована и не провисает на контактах, что немало способствует ее долговечности.

Сегодня область применения ламп накаливания – от освещения жилых и офисных помещений до обустройства прожекторов и оптических систем, нуждающихся в надежных источниках света. Тем не менее, говорить о перспективах ламп накаливания в обозримом будущем непросто – возможно, они будут вытеснены с рынка, делающего ставку на энергоемкость, долговечность и безопасность осветительных устройств.

Особенности конструкции ламп накаливания как фактор качества

Огромный ассортимент ламп накаливания – от обычных российских образцов в узнаваемой коричневой гофре до фирменных изделий ведущих производителей электроники – заставляет покупателя озаботиться правилами их выбора. Чтобы найти идеальное решение, достаточно внимательно осмотреть лампу и уточнить особенности ее изготовления.

  • Исполнение нижнего контакта цоколя.

Данный аспект определяет степень надежности контакта лампы с подпружиненным контактом патрона и соответственно – стабильность энергоснабжения источника питания. Каждый производитель решает этот вопрос по-разному: многие из них изготавливают нижний контакт цоколя небольшого размера и по ширине, и по высоте. Учитывая способность язычка патрона немного смещаться в сторону при каждой замене лампы, можно предположить, что со временем он ощутимо сменит свое расположение, и лампа с небольшим контактом попросту не будет доставать до него. Увеличение площади нижнего контакта цоколя работает в пользу качественного свечения.

  • Соединение колбы с металлическим цоколем лампы.

Для прочного и надежного соединения колбы с металлическим цоколем лампы используют специальную мастику, химический состав которой не оказывает решающего влияния на качество свечения. С целью снизить себестоимость готового продукта отдельные производители решают обойтись без мастики, пытаясь создать прочное соединение за счет взаимной подгонки размеров колбы и цоколя. Однако на практике происходит следующее: во включенном состоянии колба нагревается и увеличивается в размерах, что становится причиной ее разрушения или отрыва от цоколя. В условиях нарушенной герметичности лампа немедленно выходит из строя. Обязательно уточните, имеется ли слой мастики на выбранном вами образце лампы, чтобы не тратить деньги на покупку и частую замену низкосортных изделий.

  • Качество фиксации нити накаливания.

В лампе накаливания нить закреплена на поддерживающих электродах. Фиксация может осуществляться различными способами – как надежными, так и сомнительными. Признак первого – образование плотной «петли» на вершине электрода, из которой нити будет непросто выскочить. Надежный обжим – серьезный фактор долговечности лампы. Однако проверить его можно только через прозрачную колбу, тогда как качество матовой лампы останется на совести производителя.

  • Качество фиксации цоколя и нижней части токопровода.

Надежно закрепить контакт цоколя и нижней части токопровода можно с помощью обычной пайки или популярной сегодня точечной сварки. При внешней надежности, последняя отличается повышенной хрупкостью и может разрушиться в самый неподходящий момент. Поэтому предпочтение стоит отдавать лампам с пайкой, надежность которой проверена временем, лабораторными исследованиями и опытом многих поколений.

Итак, сегодня у потребителя есть выбор – или сомнительная экономия на дешевых лампах, или выбор в пользу качественных и долговечных изделий с гарантией безопасности. Немного внимания при покупке – и вы сможете легко решить проблему с освещением в собственном доме без ненужного риска для предметов интерьера и собственного здоровья.

Что такое лампа накаливания и в чём её отличие от энергосберегающей лампы? | Вечные вопросы | Вопрос-Ответ

Запрет на продажу ламп накаливания мощностью от 75 Вт и более может быть снят. С такой инициативой выступает представитель фракции «Справедливая Россия» Андрей Крутов. Депутат считает, что прежде чем переходить на энергосберегающие технологии, следует провести ревизию состояния электросетей. Люминесцентные лампы, по словам Крутова, не позволяют сэкономить. Ведь большинство энергопотерь в России происходит не от ламп накаливания, а из-за общей изношенности инфраструктуры.

Продажа ламп накаливания была запрещена в 2009 году по инициативе Дмитрия Медведева, который на тот момент занимал пост президента РФ. Согласно приятому законопроекту, с 2011 года в России был введён полный запрет оборота источников света мощностью 100 Вт и более. Также планировалось с 2013 года ввести аналогичный запрет для ламп накаливания мощностью 75 Вт и более, а с 2014 года предполагалось полностью от них отказаться и перейти на энергосберегающие лампы.

Что такое лампа накаливания?

Лампа накаливания — источник света, который излучает световой поток в результате накала нити из металла (вольфрама).

Нить накала помещена в стеклянный сосуд, наполненный инертным газом (криптоном, азотом, аргоном). Принцип действия лампы накаливания основан на явлении нагрева проводника при прохождении через него электрического тока. Вольфрамовая нить накала при подключении к источнику тока раскаляется до высокой температуры, в результате чего излучает свет. Световой поток, излучаемый нитью накала, близок к естественному, дневному свету, поэтому не вызывает дискомфорта при длительном использовании.

Преимущества ламп накаливания:

  • относительно невысокая стоимость;
  • мгновенное зажигание при включении;
  • небольшие габаритные размеры;
  • широкий диапазон мощностей.

Недостатки ламп накаливания:

  • большая яркость самой лампы, что негативно воздействует на зрение при взгляде на лампу.

В чем отличие энергосберегающей лампы от лампочки накаливания?

Лампа накаливания Энергосберегающая лампа

Источник света, в котором преобразование электрической энергии в световую происходит в результате накаливания. До светящегося состояния в них нагревается металлический проводник (спираль из сплавов на основе вольфрама).

Электрическая лампа — это колба, которая наполнена парами ртути и аргона. На внутренние стенки лампы нанесён особый порошок (люминофор). При включении энергосберегающей лампочки пары ртути, находящиеся в лампе, создают ультрафиолетовое излучение, а оно, проходя через люминофор, находящийся на поверхностности лампы, преобразуется в свет.

