Никелевая лампа. Устройство электрической лампы накаливания

Покупая в магазине тот или иной светильник, мы в первую очередь должны обращать внимания, на то, какие лампочки к нему подойдут. В комплекте с прибором они отсутствуют, поэтому важно знать те их разновидности, которые представлены сегодня в продаже. Отличаются лампочки формой, размерами, мощностью, а также цоколем, которым они закрепляются в патроне светильника. Через него в лампу поступает электрический ток.

Сами цоколи делают металлическими или керамическими. Внутри них имеются контакты для подачи тока на рабочий элемент лампы. Каждый светильник оборудуется одним или несколькими патронами для крепления ламп. Цоколи приобретаемых лампочек должны по форме и размерам им соответствовать. Поэтому при покупке светильника важно ориентироваться в том, какие виды лампочек и типы цоколей к нему подойдут.

Кроме того, большинство ламп требуется время от времени менять, поскольку они не обладают большой долговечностью. Чтобы сделать оптимальный выбор и не заблудиться во всем их многообразии, важно знать, какие вообще существуют виды ламп и типы цоколей. Кроме цоколя, при покупке лампы нужно учитывать еще потребляемую мощность лампы, напряжение, ее габариты и схему подключения к люстре.

Какие бывают типы цоколей

Существует большое многообразие типов цоколей ламп, которые сегодня применяются в тех или иных областях. В связи с этим имеется их классификация, согласно которой все типы можно поделить на несколько групп. При этом в повседневной жизни мы чаще всего сталкиваемся только с двумя из них: резьбовыми и штырьковыми. Рассмотрим подробнее каждый из этих двух типов.

Резьбовой цоколь

Традиционным принято считать резьбовой цоколь, или по-другому — винтовой. Его маркируют латинской буквой Е. Такой тип цоколя широко применяется во многих видах ламп, включая большинство бытовых. После буквы обязательно должно идти число, которое означает диаметр резьбового соединения. В бытовых лампочках используется два размера резьбового соединения — Е14 и Е27. Для более мощных ламп, например, уличного освещения существуют цоколи Е40.

Резьбовой тип цоколя мы привыкли видеть практически во всех домашних осветительных приборах. Большинство современных ламп снабжены именно такой конструкцией соединения. Она считается наиболее удобной для широкого потребления. Размеры резьбовых соединение для ламп не изменялись несколько десятков лет, поэтому даже современная светодиодная лампочка, которую вы приобрели сегодня, вполне может быть ввинчена в старинную раритетную люстру 30 – 40-х годов прошлого века. Это очень важно для тех, кто увлекается возрождением старинных вещей.

В США и Канаде размеры цоколей не совпадают с европейскими. Это обусловлено тем, что там напряжение в сети 110 В. Поэтому, во избежание случайного вкручивания европейских лампочек, диаметр у них: Е12, Е17, Е26 и Е39.

Штырьковый цоколь

Это тоже достаточно популярный цоколь, который с успехом используется в различных видах ламп. Представляет собой он два металлических штырька, которые играют одновременно роль электрических контактов. Удержание лампы в патроне осуществляется этими штырьками, так как они вставляются в патрон достаточно плотно. Штырьки могут быть различными по диаметру и расстоянию между ними. Отсюда и маркировка буквой G, которая и означает, что это штырьковый цоколь, а число после нее определяет промежуток между двумя штырьками. Например, цоколи G4, G9 или G13.

Данный вид цоколей встречается практически у всех типов ламп: накаливания, люминесцентные, галогенные, светодиодные.

Помимо традиционных, перечисленных выше, существует еще несколько более редких типов цоколей, которые менее популярны, но, тем не менее, применяются в некоторых видах ламп.

