Из чего сделана лампа накаливания
Журнал о технических устройствах и технологиях. Ковыряние в бытовой технике, электронике: что внутри, как это работает, опыт эксплуатации. Выбор лучшего товара — отзывы, достоинства и недостатки. ПоДЕЛОчная: ремонт (техники, электроники) своими руками, сделай сам, самоделки. Полезные советы, лайфхаки.
Из каких материалов, веществ, химических элементов сделаны различные элементы «вакуумной» лампы накаливания? Вот из таких:
Из чего это сделано
- Колба лампы сделана из силикатного стекла (не закалённого, не термостойкого, не кварцевого — из самого обычного). Стеклянная конструкция внутри лампы (состоит из штабика, тарелочки и штенгеля) сделана из такого же стекла. Силикатное стекло — сплав кварцевого песка SiO2, соды Na2CO3 и карбоната кальция CaCO3, что в итоге даёт соединение состава Na2O·CaO·6SiO2. Колба наполнена инетртным газом (чаще всего 86% аргона Ar и 14% азота N2) или, если лампа маломощная, имеет внутри просто откаченный, разряженный воздух.
- Нить накаливания сделана из вольфрама W. Не совсем чистого. С присадками (менее 1% в сумме) оксида кремния SiO2, калия K, натрия Na, иногда оксида алюминия Al
- Держатели нити накаливания сделаны из чистого молибдена Mo. Молибден сохраняет упругость при температуре близкой к температуре его плавления (2623°C = 2896 K, что как бы кстати немного выше 2700 K — температуры раскалённой вольфрамовой нити).
- Электроды сделаны из никелированного железа (Fe, Ni). Железная проволока, покрытая никелем. Проверено. А вовсе не из чистого никеля, как написано везде в интернете.
- Вводы (куски проволоки внутри стекла) сделаны из платинита. Платинит — сплав, состоящий из никеля Ni (42..46%), углерода C (0.15%), железа Fe (54..58%). Из платинита изготавливают биметаллические проволоки и ленты (снаружи — медь, в количестве 1/4 по массе от массы сердечника). Их также называют платинитом. Именно эта медь видится красной проволокой внутри стекла ламп. Платинит имеет такой же тепловой коэффициент линейного расширения, как у стекла, поэтому в этом месте при нагревании лампы ничего не трескается и проволока не выпадает из стекла.
- Выводы сделаны из меди Cu, технической, неизвестной чистоты.
- Один из выводов припаян к цоколю либо оловянно-свинцовым припоем ПОС-40 (40% олова Sn, 60% свинца Pb), либо точечной контактной сваркой.
- Цоколь сделан из оцинкованного железа. Цоколь приклеен к колбе мастикой следующего состава: смесь мраморного порошка, фенолформальдегидного лака, карбамида и уротропина. Сначала при нагревании эта смесь размягчается и прилипает к стеклу колбы и железу цоколя, затем, при дальнейшем нагревании до 240°C, затвердевает.
- Изолятор между двумя контактами цоколя сделан из смальты — окрашенное (в данном случае чёрным пигментом-наполнителем) в массе стекло.
- Контактная пластина (скорее полусфера, пупырышек) сделана либо из латуни, к которой второй вывод припаян оловянно-свинцовым припоем, либо из оцинкованного железа.
Именно эта медь видится красной проволокой внутри стекла ламп. Платинит имеет такой же тепловой коэффициент линейного расширения, как у стекла, поэтому в этом месте при нагревании лампы ничего не трескается и проволока не выпадает из стекла.
Полезные ссылки:
- Устройство лампы накаливания — сатья на сайте artillum.ru.
- Солнечный свет из Калашниково — репортаж с завода-производителя ламп накаливания.
- Incandescent Lamps — про устройство таких лампочек, на английском языке.
- Из чего сделана галогенная лампа — аналогичная текущей статья про галогенки.
© 2017-2022 Almois Jobbing, WordPress.org, WebHOST1.ru
Устройство лампы накаливания, как она работает, из чего состоит
Освещение
shishkin 1 Комментарий
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 спиральИз 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.
Какие элементы содержатся в лампочках?
Обновлено 26 апреля 2018 г.
Автор: Doug Johnson
Люди часто приписывают изобретение лампочки знаменитому американскому изобретателю Томасу Эдисону в 1880 году, но примерно за 40 лет до этого британские изобретатели создали дуговую лампу. За прошедшие годы научные разработки привели к тому, что новые элементы заменили угольные стержни, используемые в дуговой лампе, и угольную нить накаливания в запатентованной лампе Эдисона.
По сравнению с новыми типами лампочек эти ранние версии были неуклюжими, неэффективными и недолговечными. Однако появление и распространение этого изобретения открыло новую отрасль, увеличило продолжительность рабочего дня и стало важной ступенью в распространении электричества по всему миру.
TL;DR (слишком длинное; не читал)
Лампочки начинались с элементов, сделанных из углерода, но с течением времени изобретатели добавили в свои инструменты новые элементы, такие как вольфрам, ртуть, хлор и европий.