Цена и срок службы

Низкая цена. Быстро перегорают, срок службы лампы накаливания — до 1000 часов. Причина выхода из строя лампы накаливания — перегорание нити накала.

Цена выше в 10–20 раз, чем у лампы накаливания, но она компенсируется долговечностью лампы — от 6 до 15 тысяч часов непрерывного горения.

Световая отдача

Низкий КПД (порядка 15 %). Остальные затраты энергии идут на нагрев. Температура разогретой нити достигает 2600–3000 ºС. Свет идёт только от вольфрамовой спирали.

Высокая световая отдача. Мощность соответствует пятикратной мощности лампы накаливания, то есть 12 Wt энергосберегающей соответствует 60 Wt обычной. Свет распределяется мягче и равномернее. Есть широкий выбор цвета свечения. Цвет зависит от количества нанесённого люминофора. Обычно на упаковке указывают следующие данные: 2700 К — тёплый белый свет, 4200 К — дневной свет, 6400 К — холодный белый свет.

Какую опасность представляют энергосберегающие лампы?

Энергосберегающие лампы содержат в своём составе в небольшом количестве ртуть, отравление малыми дозами паров которой может вызвать неврологические заболевания (меркуриализм, «ртутный тремор»). Выбрасывать люминесцентную просто в мусорный бак нельзя, о чём и предупреждает потребителя соответствующий значок на упаковке. Принимать такие лампы должны районные ДЭЗ и РЭУ. Однако на практике это работает далеко не везде.

  • Ультрафиолетовое излучение

При работе люминесцентных ламп небольшое количество ультрафиолетового излучения выходит наружу лампы через стеклянную колбу, что может быть потенциальной угрозой для людей с кожей, слишком чувствительной к этому излучению. Наиболее опасным является воздействие УФ-излучения на роговицу и сетчатку глаза. Поэтому энергосберегающие лампы не рекомендуется располагать ближе 3 метров от глаз.

  • Необычный цвет

Свет люминесцентной лампы отличается от света от лампы накаливания, и многие люди не могут к нему привыкнуть.

Почему хотят вернуть лампы накаливания?

По словам члена комитета Госдумы по энергетике Андрея Крутова, принятый депутатами закон о запрете ламп накаливания не встретил одобрения среди населения. «Мы получали множество обращений от граждан, для них стоимость новых энергоэффективных лампочек непомерно высока — ведь они зачастую в десять, а то и более раз дороже привычных ламп накаливания, при этом за прошедшие годы мы не заметили обещанной экономии на электропотреблении», — заявил Крутов.

По его словам, это неудивительно: эффект от энергосберегающих ламп полностью нивелируется устаревшим и энергонеэффективным промышленным оборудованием, линиями электропередач, в которых и происходит львиная доля потерь электроэнергии. «Получается, что за счёт населения мы пытались повысить энергоэффективность устаревшей инфраструктуры, которую в итоге никто менять не собирался», — утверждает парламентарий.

Кроме этого, за последние годы так и не были созданы пункты по сбору энергосберегающих ламп. Содержащие опасную для здоровья ртуть лампы просто выбрасываются с обычным мусором, что в результате наносит вред экологической обстановке.

Почему был введён запрет на продажу ламп накаливания?

В 2009 году Дмитрий Медведев предложил экономить энергозапасы и с этой целью озвучил предложение о запрете на продажу ламп накаливания и их замене на энергосберегающие лампы.

«Мы — действительно самая крупная энергетическая страна. Но это не значит, что мы должны жечь наши энергозапасы без всякого ума. Ещё много лет назад было сказано, что делать с отдельными энергетическими продуктами и почему нельзя топить нефтью. Но мы, к сожалению, продолжаем топить нефтью, в прямом и переносном смысле этого слова обогревая нашу планету», — такое заявление сделал в 2009 году Дмитрий Медведев на заседании президиума Государственного совета по вопросу повышения энергоэффективности российской экономики.

Галогенные лампы накаливания: устройство и принцип работы

Из экономических соображений многие собственники частных владений все больше отдают предпочтение галогенным лампам, а традиционные светильники с лампочками накаливания остаются невостребованными. Безусловно, они имеют и минусы.

Принцип работы галогенных ламп

Рассмотрим подробно принцип работы галогенных ламп. Они работают практически так же, как и обыкновенные модели ламп накаливания. У традиционного варианта огромная матовая стеклянная колба. Она наполнена смесью различных газов, в основном это азот, аргон или сразу оба данных элемента. В центральной части находится вольфрамовая нить, через которую нагревается лампа до 2 500 °C. Такая высокая температура способствует созданию свечения. Все белые области, среди которых вольфрам, во время накаливания могут светиться белым цветом, однако с помощью колбы освещение получается холодным или теплым.

Галогеновая лампа

Чем отличаются галогенки и лампы накаливания?

Обыкновенный осветительный прибор при потреблении энергии в сутки примерно около 6 часов может работать до 500 электрочасов. Естественно, в голове возникает следующий вопрос: «Вследствие чего он потребляет так много электричества?» Это имеет место из-за того, что потребление энергии осуществляется благодаря нагреву, на что растрачивается в два раза больше электричества, чем на выделение света. С течением времени, вследствие образующегося тепла и сильного нагрева, вольфрамовые нити могут перегореть, а бывают случаи, когда лампы взрываются. С галогенной лампой такого произойти не может – именно в этом и есть отличие ее от лампы накаливания.

Чем же еще они непохожи? Кроме того, они могут отличаться содержанием газа. В галогенках используется газ, который вырабатывался с вольфрамовым испарением, таким образом и образовался галогеновый пар в виде газа. В сочетании его с вольфрамовыми парами, не оседающими на поверхности и исчезающими без каких-либо следов, срок эксплуатации нитей намного увеличивается. Кроме того, подобная необычная смесь газов обеспечивает снижение температуры нитей. Когда применяется галоген, нить также распространяет тепло в помещении, однако уже в 1,5 раза менее, чем при применении азота или аргона.