• Цоколи, имеющие утопленный контакт (R). Они используются, в основном, в приборах с высокой интенсивностью работы, которые питаются от переменного тока.
• Штифтовые цоколи (В) дают возможность максимально удобно и быстро заменить лампочку в патроне благодаря тому, что их боковые контакты несимметричны. По сути это усовершенствованный аналог резьбового типа цоколя.
• Одноштырьковые (F), которые бывают трех различных подвидов: цилиндрические, с рифленой поверхностью и особой формы.
• Софитные цоколи (S) применяются в светильниках различных отелей и осветительных приборах автомобилей. Их отличает своеобразное двустороннее симметричное расположение контактов.
• Фиксирующие (P) цоколи применяются в специальных мощных прожекторах и фонарях.
• Телефонными (Т) цоколями оснащают лампочки для различных пультов управления, той или иной подсветки, сигнальные лампы, вмонтированные в щитки автоматики.

Зачастую, имеющаяся на цоколе, маркировка лампы состоит из нескольких букв. Вторая буква чаще всего означает подвид данного осветительного прибора:

• V – цоколь, имеющий конический конец.
• U – энергосберегающая люминесцентная.
• A – автомобильная лампочка.

Виды осветительных лампочек

Речь пойдет о самых часто встречающихся лампах, которые мы обычно используем дома, в офисах и различных производственных помещениях. Можно к ним отнести лампы накаливания, энергосберегающие, галогенные, люминесцентные и светодиодные. Разберем подробнее каждый из названных видов.

Обычная лампа накаливания

Наверное, это самая распространенная лампа, несмотря на то, что ее возраст уже более 150 лет, а за последние 100 лет она практически не претерпела существенных изменений, мы пользуемся ею до сих пор. Все дело в том, что ее производство очень дешево, а конструкция простая. Она представляет собой колбу без воздуха, в которую помещена вольфрамовая нить. Под действием электрического тока она раскаляется до высоких температур и излучает свет. У современных ламп накаливания с вольфрамовой нитью есть одна особенность: при комнатной температуре сопротивление в нити вольфрама очень низкое, примерно, в 15 раз ниже рабочего, что повышает риск ее перегорания при прохождения более сильного тока в момент включения. В первых лампах использовались графитовые нити, сопротивление которых наоборот уменьшалось с ростом температуры. Это давало эффект постепенного увеличения яркости. В тоже время, графитовые нити быстрее вырабатывали свой ресурс.

По своим техническим характеристикам лампы накаливания сильно уступают другим видам ламп. Срок службы обычной лампочки составляет примерно около 1000 часов. Примечательно, что в пожарной части небольшого города Ливермор, что в Калифорнии, есть лампочка, которая непрерывно горит с 1901 г. Это, конечно же, исключение из правил. Кроме короткого срока эксплуатации, лампы накаливания со временем мутнеют из-за образующихся в колбе паров. Это сильно снижает их светимость. Лампы накаливания светят желтым светом, что близко к спектральным характеристикам солнечного света. Практически все лампы накаливания выпускают с цоколями Е14 и Е27. Исключение составляют маленькие лампочки, которые пару десятилетий назад вкручивали в фонарики и елочные гирлянды. Сегодня уже сложно найти патрон под такие лампочки.

Среди ламп такого типа встречаются особые рефлекторные лампы. Их отличительной особенностью является посеребренная внутренняя поверхность колбы. Такие приборы используют для создания луча направленного света, когда необходимо осветить какой-нибудь объект. На полках магазинов встречаются рефлекторные лампы, которые имеют маркировку R50, R63 и R80, где число – это диаметр лампы. Что касается цоколя, то он такой же, как и у простых ламп накаливания. Некоторые лампочки имеют матовое стекло для получения более рассеянного света. Встречаются и разноцветные лампы, применяемые для создания различных световых эффектов.

Галогенная лампа

Такая лампочка может прослужить примерно в четыре раза дольше, чем обычная лампа накаливания. Производители утверждают, что срок ее эксплуатации может составлять около 4000 часов, а так называемый индекс цветопередачи – 100%. По своему устройству такая лампа мало чем отличается от обычной, но в колбу добавлены пары таких веществ, как йод или бром. Это сильно повышает светоотдачу и срок службы. Современные галогенные лампы обладают светоотдачей 20-30 лм/ватт, которая сохраняется на протяжении предусмотренного срока эксплуатации и не теряется со временем, как у обычной лампочки накаливания.