Лампы накаливания, ранний прорыв
Лампы накаливания излучают свет, пропуская электрический ток через тонкую металлическую нить. Эта нить нагревается до тех пор, пока не испускает свет. Первые лампы такого типа имели углеродные нити накала, хотя со временем их заменил вольфрам. Вольфрам является более гибким элементом, чем углерод, и его можно нагревать до 4500 градусов по Фаренгейту. Это развитие произошло в 1908 как продукт инноваций General Electric.
Начиная с 1913 года нити накаливания в колбах скручивались, а неактивные газы, такие как аргон и азот, заполняли стеклянные колбы. В 1925 году производители начали использовать плавиковую кислоту, чтобы придать лампочкам эффект мороза, что помогло распространить свет на более широкую площадь. Лампы накаливания с годами улучшились, но по-прежнему в значительной степени считаются неэффективными, так как большая часть потребляемой энергии теряется в виде тепла.
Галогенные лампы являются разновидностью ламп накаливания. Их колбы сделаны из кварца и могут содержать инертные газы, такие как фтор, хлор, бром и йод, называемые галогенными элементами.
Флуоресцентные лампочки, медленный старт
Как и лампы накаливания, фундамент того, что в конечном итоге стало люминесцентным освещением, заложили в 19 веке. Два немца — стеклодув Генрих Гайсслер и врач Юлиус Плюкер — создали свет, пропуская электрический ток через стеклянную трубку, помещенную между двумя электродами, из которых была удалена большая часть воздуха.
Хотя Эдисон и его коллега Никола Тесла экспериментировали с этой технологией, только в начале 19 века00-х годах Питер Купер Хьюитт изобрел новую технологию, наполнив стеклянную трубку парами ртути и прикрепив устройство, называемое балластом, для регулирования тока через трубку. В недавних разработках изобретатели добавили в лампы газообразный аргон и покрыли их внутреннюю часть люминофором. Когда через газ проходит электрический ток, он испускает ультрафиолетовое излучение, которое люминофоры поглощают и испускают в виде видимого света. Эти лампы служат дольше и более энергоэффективны, чем лампы накаливания.
Освещение настоящего и будущего
Металлогалогенные лампы являются относительно новым изобретением. Они дают яркий свет и достаточно энергоэффективны. Они часто используются для освещения спортивных матчей или строительства на открытом воздухе. Охватывающая их колба содержит дуговую трубку, часто сделанную из кварца или керамики.
Эти трубки содержат исходный газ, ртуть или йод, и соль галогенида металла. Аргон является обычным стартовым газом.
Светоизлучающие диоды или светодиоды создают видимый свет посредством процесса, называемого электролюминесценцией. В светодиодах используются многие соединения на основе галлия, а также некоторые редкоземельные металлы, такие как церий, европий и тербий. Светодиоды эффективны и экономичны и нашли применение в различной электронике, поскольку люди стремятся уменьшить свое воздействие на окружающую среду Земли.
Как делают лампочки? — Fun Kids
Узнайте вместе с сэром Сидни МакСпрокетом!
Сэр Сидни МакСпрокет участвовал в сборе фактов — все о производстве!
Сегодня он узнает все о лампочках!
Сидни всегда рад моменту лампочки — это часть того, что значит быть изобретателем!
Но задумывались ли вы когда-нибудь, как изготавливаются лампы накаливания — лампы более старого типа?
Во-первых, вам нужно знать, что у лампочки есть три основных части: стеклянная оболочка, светящаяся нить накала и основание, которое надежно удерживает лампочку.
Для изготовления скорлупы исходные материалы для производства стекла — песок, кальцинированную соду и известняк — смешивают и нагревают. Расплавленное стекло переносится по конвейерной ленте, и воздушные форсунки выдувают стекло через отверстия в ленте в формы, создавая форму раковины.
Такая машина может производить более 50 000 луковиц каждый час! После охлаждения внутренняя часть стекла покрывается защитным химическим веществом, чтобы уменьшить блики, вызванные свечением.
Нить изготовлена из тонкой проволоки, которая намотана на металлический стержень, называемый оправкой, чтобы придать ей спиральную форму. Затем его нагревают, чтобы смягчить проволоку и сделать структуру более однородной, прежде чем оправку растворяют в кислоте.
Цоколь лампы собран из крошечной печатной платы и пластикового корпуса с углублениями в форме винта, чтобы он мог легко входить в цоколь.
На нем также указана информация о лампочке, например, насколько она яркая.
Различные части лампы — стекло, нить накаливания и цоколь — затем собираются на машине.
Воздух внутри колбы удаляется и заменяется газообразной смесью аргона и азота, что обеспечивает более длительный срок службы нити накала.
Лампа будет проверена, чтобы убедиться, что она пригодна для работы. Их тестируют и в перевернутом виде — ведь на потолке много света!
Сидни МакСпрокет — постоянный изобретатель Fun Kids!
Когда он не в Эдинбурге, возится с дурацкими приспособлениями в своей мастерской, он узнает все о производстве!
В последней серии Сидни узнает о множестве предметов повседневного обихода, от жестяных банок и зубных щеток до пластиковых бутылок и пирекса…
Узнайте невероятные истории некоторых всемирно известных изобретений в этом подкасте.
RSS Player FM Pocket Casts Apple Podcasts Google Podcasts
Castbox
Узнайте невероятные истории некоторых всемирно известных изобретений в этом подкасте.