Типы галогеновых ламп

Преимущества и недостатки

С устройством галогенных ламп связаны их плюсы и минусы. Для начала определим их достоинства:

  1. Позволяют сэкономить на электроэнергии.

Повышенная температура тела свечения определяет повышенную светоотдачу галогена. У таких светильников светоотдача в диапазоне от 15 до 22 лм/Вт. Для сравнения – самые качественные классические виды ламп накаливания вряд ли смогут обеспечить такую величину на уровне даже 11 лм/Вт. При равной величине освещенности применение галогенок позволяет значительно выиграть по мощности.

  1. Длительный срок эксплуатации.

Из-за неполной регенерации осветительных материалов и повышенного давления газа буферного типа в емкости существенным образом снижается изнашиваемость спирали при эксплуатации таких накаливаемых ламп. Для новых экземпляров срок эксплуатации достигает 2 000–5 000 часов, что в пару раз больше по длительности эксплуатации ламп накаливания.

Отличие ламп накаливания от светодиодной лампы
  1. Цветопередача.

Технология, применяющая свечение подогретого до высоких температур источника, становится причиной повышенного излучения света, что не так уж далеко по своим особенностям от естественного. Из-за повышенной температуры нити спектр лампы смещается в голубой цвет сферы. Однако их цветопередача составляет примерно Ra 99–100.

  1. Компактные размеры.

Сегодня производители могут себе позволить выпуск колб минимальных размеров. Это же преимущество делает возможным их применение в качестве источников света в автомобилях.

Кроме указанных выше, отметим среди их достоинств легкость изменения интенсивности освещенности помещения и совершенную безопасность применения в любых условиях, даже при высокой влажности. При постоянных осмотрах с помощью мультиметра вы гарантированно обеспечите своему прибору качественную и эффективную работу. Автоматические выключатели предотвращают появление перегрузки в электрической цепи.

Устройство галогенки

А теперь рассмотрим их недостатки. Колба может нагреваться до довольно высоких температур, вследствие этого высока вероятность воспламенения окружающих предметов. Из-за этого нужно предпринимать необходимые меры безопасности. Лампы так сильно нагреваются к тому же вследствие накопления грязи на их внешней области, что может стать причиной локального перегрева колбы и преждевременного выхода из строя прибора. Поэтому такими приборами необходимо пользоваться с большой осторожностью.

Кроме того, галогенная лампочка отличается высокой ценой, это связано с использованием при ее производстве особых материалов. Но их цена намного ниже востребованных, к примеру, люминесцентных источников. Галогеновые лампы, если они испортятся, нельзя выбрасывать в мусор. Испорченная техника отправляется или в особый контейнер для дальнейшей утилизации, если таковая доступна, или передается фирме, которая специализируется на подобных услугах.

Разновидности

На сегодняшний день многие как отечественные, так и зарубежные компании производят точечные галогенные лампы для применения в разных типах сети – и стандартной, и низковольтной.

  • Линейная галогенная лампа.

Эта разновидность похожа на кварцевую трубку, у которой два выхода из двух областей. Производятся обычно с длиной примерно 98 мм. Они отличаются высокой прочностью к любого типа механическим повреждениям. Во многих случаях нуждаются в установке прибора в горизонтальном состоянии. Лампы отличаются высокой мощностью. Они незаменимы для освещения внутреннего интерьера с большой площадью.

Как выглядит линейная галогенная лампа
  • Лампы с внешней колбой

Такие точные галогеновые лампы пришли на смену традиционным лампам накаливания. По внешнему виду колба такого прибора схожа с колбой ламп накаливания. Внешние колбы предназначены для предохранения внутренних деталей из кварца от грязи. У них меньшие габариты, если сравнивать их с лампами накаливания идентичной мощности. У этого вида ламп имеется цоколь. Производятся они в различных декоративных вариантах – в виде свечи, шестигранника и так далее.

  • Галогенки направленного света с отражателями.

Это небольших размеров колба с отражателями, которые отвечают за угол наклона и свойства рассеивания света. В основном применяются отражатели из алюминия, они создают световой поток в определенном направлении; и интерференционные, которые равномерным образом рассеивают лучи света в конусе некоего объема. Также можно использовать защитное стекло – оно может быть матовым, прозрачным или цветным. Лампочки направленного света производятся для применения и в стандартной электрической сети, и в сети пониженного напряжения. Главным образом они применяются в качестве потолочного светильника освещения в некоторых зонах интерьера. В состав таких осветительных приборов входит двухштыревой отражатель. Чтобы работать в сети с напряжением в 6, 12 либо 24 В, применяются варианты с разнообразными типами цоколей. Чтобы работать в стандартной осветительной сети, применяются варианты с такими же цоколями G9 и G10.

Галогенки направленного света с отражателями
  • Капсульные исполнения.

Это миниатюрная колба, у которой два вывода, предназначенных для подключения к питающим сетям. Их обычно применяют в корпусном и бескорпусном светильниках. Главное предназначение – это точечные приборы для создания декоративного освещения. В основном их устанавливают в потолок либо в интерьерные детали. Для подключения к низковольтной сети применяют цоколь G4, G5,3, GY6,35. Для работы в стандартной осветительной сети в составе имеется цоколь G9.

Широкий выбор габаритов, мощностей и конструкций галогенок дает возможность их применять в самых разнообразных сферах, а ярко выраженные преимущества позволяют широко использовать их в бытовом и промышленном предназначениях. Кроме того, осветительные приборы на основе галогенных деталей отличаются высокой экономичностью, эффективностью и безопасностью.

Документы Томаса А. Эдисона в Университете Рутгерса

Электрическая лампа

Когда Эдисон начал работать над электрическим освещением в сентябре 1878 года, он сделал свои лампы с нитями накала из платиновой проволоки, потому что этот металл имел высокую температуру плавления. Однако в январе 1879 года он провел фундаментальное исследование нагрева платины, которое показало, что воздух поглощается ее порами при нагревании, что ослабляет металл и заставляет его плавиться при более низких температурах. Эдисон даже представил доклад о своих исследованиях в Американскую ассоциацию содействия развитию науки.Чтобы решить эту проблему, Эдисон поместил металлическую нить в вакуумную колбу.