Чаще всего галогенные лампы гораздо меньше обычных по размеру. У них существует множество разнообразных форм, а цоколи бывают: G9, G4, R7S, GU10. Есть даже лампы с галогеном, встроенные в колбу обычной лампочки с цоколем Е27.

Недостаток у галогенных ламп один – это низкочастотный шум при использовании совместно с диммерами, которыми регулируется светимость. Самое широкое применение такой тип ламп нашел в автомобильной промышленности. Современные фары головного света автомобилей оборудуются именно галогенными лампами.

Люминесцентные трубчатые лампы

Эти источники света имеют характерную вытянутую форму в виде трубки различной длины и диаметра. Последний обозначается буквой Т на маркировке. Например, T12 (диаметр 12/8 дюйма=3,8 см). Для таких ламп требуются специальные светильники с пусковым устройством. Оно требуется для того, чтобы создать внутри колбы электромагнитное поле, способное вызвать свечение люминофора под воздействием паров ртути. В таких лампах отсутствуют накаливающиеся части, что в разы увеличивает их экономичность и КПД, так как необходимость в разогреве вещества отпадает и практически вся энергия преобразуется в световой поток. Цоколи у такого типа ламп чаще всего штырьковые и расположены с двух сторон колбы.

Энергосберегающие типы ламп

Этот термин принято использовать в отношении маленьких люминесцентных ламп. Они сегодня приобрели высокую популярность, так как способны сократить энергозатраты очень значительно. Продаются они в любых магазинах, а установить их в обычный патрон с резьбой не проблема, поскольку они снабжены такими же цоколями.

Благодаря современным технологическим разработкам, энергосберегающие лампочки обладают весьма компактными размерами, различными вариациями мощности, большим многообразием форм, но определенно длительным сроком службы и необычайной эффективностью. Однако нужно помнить, что такие осветительные приборы «не любят» слишком частого включения и отключения, а также, как и все люминесцентные лампы, требуют специальных условий утилизации, так как пары ртути, содержащиеся в них очень опасны для человека и окружающей среды. Сегодня имеются энергосберегающие лампы с любыми типами цоколей: Е14, Е27, GU10, G9, GU5.3, G4, GU4.

Их тоже можно назвать «энергосберегающие», но это не главное их преимущество. При значительной экономии электроэнергии, они обладают поистине огромным сроком службы, который может исчисляться десятками тысяч часов и годами. От 25 000 до 100 000 часов прослужит светодиодная лампа, что равняется 3-12 годам непрерывной работы. К тому же светоотдача у них практически стопроцентная. Светодиоды не используют нагрев, поэтому такие лампы совершенно безопасны в пожарном смысле. Большинство светодиодных ламп оборудовано стандартными цоколями, что позволяет использовать их в любых светильниках. Они полностью экологически безопасны, так как не содержат никаких вредных веществ.

Из недостатков следует отметить только очень высокую стоимость. Это, конечно, компенсируется очень долгим сроком эксплуатации. Приобретать же более дешевые светодиодные лампы не рекомендуется, так как за счет экономии на конденсаторах они светят невидимым мерцанием, что в скрытом виде влияет на зрение. Еще одним недостатком можно считать смещенный в сторону синего цвета спектр излучения, что не соответствует естественному солнечному свету. Светодиоды светят достаточно холодным неестественным светом.

Использование энергосберегающих источников освещения позволяет сильно сэкономить на электроэнергии. В тоже время, при их покупке следует быть внимательным к выбору производителя и покупать только известные модели, так как иначе многие достоинства становятся не столь очевидными.

Ни для кого не секрет, что даже сейчас, с появлением множества новых энергосберегающих источников света, лампа накаливания (еще ее называют «лампочка Ильича» или вольфрамовая лампа), остается очень востребованной, и многие пока не готовы от нее отказаться. Скорее всего, пройдет еще немного времени и этот световой прибор практически уйдет с рынка электротехники, но, естественно, забыт он не будет. Ведь по сути, с открытием обычной лампы накаливания началась новая эра в освещении.

Из чего состоит вольфрамовая лампочка?

Конструкция лампы накаливания с вольфрамовой нитью очень проста. Она состоит из:

• колбы, т. е. самой стеклянной сферы, либо вакуумированной, либо наполненной газом;
• тела накала (нить накаливания) – спирали из сплава вольфрама;
• двух электродов, по которым на спираль подается напряжение;
• крючков – держателей вольфрамовой нити, выполненных из молибдена;
• ножки лампочки;
• внешнего звена токоввода, служащего предохранителем;
• корпуса цоколя;
• стеклянного изолятора цоколя;
• контакта донышка цоколя.

Принцип работы лампы накаливания также несложен. Свет вырабатывается по причине того, что вольфрамовая нить нагревается от подаваемого на нее напряжения. Подобное свечение, хоть и в более малых объемах, можно увидеть при работе электрической плитки с открытым нагревательным элементом из нихрома. Свет от спирали выделяется очень слабый, но на этом примере становится ясно, как работает лампа накаливания.

Кроме привычной формы, эти световые приборы могут быть и декоративными, в виде свечи, капли, цилиндра или шара. Так как свет от вольфрама всегда одного цвета, производители выпускают такие осветительные приборы с различными, иногда окрашенными стеклами.

Интересны в работе лампочки с нитями накаливания с зеркальным покрытием. Принцип действия лампы накаливания можно сравнить с точечными светильниками, так как освещают они направленно определенную площадь.

Достоинства

Конечно, основные преимущества ламп накаливания – это минимальная сложность при их изготовлении. Отсюда, естественно, и низкая цена, ведь на сегодняшний день более простого электрического прибора и представить нельзя. Та же история и с включением такого элемента в сеть. Для этого не нужно устанавливать какое-то дополнительное оборудование, достаточно простейшего патрона.

В некоторых случаях даже при его отсутствии люди подключают лампы накаливания, на скорую руку соорудив патрон из дерева, пластика, либо вовсе соединяя лампу с проводом при помощи изоляционной ленты. Конечно, такие подключения в форс-мажорных обстоятельствах имеют право на существование, но они небезопасны в смысле пожарной и электрозащиты (необходимо следить, чтобы основание не нагрелось).

Также лампочки с нитью накаливания больших мощностей (150 Вт) очень широко применяются в освещении теплиц. Ведь помимо того, что они дают свет, в результате накаливания вольфрамовой нити лампы сильно нагреваются. К тому же освещение от них наиболее близко к солнечному свету, современная лампочка на светодиодах или люминесцентная энергосберегающая этим похвастаться не могут. По этой же причине лампа накаливания имеет преимущество и в вопросе влияния на зрение человека.

Недостатки

К недостаткам ламп накаливания можно отнести недолговечность работы таких приборов, это напрямую зависит от такого параметра, как напряжение в сети. Если повысить ток, то спираль начнет быстрее изнашиваться, что и приведет к перегоранию в самом тонком месте. Ну а если же понизить напряжение, то освещение станет намного слабее, хотя, конечно, это увеличит срок службы лампы.

К основным недостаткам ламп накаливания можно также отнести и негативное действие на нить накала резких скачков напряжения. Но от этого недостатка можно избавиться путем установки вводного стабилизатора. Конечно, остается вопрос с включением освещения. Ведь в момент подачи напряжения нить накала холодная, а значит, сопротивление ее ниже. Решается эта проблема установкой простейшего поворотного диммера. Тогда с поворотом рукоятки нить будет накаливаться плавнее, (т. е. будет отсутствовать краткая резкая подача напряжения), а значит и прослужит она много дольше.

Но все же главным минусом этих приборов, конечно же, можно считать их низкий КПД, а именно то, что работающая лампа расходует подавляющую части энергии на тепло, в результате чего начинает сильно нагреваться. Эти потери составляют до 95%, но такой уж алгоритм работы вольфрамовых лампочек. Так что при приобретении этого светового прибора следует учитывать все преимущества и недостатки лампы накаливания.