 

Хотя использование вакуума улучшило характеристики ламп Эдисона, они все еще были слишком дорогими для электрической системы, которую он проектировал. Платина была не только очень дорогим металлом, но и обладала низким сопротивлением электрическому току. Это означало, что его распределительной системе потребуются большие и дорогие проводники из медной проволоки. В отличие от многих своих современников в научно-технических сообществах, Эдисон понял, что законы Ома и Джоуля требуют, чтобы в системе освещения с лампами накаливания использовались лампы с высоким сопротивлением не менее 100 Ом, чтобы уменьшить размер и, следовательно, стоимость медных проводников.

 

Поскольку Эдисон разработал такую ​​хорошую вакуумную лампу, он смог превратиться в углерод, который, естественно, имел высокое сопротивление, но слишком быстро сгорал в атмосфере. 21-22 октября 1879 года Эдисон и его сотрудники провели свои первые успешные эксперименты с лампой накаливания в вакууме. Нить была изготовлена ​​из куска карбонизированной нити. Первый газетный отчет о его успешной угольной лампе описывает момент «озарения», когда Эдисон понял, что может превратить углерод в проволочную нить, используя ламповую сажу, тот же материал, который он использовал в своем телефонном передатчике.

 

Сидя однажды ночью в своей лаборатории, размышляя над некоторыми незавершенными деталями, Эдисон начал рассеянно скручивать между пальцами кусок спрессованной ламповой сажи, пока он не превратился в тонкую нить. Случайно взглянув на нее, ему пришла в голову мысль, что она может дать хорошие результаты в качестве горелки, если ее раскалить. Через несколько минут был проведен эксперимент, и, к удовольствию изобретателя, были получены удовлетворительные, хотя и не удивительные результаты.Были проведены дальнейшие эксперименты с измененными формами и составом вещества, каждый из которых демонстрировал, что изобретатель находится на правильном пути.

 

К началу Нового года Эдисон показывал свою лампу толпам посетителей, стекавшихся в Менло-Парк. Как сообщала газета New York Herald в день Нового года, «дополнительные поезда шли с востока и запада, и, несмотря на ненастную погоду, этой привилегией воспользовались сотни человек.Лаборатория была ярко освещена двадцатью пятью лампами, контора и счетная — восемью, а двадцать других были распределены по улице, ведущей к депо, и в некоторых соседних домах. Вся система была подробно объяснена Эдисоном и его помощниками, а свет был подвергнут множеству тестов». На первой странице New York Daily Graphic были показаны демонстрации.

 

Лампа, использовавшаяся во время новогодних демонстраций, использовала карбонизированные картонные нити в форме подковы.Хотя картона оказалось достаточно для демонстрационных целей, он имел серьезные дефекты, что делало его непрактичным для использования в коммерческой лампе. Как позже рассказывал один из его помощников, Эдисон обнаружил, что «бумага никуда не годится. Под микроскопом она выглядит как множество палочек, сложенных вместе. большие открытые дыры». Если углерод был решением, ему все еще нужно было найти его наилучшую форму.В типичной манере Эдисона он сказал своим сотрудникам: «Теперь я верю, что где-то в мастерской Всемогущего Бога есть росток овощей с геометрически параллельными волокнами, подходящими для нашего использования. Ищите его. Бумага сделана человеком и не годится для нитей». Эдисон поручил одному из своих химиков, доктору Отто Мозесу, провести систематическое изучение литературы по углеродным веществам, что помогло направить исследования. Вскоре эксперименты были сосредоточены на травах и тростнике, таких как конопля, пальметто и бамбук, которые обладали длинными однородными волокнами, из которых можно было сделать прочную долговечную нить.Бамбук оказался лучшим материалом для коммерческого светильника.

Разница между галогенными лампами и лампами накаливания

Галогенные лампы

технически являются лампами накаливания — освещение производится в обоих случаях, когда вольфрамовая нить нагревается достаточно, чтобы излучать свет или «накаливание». Разница между ними заключается в составе стеклянной оболочки и газа внутри оболочки.Стандартная лампа накаливания имеет термочувствительную стеклянную колбу, содержащую смесь инертных газов, обычно азот-аргон. Когда вольфрамовая нить нагревается, она испаряется и осаждает металл на более холодной стеклянной оболочке (поэтому лампы накаливания в конце срока службы кажутся черными). Этот процесс требует, чтобы нити накала лампы накаливания нагревались меньше, чем оптимально, чтобы продлить срок службы лампы. Более низкая температура нити накала придает лампам накаливания их типичный оранжево-желтый теплый свет.

В галогенных лампах

используется оболочка из плавленого кварца («капсула»), позволяющая работать при более высоких температурах. Внутри кварцевой оболочки находится пар, первоначально йодный, теперь обычно бромный. Вольфрамовая нить испаряется, как обычно, но более высоких температур достаточно, чтобы вольфрам смешивался с паром, а не осаждался на оболочке. Часть испарившегося вольфрама повторно осаждается на нити. Сочетание этого «регенеративного цикла» и более высокой температуры нити накаливания приводит к тому, что лампа имеет более длительный срок службы и немного более высокую эффективность, чем стандартные лампы накаливания.Нить накала с более высокой температурой также производит «белый» свет, который часто ассоциируется с галогенными лампами.

Галоген — это название, данное семейству электроотрицательных элементов, включая бром, хлор, фтор и йод. Галогенные лампы называют по-разному: «галоген вольфрама», «галоген кварца» или просто «галоген». Термин «J» лампа (некоторые производители используют букву «J» в обозначении галогенных ламп), вероятно, происходит от немецкого слова «Jod», которое на английском языке означает «йод», один из элементов семейства галогенов.

Удивительно сложная физика лампочки

Одно из глупейших утверждений, которое всегда всплывает в спорах о науках против «гуманитарных» — две культуры Ч.П. Знаменитая лекция Сноу состоит в том, что клинический подход, присущий науке, каким-то образом лишает мир красоты и чудес. Это нонсенс, потому что верно как раз обратное: изучение науки о том, как устроена Вселенная, на самом деле служит для углубления чувства чуда, которое вы можете найти в кажущихся обычными предметах.

Возьмем, к примеру, простую традиционную лампочку накаливания. Это настолько базовая технология, что мы принимаем ее почти как должное, но если вы углубитесь в квантовую физику, стоящую за ней, вы обнаружите, что происходит что-то удивительное.

Принцип работы лампочки очень прост: вы пропускаете электрический ток через тонкую нить накаливания, отчего она нагревается. Горячие предметы излучают свет, поэтому лампочка светится. Чем выше температура, тем интенсивнее свечение и тем более «белый» исходящий свет, поэтому, если вы достаточно нагреете нить накала, вы получите яркий источник света с длинами волн во всей видимой области спектра.

(Причиной колбы является высокая температура — нагрев нити накала до необходимых температур на воздухе вызовет химические реакции, которые быстро разрушат нить. Этого можно избежать, поместив нить накала в стеклянную колбу с воздухом либо откачанным или, в лампах с более высокой мощностью, заменены инертным газом, таким как аргон. Вот почему помещение лампочки в микроволновую печь иногда дает холодные мерцающие цвета — газ внутри создает плазму.)

Макс Планк в 1901 году (фото из Викимедиа) рядом с n лампой накаливания и ее спектром.Изображение… [+] Чад Орзел.

Свет, излучаемый горячим объектом, называется «излучением абсолютно черного тела» и обладает некоторыми интересными простыми свойствами. Цвет света не зависит сильно от свойств нагреваемого материала, а зависит только от его температуры, а спектр света — интенсивность света, излучаемого на различных длинах волн, — принимает форму широкого пика, длина волны которого меняется. расположение довольно простым способом. Вы можете увидеть пример этой формы в этом знаменитом мультфильме xkcd.

Однако этот спектр оказывается на удивление труднообъяснимым. Как я упоминал, когда писал о действительно радикальном вкладе Эйнштейна в физику, самый очевидный подход к этой проблеме приводит к катастрофическим результатам. Макс Планк смог объяснить спектр в 1900 году, но ему пришлось прибегнуть к отчаянному математическому трюку, приписав светоизлучающему материалу характеристическую энергию, которая зависела от частоты света. Эту идею подхватил Эйнштейн в 1905 году, введя то, что мы сейчас называем фотонами, для объяснения фотоэлектрического эффекта.И эти модели неизбежно привели к развитию квантовой механики во всей ее красе.

Таким образом, тот факт, что лампа накаливания светится, напрямую зависит от корпускулярной природы света и волновой природы материи. Одного этого достаточно, чтобы добавить немного удивления в работу лампочки старой школы.

Есть некоторая ирония в том факте, что квантовая физика начинается с излучения абсолютно черного тела, потому что сам термин «квант» исходит из представления о том, что энергия приходит в дискретных количествах, а в свете от горячего источника нет ничего дискретного. объект.Гораздо более очевидной квантовой системой является излучение света отдельными атомами — с 1850-х годов было известно, что атомы определенных элементов поглощают и излучают свет с очень четко определенными длинами волн. Это использовалось для определения элементного состава различных типов звезд и даже для открытия новых элементов — элемент гелий, любимый малышами, которые любят воздушные шары, назван в честь бога солнца Гелиоса, потому что он был впервые обнаружен благодаря необъяснимому линия поглощения в спектре Солнца.

Примеры спектров различных типов звезд, показывающие темные линии поглощения, которые астрономы используют… [+] для определения их состава. Изображение из NOAO, через http://apod.nasa.gov/apod/ap010530.html

.

Дискретные линии поглощения и излучения атомов были полезны, но оставались загадочными до 1913 года, когда Нильс Бор предложил первую квантовую модель атома водорода. В модели Бора электрон в водороде может существовать только на определенных орбитах с четко определенными энергиями, а атомы поглощают и излучают свет только при перемещении между этими орбитами.Длины волн излучаемого света определяются разностью энергий между орбитами посредством квантовых правил, введенных Планком и Эйнштейном. Это блестяще работает для водорода и обеспечивает концептуальное объяснение спектров других элементов (хотя определение конкретных орбит для других атомов требует добавления некоторых дополнительных постулатов к модели Бора, которые в конечном итоге приобретают вид барокко).

Однако между этими двумя идеями есть некоторое противоречие. Если атомы поглощают и излучают свет только с дискретными длинами волн, причем конкретные длины волн уникальны для каждого элемента, как вы можете получить спектр черного тела от горячего объекта, который не зависит от состава материала, а только от его температура? Почему лампочка с вольфрамовой нитью не дает другого цвета света, чем, скажем, углеродное волокно, которое Эдисон первоначально использовал в первых коммерческих лампочках?

На каком-то уровне вы можете призвать сложную физику материалов, чтобы пройти мимо этого.Электроны в твердых телах занимают широкие энергетические зоны, а не четко определенные состояния (когда у меня будет больше времени, я напишу объяснение этого, опираясь на это обсуждение замкнутых объектов…), что делает его довольно правдоподобным. что излучение может принимать более широкий спектр. Однако это сложнее объяснить для такого объекта, как Солнце, которое, как известно, представляет собой массу раскаленного газа (нагретого квантовой физикой), а не твердого объекта с энергетическими полосами. И все же спектр Солнца очень похож на спектр абсолютно черного тела для объекта с температурой около 6000 кельвинов, а не на набор отдельных ярких линий, которые вы видите в образце газообразного водорода.