Виды ламп накаливания

Лампочки с использованием вольфрамовой нити могут быть не только вакуумными. Устройство лампы накаливания различает несколько видов подобных осветительных приборов, каждый из которых используется в определенных отраслях. Они могут быть:

• вакуумными, т. е. самыми простыми;
• аргоновыми, либо азотно-аргоновыми;
• криптоновыми, которые светят на 13–15% сильнее аргоновых;
• ксеноновыми (чаще применяемыми в последнее время в фарах автомобилей и светящими в 2 раза ярче аргоновых);
• галогенными – колба в лампе накаливания наполнена галогеном брома или йода. Свет в 3 раза ярче, чем у аргоновой, но эти лампы не терпят снижения напряжения и внешнего загрязнения стекла колбы;
• галогенными с двойной колбой – с повышенной эффективностью работы галогенов по сбережению вольфрама в нити накаливания;
• ксенон-галогенными (еще более яркими) – они наполнены помимо галогенов йода или брома еще и ксеноном, т. к. от того, какой газ находится в колбе, напрямую зависит то, сколько градусов составит нагрев лампы а, следовательно, зависит и ее яркость.

Коэффициент полезного действия

Как уже говорилось, ввиду того, что строение лампы накаливания подразумевает разогрев спирали, 95% подающейся на осветительный прибор энергии уходит в тепло, выделяемое при ее работе, и лишь 5% идет непосредственно на освещение. Это тепло является инфракрасным излучением, которое глаза человека не воспринимают. Потому коэффициент полезного действия таких осветительных приборов при повышении температуры лампы накаливания до 3 400 К составит 15%. При снижении ее до 2 700 К (что соответствует температуре работы лампы в 60 Ватт) КПД ламп составит уже 5%. Получается, что с повышением температурных режимов повышается и КПД, но при этом значительно падает срок службы. Значит, при условии понижения тока падает и коэффициент полезного действия, зато долговечность прибора возрастет в тысячи раз. Такой способ увеличения срока службы ламп часто используется в подъездах многоквартирных домов, где питание на источники подается последовательно на два осветительных прибора, либо к лампе последовательно подключается диод, что позволяет понизить ток сети.

Что выбрать: светодиоды или вольфрамовые лампы?

Это вопрос, ответ на который каждый находит для себя сам, оценив для себя лампы накаливания, их достоинства и недостатки. Советов здесь быть не может. С одной стороны, светодиоды потребляют во много раз меньше электроэнергии и более долговечны в работе, чего нельзя сказать о «лампочках Ильича», а с другой – лампы накаливания оказывают более щадящее действие на зрение человека.

И все же есть статистика, а согласно ей, продажи светодиодов и энергосберегающих ламп в последнее время возросли более чем на 90%, т. к. человеку свойственно идти в ногу с прогрессом, а значит, недалеко время, когда лампы накаливания уйдут в прошлое.

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

Конструкция лампы накаливания

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

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

Молибденовые держатели удерживают вольфрамовую спираль

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

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

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

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

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

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

Достоинства ламп накаливания

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

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

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

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

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

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

Недостатки ламп накаливания

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

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

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

Исправить ситуацию помогают устройства для плавного запуска или , 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.

Легендарные лампочки Ильича можно назвать классикой жанра, «динозаврами» источников освещения, т.к. патент на их создание был принят в далеком 1879 году. Далее мы рассмотрим основные технические характеристики ламп накаливания, виды, а также плюсы и минусы применения в быту.

Устройство лампы накаливания включает в себя стеклянную колбу, в которой находиться вольфрамовая нить и инертный газ (ксенон, криптон либо аргон). Нить установлена на специальных опорах и электродах, через которые проходит электрический ток (наглядно вы можете увидеть конструкцию на картинке выше). При вкручивании цоколя в патрон, электричество проходит к вольфрамовой нити, которая накаляется и излучает свет. В этом и заключается принцип действия лампочки.