Так как же перейти от дискретного спектра линий, характерных для конкретного элемента, к широкому спектру абсолютно черного тела? Что ж, путь невероятный…

Атомы поглощают и излучают свет с дискретными длинами волн, поскольку они перемещаются между энергетическими уровнями, но этот процесс не является идеально монохроматическим, то есть атом, который поглощает и излучает на определенной длине волны, скажем, 100 нанометров (длина волны хорошо в ультрафиолетовую область спектра) также может взаимодействовать со светом с длиной волны 500 нм (зеленоватый свет, близкий к середине видимого спектра).Вероятность того, что атом, который хочет поглощать и излучать свет с длиной волны 100 нм, будет поглощать или излучать свет с длиной волны 500 нм, чрезвычайно мала, поэтому вы никогда не задумываетесь об этом, когда думаете об отдельном атоме или рассеянном газе атомов.

Однако, если вы говорите о чем-то размером с солнце или даже с нить накаливания лампочки, вы говорите о почти невообразимо огромном количестве атомов. Нить накаливания лампочки массой в несколько граммов содержит около 10 000 000 000 000 000 000 000 атомов вольфрама, а число атомов водорода на Солнце добавило бы к этому еще тридцать с лишним нулей.

Вероятность того, что любой из этих атомов испустит фотон с длиной волны 500 нм вместо фотона с длиной волны 100 нм, невероятно мала, но вероятность того, что какой-то атом из этой огромной массы сделает это, довольно высока. И как только это произойдет, у длинноволнового фотона будет гораздо больше шансов выжить, не поглотившись, чем у фотона с длиной волны 100 нм, который, скорее всего, не улетит далеко, прежде чем его поглотит другой атом. И этот новый атом имеет крошечный, но ненулевой шанс испустить фотон с длиной волны 500 нм и так далее.

По мере того, как свет медленно выходит из гигантского скопления атомов, 100-нм фотоны, которые атомы любят поглощать и излучать, в конечном итоге превращаются в длинноволновые видимые фотоны.Широкий спектр, который мы видим, исходящий от нити накаливания лампочки или от Солнца, является результатом огромного количества событий, которые по отдельности невероятно маловероятны, но коллективно неизбежны. И когда вы проработаете детали процесса, принимая во внимание энергию, доступную в тепловом движении атомов, вы получите спектр черного тела.

Итак, так же, как будильник на моей тумбочке, работа такой обычной вещи, как лампочка накаливания, оказывается, связана с удивительно глубокой и удивительной физикой.Мало того, что это исторически важно как пример явления, которое положило начало квантовой физике, само поведение, которое привело к квантовому трюку Планка, является результатом причудливой и удивительной квантовой физики.

Вот вам и идея о том, что изучение физики лишает вас чувства удивления перед миром…


(Если вы хотите, чтобы это было сделано с помощью целой кучи математики, эта статья 2005 года из American Journal of Physics очень хороша и послужила основой для большей части этого поста.Мне указали на это после того, как несколько лет назад я вслух подумал об этом процессе в ScienceBlogs.)

25 интересных фактов о лампочке

Последнее обновление: 28 июля 2021 г.

Лампа накаливания содержит проволоку накала, через которую проходит электрический ток, благодаря чему она нагревается и светится. Вокруг нити в колбе находится вакуум или инертный газ, предохраняющий нить от окисления. Вот 25 фактов об лампочке, которые проливают свет на ее историю, использование и дальнейшее развитие.

1. Всего десять процентов энергии лампы накаливания производят свет. Оставшиеся девяносто процентов производят тепло. Напротив, лампа CFL (компактная люминесцентная лампа) потребляет на восемьдесят процентов меньше энергии, чем традиционная лампа, и служит примерно в двенадцать раз дольше.

2. Лампы накаливания бывают различной мощности, например, 100 Вт или 60 Вт. Количество энергии, потребляемой лампочкой каждый час, определяется ее мощностью.

3. При поиске новой лампы накаливания лучше ориентироваться на ее световой поток, а не на мощность. Люмен измеряет яркость лампочки, , тогда как ватты просто измеряют потребление энергии лампочкой.

4. Лампы накаливания были неэффективными и редко использовались до 1870-х годов, когда Томас Эдисон и Джозеф Свон усовершенствовали их. Это привело к широкому использованию электрических лампочек на предприятиях и дома. В лампах были нити накаливания, сделанные из углерода, до того, как в начале двадцатого века были введены вольфрамовые нити. Вольфрамовые нити излучают более яркий свет и служат дольше.

Ретро лампочки. Интересные факты о лампочке. Изображение предоставлено Дмитрием Елиусеевым

5. Лампы накаливания не были изобретены Томасом Эдисоном. До разработки Эдисона было разработано еще двадцать три лампы. Например, в 1809 году пионер электрического освещения сэр Хамфри Дэви изготовил первую в мире электродуговую лампу. Позже, в 1820 году, Уоррен Де ла Рю разработал первую в мире лампу накаливания.

6. Первоначально нити накаливания лампочки светились тусклее, чем сегодняшние нити накала, и были намотаны более свободно. Ранние лампочки были приятны для глаз, с желто-оранжевым свечением и скрученными петлями накаливания.

7. Пеле, легендарный бразильский футболист, был назван в честь пионера электричества Томаса Эдисона. Родители назвали его Эдсон Арантес (опуская букву «i»), а Пеле было просто детским прозвищем.

Столетняя лампочка Ливермора.Изображение предоставлено Википедией.

9. По сравнению с другими видами освещения, лампы накаливания имеют более короткий срок службы. Обычно срок службы домашней лампочки составляет около 1000 часов. Напротив, светодиоды и компактные люминесцентные лампы будут работать не менее 20 000 часов и 10 000 часов соответственно.Вместо ламп накаливания можно использовать светодиодные лампы, газоразрядные лампы высокой интенсивности и люминесцентные лампы.

10. Ирвинг Ленгмюр обнаружил, что можно удвоить эффективность лампочек, поместив в них инертный газ, например, азот. После этого прорыва в 1913 году ученые в течение следующих четырех десятилетий внесли дальнейшие усовершенствования, которые сделали лампы накаливания более эффективными и доступными.

11. Галогенные лампы представляют собой лампы накаливания с капсулами, содержащими определенный состав газообразного галогена вокруг нагретых нитей накала.Это повышает эффективность ламп , поскольку они потребляют меньше энергии, чем обычные лампы накаливания, хотя они и дороже.