Характеристика

Основные технические характеристики лампы накаливания:

• диапазон мощностей — от 25 до 150 Вт (для бытового применения) до 1000 Вт;
• температура накала вольфрамовой нити в пределах 3000 градусов;
• световая отдача – от 9 до 19 Лм/ 1 Вт (к примеру, световой поток лампы накаливания 40 Вт может варьироваться от 415 до 460 Лм);
• номинальное напряжение — 220-230 В и 127 В;
• частота – 50 Гц;
• размер цоколя – 14 мм (E14), 27 мм (E27) и 40 мм (E40);
• ресурс работы или по простому срок службы – при нормальном напряжении около 1000 часов (220В) и 2500 часов (127 В);
• цоколь – резьбовой, штифтовой одно- и двухконтактный.

Технические характеристики бытовых ламп накаливания:

С параметрами разобрались, теперь поговорим о разновидностях.

Разновидности

На сегодняшний день существует широкий ассортимент лампочек, которые разделяются по следующим признакам:

• форма колбы (шарообразная, цилиндрическая, трубчатая, шароконическая и т.д.);
• покрытие колбы (прозрачное, зеркальное, матовое);
• назначение (общее, местное, кварцевогалогенные);
• наполнитель колбы (вакуум, аргон, ксенон, криптон, галоген и т.д.).

Рассмотрим фото и характеристики наиболее популярных видов ламп накаливания.

Прозрачные наиболее распространенный вариант. Такие изделия самые дешевые и наименее эффективные, т.к. световой поток рассеивается неравномерно. Недостаток прозрачных колб в том, что свет «бьет» по глазам. Зеркальные колбы более эффективные, т.к. покрытие создает направленный световой поток. Такие изделия пользуются популярностью при освещении витрин и торговых залов. Матовые делают освещение более мягким и рассеянным, благодаря чему создаются благоприятные условия для работы и отдыха при включенном свете. Изделия местного освещения работают при напряжении 12-24-38 Вольт, что необходимо для создания безопасных условий труда. Такие источники света могут применяться для освещения смотровой ямы при .

Маркировка

Маркировка ламп накаливания имеет вид: Первая буквенная часть — особенность конструкции и физические свойства изделия (Б — аргоновая биспиральная, В – вакуумная, Г – газополная аргоновая моноспиральная, БК – биспиральная криптоновая, МЛ – в колбе молочного цвета, МТ – матовая колба, О – опаловая колба). Вторая буквенная часть — назначение изделия (Ж – железнодорожная, СМ – самолетная, КМ – коммутаторная, А – автомобильная, ПЖ – прожекторная). Первая цифирная часть – номинальное напряжение и мощность. Вторая цифирная часть – номер доработки. К примеру, маркировка Б235 – 245-60 означает, что изделие биспиральное, работает при напряжении 245 В и имеет мощность 60 Вт.

Достоинства

Главное преимущество ламп накаливания заключаются в наименьшей стоимости изделий, по сравнению с конкурентами (светодиодами, и т.д.). Помимо этого можно выделить еще ряд преимуществ, которые и являются причиной выбора данных источников света:

• Могут нормально работать при низких температурах, благодаря чему применяются при .
• При незначительных скачках напряжения изделие не выходит из строя.
• Работают даже при очень низком напряжении (только вот интенсивность освещения снизится).
• Разновидность и мощность изделий имеет широкий диапазон, благодаря чему можно выбрать подходящий под определенные условия эксплуатации продукт.
• Могут нормально функционировать при повышенной влажности.
• Подключаются к сети без дополнительного оборудования.
• Превосходят газозарядные источники света по безопасности.

В нынешнее время лампа накаливания мощностью 100 Вт имеет такую конструкцию:

1. Герметичная стеклянная колба грушевидной формы. Из неё частично выкачан воздух или заменён инертным газом. Это сделано для того, чтобы вольфрамовая нить накала не сгорала.
2. Внутри колбы находится ножка, к которой прикреплены два электрода и несколько держателей из металла (молибдена), которые подпирают вольфрамовую нить, не давая ей провисать и разрываться под собственным весом во время нагрева.
3. Узкая часть грушевидной колбы закреплена в металлическом корпусе цоколя, имеющего спиральную резьбу для вкручивания в штепсельный патрон. Резьбовая часть является одним контактом, к нему припаян один электрод.
4. Второй электрод припаян к контакту на донышке цоколя. Он имеет вокруг себя кольцевую изоляцию от резьбового корпуса.

В зависимости от особенных условий эксплуатации некоторые конструктивные элементы могут отсутствовать (например, цоколь или держатели), быть видоизменёнными (например, цоколь), дополнены другими деталями (дополнительная колба). Но такие части, как нить, колба и электроды являются основными частями.

Принцип работы электрической лампы накаливания

Свечение электрической лампы накаливания обусловлено разогревом вольфрамовой нити, через которую проходит электрический ток. Выбор в пользу вольфрама при изготовлении тела свечения был сделан по той причине, что из многих тугоплавких токопроводящих материалов, он наименее дорогой. Но иногда нить накала электроламп изготавливается из других металлов: осмия и рения.
Мощность лампы зависит от того, какого размера нить используется. То есть, зависит от длины и толщины проволоки. Так у лампы накаливания 100 вт нить будет иметь большую длину, чем у лампы накаливания 60вт.

Некоторые особенности и предназначение конструктивных элементов вольфрамовой лампы

Каждая деталь в электролампе имеет своё предназначение и выполняет свои функции:

1. Колба. Изготавливается из стекла, достаточно дешёвого материала, отвечающего основным требованиям:
   – высокая прозрачность позволяет пропускать световую энергию и по минимуму поглощать её, избегая дополнительного нагревания (этот фактор имеет первостепенное значение для осветительных приборов);
   – жаропрочность даёт возможность выдерживать высокие температуры вследствие нагревания от раскалённой нити (например, в лампе 100 вт колба нагревается до 290°С, 60 Вт — 200°С; 200 Вт — 330°С; 25 Вт - 100°C, 40 Вт - 145°C);
   – твёрдость позволяет выдерживать внешнее давление при откачке воздуха, и не разрушаться при вкручивании.
2. Наполнение колбы. Сильно разрежённая среда позволяет минимизировать теплопередачу от раскалённой нити к деталям лампы, но усиливает испарение частиц раскалённого тела. Наполнение инертным газом (аргон, ксенон, азот, криптон) исключает сильное испарение вольфрама из спирали, не даёт возгораться нити и минимизирует теплопередачу. Использование галогенов позволяет испарившемуся вольфраму возвращаться обратно в спиральную нить.
3. Спираль. Изготавливается из вольфрама, выдерживающего 3400°С, рения – 3400°С, осмия — 3000°С. Иногда вместо спиральной нити, в лампе используется лента или тело другой формы. Используемая проволока имеет круглое сечение, для уменьшения габаритов и потерь энергии на теплоотдачу закручивается в двойную или тройную спираль.
4. Крючки-держатели изготавливаются из молибдена. Они не позволяют сильно провисать увеличившейся от нагрева во время работы спирали. Их количество зависит от длины проволоки, то есть от мощности лампы. Например, у лампы 100 Вт держателей будет 2 – 3 шт. У ламп накаливания мощностью поменьше держатели могут отсутствовать.
5. Цоколь изготавливается из металла с внешней резьбой. Он выполняет несколько функций:
   — соединяет несколько деталей (колбу, электроды и центральный контакт);
   — служит для крепления в штепсельном патроне с помощью резьбы;
   — является одним контактом.

Существует несколько видов и форм цоколей в зависимости от предназначения осветительного прибора. Есть конструкции, не имеющие цоколя, но с неизменным принципом работы лампы накаливания. Самыми распространенными видами цоколя являются Е27, Е14 и Е40.

Вот некоторые виды цоколей, применяемые для различных типов ламп:

Кроме различных видов цоколя есть и различные виды колб.