12. Для защиты от воздуха внутри стекла находятся нити накала ламп накаливания. Затем воздух внутри ламп заменяется безвредным инертным газом, таким как аргон или неон. В качестве альтернативы воздух вытягивается с помощью вакуума.

Нить накала лампочки. Интересные факты о лампочке. Изображение предоставлено Джоном

13. Компания General Electric запатентовала свой метод производства вольфрамовых нитей накаливания для ламп накаливания в 1906 году. Во времена Эдисона не существовало оборудования, необходимого для производства тонких проводов для этих нитей.

14. Лампы накаливания уже более века являются обычным явлением в домашнем хозяйстве. За последние десять лет в был сделан большой толчок к повышению эффективности лампочек за счет внедрения компактных люминесцентных ламп. Тем не менее, попытки запретить лампы накаливания встретили значительное сопротивление.

15. Когда дело доходит до регулировки яркости, лампы накаливания трудно превзойти. В отличие от некоторых технологий освещения, они не излучают плохого света при использовании диммерных выключателей. Светодиодный сектор делает все возможное, чтобы разработать продукт, обладающий этим качеством.

16. В 1880, , когда Эдисон добился успеха со своими конструкциями лампочек, он основал Edison Electric Illuminating Company в Нью-Йорке.Этот бизнес был создан при финансовой поддержке богатых инвесторов, таких как JP Morgan.

17. Хотя человеческий глаз не всегда это замечает, лампы накаливания имеют свойство довольно часто мерцать. Быстрые движения газа заставляют эти лампочки работать, и именно поэтому они мерцают. Подсознательно эти быстрые движения света могут нарушить концентрацию людей.

Винт Эдисона с наружной резьбой двадцать семь миллиметров (E27). Изображение предоставлено Wikipedia.org

18.Лампы накаливания имеют 27-миллиметровые (E27) цоколя с наружной резьбой Эдисона среднего размера. Хотя энергосберегающие лампочки теперь используются чаще, чем эти прекрасные лампы накаливания, они по-прежнему доступны в виде старинных лампочек.

19. Помимо улучшения конструкции самой лампочки, Эдисон и его команда исследователей разработали метод снабжения домов электричеством. Этот метод назывался системой электроснабжения, и он позволял использовать бытовые лампочки для широкой публики.

20. Лампы накаливания , известные своим теплым светом, могут улучшить внешний вид кожи людей. Напротив, флуоресцентные лампы критикуют за голубоватый резкий свет, который они излучают.

Зажженная лампочка. Интересные факты о лампочке. Изображение с flickr

21. Несколько лет назад было объявлено, что лампы накаливания в конце концов будут заменены, поскольку они не соответствуют федеральным стандартам энергоэффективности. С 2014 года в Америке не производятся.

22. Лампы накаливания по-прежнему широко используются в бытовых целях. Например, в большинстве видов портативного освещения, таких как электрические фонари и автомобильные фары, используются лампы накаливания.

23. Со временем нити накаливания ламп накаливания изнашиваются, что приводит к их перегоранию. Нити ослабевают из-за постоянного нагрева, пока не порвутся и не смогут проводить электричество. Когда это происходит, лампочки не могут светить и должны быть заменены.

24. Одной из примечательных характеристик ламп накаливания является их способность цветопередачи. Лампы накаливания с цветовой температурой 2700K имеют идеальный показатель CRI (индекс цветопередачи), равный 100. Этот показатель CRI немного снижается при повышении цветовой температуры, хотя обычно он остается выше девяноста пяти (что все еще остается выдающимся).

25. Если бы все американские дома заменили одну из своих ламп накаливания на лампочку компактного люминесцентного света, это сэкономило бы достаточно энергии, чтобы ежегодно питать три миллиона домохозяйств.

Лампы накаливания — влияние материалов на общество

В начале времен солнце было единственным источником света для живых существ на земле. Примерно 350 тысяч лет назад люди открыли огонь, который служил для них основным источником света (помимо солнца) до 19 века. В 1802 году сэр Хамфри Дэви предпринял первую попытку произвести электрический свет. В 1870-х годах сэр Джозеф Свон и Томас Эдисон создали свои собственные модели первых лампочек, хотя Томас Эдисон считается единственным изобретателем лампочки и провозглашен «отцом электричества».

 

Состав лампочек сильно изменился со времен Эдисона. Стандартные лампы накаливания состоят из трех основных частей: колбы, цоколя и нити накала. Колба изготовлена ​​из стекла с покрытием из кремнезема внутри, чтобы светящаяся нить внутри колбы не создавала бликов. Основание лампочки изготовлено из латуни или алюминия, а нить накаливания — из вольфрама. Провода из различных материалов, таких как никель, медь и алюминий, соединяют нить накала с основанием.При производстве лампочек воздух удаляется из колбы и заменяется смесью аргона и азота, которые замедляют испарение нити накала и позволяют лампочке работать дольше.

 

Соединенные Штаты являются 2-м по величине производителем стекла и 6-м по величине производителем алюминия и меди. Китай производит почти все мировые запасы вольфрама, что делает его материалом, который необходимо покупать в Китае, чтобы производить лампочки в Америке.

 

Хотя современная конструкция ламп накаливания способна производить удовлетворительное количество света, только около 5% энергии, используемой для питания лампы, фактически преобразуется в свет; остальные 95% энергии преобразуются в тепло, что делает его очень энергоэффективным. Некоторые опасения по поводу опасности ламп накаливания заключаются в том, что они хрупкие, сильно нагреваются и могут взорваться. Исследования также показали, что эти лампочки могут повредить зрение и вызвать катаракту.Эти лампы химически не опасны, поэтому их разрешается выбрасывать как обычный мусор и вывозить на свалку. Поскольку они служат всего от 1000 до 2000 часов, их часто выбрасывают, что увеличивает загрязнение земли. Потенциальный способ борьбы с этим — сокращение использования ламп накаливания и переход на другую альтернативу, например светодиодные, срок службы которых составляет от 25 000 до 50 000 часов.