Кроме перечисленных конструктивных деталей, лампы накаливания могут иметь и некоторые дополнительные элементы: биметаллические переключатели, отражатели, цоколи без резьбы, различные напыления и др.

История создания и усовершенствования конструкции лампы накаливания

За свою более чем 100 – летнюю историю существования лампы накаливания с вольфрамовой спиралью, принцип работы и основные конструкторские элементы почти не претерпели изменений.
А началось всё в 1840 году, когда была создана лампа, использующая для освещения принцип накаливания платиновой спирали.
1854 год – первая практичная лампа. Применялся сосуд с откачанным воздухом и бамбуковая обугленная нить.
1874 год – используется в качестве тела накала угольный стержень, помещённый в вакуумный сосуд.
1875 год – лампа с несколькими стержнями, которые раскаляются один за другим в случае сгорания предыдущего.
1876 год – использование каолиновой нити накала, которая не требовала откачки воздуха из сосуда.
1878 год – использование угольного волокна в разрежённой кислородной атмосфере. Это позволяло получать яркое освещение.
1880 год – создана лампа с угольным волокном, имеющая время свечения до 40 часов.
1890 год – использование спиральных нитей из тугоплавких металлов (окиси магния, тория, циркония, иттрия, металлического осмия, тантала) и наполнение колб азотом.
1904 год – выпуск ламп с вольфрамовой спиралью.
1909 год – наполнение колб аргоном.
С тех пор прошло более 100 лет. Принцип работы, материалы деталей, наполнение колбы практически не изменились. Эволюции подверглось лишь качество используемых материалов при производстве ламп, технические характеристики и небольшие дополнения.

Преимущества и недостатки ламп накаливания перед другими искусственными источниками света

Для освещения создана . Многие из них изобретены в последние 20 – 30 лет с применением высоких технологий, но обычная лампа накаливания всё равно имеет ряд преимуществ или совокупность характеристик, которые являются более оптимальными при практичном использовании:

1. Дешевизна при производстве.
2. Нечувствительность к перепадам напряжения.
3. Быстрое зажигание.
4. Отсутствие мерцания. Этот фактор очень актуален при использовании переменного тока частотой 50 гц.
5. Наличие возможности регулировки яркости источника света.
6. Постоянный спектр светового излучения, близкий к естественному.
7. Резкость теней, как при солнечном освещении. Что тоже является привычным для человека.
8. Возможность эксплуатации в условиях высоких и низких температур.
9. Возможность производства ламп различной мощности (от нескольких Вт до нескольких кВт) и рассчитанных на различное напряжение (от нескольких Вольт до нескольких кВ).
10. Несложная утилизация в виду отсутствия токсичных веществ.
11. Возможность использования любого вида тока с любой полярностью.
12. Эксплуатация без дополнительных пусковых устройств.
13. Бесшумность работы.
14. Не создаёт радиопомех.

Наряду с таким большим перечнем положительных факторов, лампы накаливания обладают и рядом существенных недостатков:

1. Главный отрицательный фактор – это очень низкий КПД. Он достигает у лампы мощностью 100 Вт лишь 15 %, у прибора 60 Вт этот показатель составляет только 5 %. Одним из способов повышения КПД является повышение температуры накала, но при этом резко уменьшается срок службы вольфрамовой спирали.
2. Короткий срок службы.
3. Высокая температура поверхности колбы, которая может достигать у 100-Ваттной лампы 300°С. Это представляет угрозу для жизни и здоровья живых существ, и представляет пожарную опасность.
4. Чувствительность к встряске и вибрации.
5. Использование термостойкой арматуры и изоляции токоподводящих проводов.
6. Высокое энергопотребление (в 5 -10 раз больше номинального) во время запуска.

Несмотря на наличие существенных недостатков, электрическая лампа накаливания является безальтернативным прибором освещения. Низкий КПД компенсируется дешевизной производства. Поэтому в ближайшие 10 – 20 лет она будет вполне востребованным товаром.