 

Изобретение лампочки дало мощный толчок развитию экономики.Как только стало доступно электрическое освещение, предприятия смогли оставаться открытыми дольше, чем раньше. Это увеличило производство товаров и доступность услуг, поэтому деньги могут быстрее двигаться в экономике. Лампочка позволила американскому наследию изобретательности процветать, поскольку люди продолжали разрабатывать и производить более совершенные источники света, как они это делают и сегодня.

 

 

 

 

Ссылки на источники:

http://www.madehow.com/Volume-1/Light-Bulb.html

http://home.howstuffworks.com/light-bulb.htm

http://www.mineralseducationcoalition.org/pdfs/dig/lightbulb.pdf

http://www.nationmaster.com/country-info/stats/Economy/World-trade/Exports

https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_countries_by_aluminium_production

http://www.indexmundi.com/minerals/?product=tungsten

http://www.indexmundi.com/minerals/?product=copper

http://www.doityourself.com/stry/5-потенциальные опасности для рассмотрения при использовании ламп накаливания#b

Энергосберегающие лампочки | Руководства и статьи Eartheasy

Светодиодная терминология

Индекс цветопередачи (CRI)

CRI представляет собой качество света и его точность для правильной передачи цветов, то есть для того, чтобы мы могли воспринимать цвета такими, какими мы их знаем. Идеальный индекс цветопередачи равен 100, и некоторые лампы накаливания приближаются к этому уровню. Светодиоды и компактные люминесцентные лампы используют разные конструктивные компоненты, пытаясь сравняться с CRI ламп накаливания.Рейтинги CRI светодиодных ламп варьируются от 70 до 95, а лучшие КЛЛ имеют рейтинги в середине 80-х. Например, светодиодная лампа CREE CR6 имеет CRI 90 теплый белый, что делает ее одной из самых высоких в отрасли.

Коррелированная цветовая температура (CCT)

CCT — это мера, используемая для описания относительного цветового восприятия источника белого света. CCT указывает, кажется ли источник света более желтым/золотым/оранжевым или более синим, с точки зрения диапазона доступных оттенков «белого». CCT дается в кельвинах (единица абсолютной температуры).2700К — «тепло», а 5000К — «холодно». Типичный цвет света, к которому мы привыкли при внутреннем домашнем освещении, — «теплый», 2700–2800 К.

При покупке лампочки ищите лампочки, которые производят больше света, но потребляют меньше энергии.

Люмен

Единица стандартного измерения, которая используется для описания количества света, содержащегося в области, воспринимаемой человеческим глазом. Чем больше люменов, тем ярче свет. Вы можете использовать люмены для сравнения яркости любой лампы, независимо от технологии, лежащей в ее основе, и независимо от того, является ли она лампой накаливания, компактной люминесцентной лампой или светодиодной.

Световой поток

Световой поток измеряется в люменах. В случае с лампочками он дает оценку кажущегося количества света, которое будет производить лампочка. В зависимости от применения большая часть света лампы накаливания теряется, потому что он излучается во всех направлениях. Светодиодные лампы, с другой стороны, излучают направленный свет, направляя весь свет именно туда, где это необходимо.

На практике при покупке лампочки ищите лампочки, которые производят больше света, но потребляют меньше энергии.Понимание люменов как меры яркости облегчает выбор наиболее эффективной лампы для вашего применения.

Температура

— От чего зависит цвет лампочки?

Я отвечу на этот вопрос, предполагая, что вы говорите о лампе накаливания.

Вольфрамовая нить нагревается протекающим через нее током и начинает вести себя как излучатель черного тела. Теперь вольфрамовая нить не является абсолютно черным телом: коэффициент излучения зависит от длины волны и был охарактеризован (см. https://dspace.mit.edu/bitstream/handle/1721.1/4755/RLE-TR-328-04734719.pdf?sequence=1). Из этой статьи рисунок 29 воспроизведен здесь:

Это показывает, что существует слабая связь между коэффициентом излучения и температурой, и что коэффициент излучения на более коротких длинах волн немного выше (что делает свет «более голубым»). Обратите внимание на вертикальную шкалу — вариация примерно от 0,42 до 0,48, поэтому я называю это «слабой» зависимостью.

Это очень небольшой эффект по сравнению с фактическими спектральными характеристиками из-за всего спектра черного тела, который сильно зависит от температуры, как показано на следующем рисунке («Черное тело» Дарта Кула — собственная работа.{hc/\lambda k_B T}-1}$$ Теперь температура плавления вольфрама чуть ниже 3700 К, так что видно, что спектр будет сильно смещен в сторону красного цвета — именно поэтому нужно делать «коррекцию баланса белого», когда вы фотографируете в помещении с лампой накаливания ( ваша камера обычно делает это автоматически).

Из этой начальной точки с уклоном в красный цвет теперь можно выбирать определенные длины волн, отфильтровывая определенные компоненты. Примером этого является источник света GE Reveal: если вы посмотрите на саму лампочку, она имеет голубоватый оттенок, а свет, который она испускает, выглядит «очень белым» — потому что он отфильтровал часть желтого света, чтобы дать спектр, который больше похож на солнечный свет (поверхность солнца намного горячее вольфрамовой нити и испускает то, что мы обычно считаем «белым» светом):

источник сравнения: http://www.gelighting.com/na/business_lighting/spectral_power_distribution_curves/

Точно так же вы можете создать лампочку любого цвета, отфильтровав ненужные цвета. Эта фильтрация очень неэффективна — вы удаляете свет с определенными длинами волн, что снижает общую мощность света.

Люминесцентные лампы обычно используют другой механизм для создания цвета. Газ внутри трубки обычно излучает ультрафиолетовый свет, а люминофоры внутри трубки преобразуют эту энергию в более длинные волны.Смешивание люминофоров допускает практически любой спектр (хотя спектр часто имеет значительные пики, поэтому представлены не все длины волн. Это означает, что, хотя свет может казаться «белым», он может иметь плохой индекс цветопередачи).

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.