Устройство ламп накаливания: устройство, преимущества, недостатки, принцип работы — Интернет-магазин инструмента. — yato-tools.ru. Электротовары и инструмент.

Содержание

Устройство лампы накаливания

Без ламп накаливания невозможно представить себе современную жизнь. Несмотря на то, что это изобретение приобрело известность больше 100 лет назад, оно до сих пор эффективно выполняет свои задачи — дает людям свет. Источник электроосвещения работает благодаря процессу накаливания. Последний представляет собой электромагнитное излучение, исходящее от тела накаливания, которое очень сильно нагревается.

В настоящий момент лампочка накаливания считается неэффективной, только лишь 10% процентов энергии преобразуются в свет, остальная энергия тратится на выделение тепла. Во многих странах анонсируется переход на люминесцентные и галогенные источники света. Процесс перехода постоянно тормозится, так как граждане не хотят менять простую дешевую лампочку на инновационную люминесцентную, которая стоит гораздо дороже.

Немного истории

Официальным изобретателем, создавшим лампочку накаливания, считается Томас Эдисон. Такое мнение сложилось, так как ученый смог соединить три фактора, открытые другими исследователями — применение вольфрама, высокий вакуум и повышенное сопротивление.

До Эдисона свои открытия представил миру физик Дж. Свон, создавший лампочку накаливания, оснащенную углеродной нитью. Физик первым осветил свой дом электрическим светом. В 1906 году американская компания «Дженерал Электрик» зарегистрировала патент на производство вольфрамовых нитей для лампочек.

Устройство лампы

Основные детали лампочки содержатся в стеклянном корпусе. Главным элементом осветительного прибора является вольфрамовая нить. Через нее пропускается электроток, нагревая нить до состояния свечения. Один из элементов лампы — стержень, закрепленный у основания лампы. Стержень обеспечивает свободное прохождение электрически заряженных контактов через оболочку лампочки, исключая утечки воздуха или газа.

В колбе, сделанной из стекла, может содержаться вакуум или инертный газ, например, аргон 85% и азот 15%. Инертные газы способствуют минимизации процесса испарения нити во время горения лампочки. Вакуум обеспечивает теплоизоляцию лампы, но в вакууме быстрее испаряется нить. Газ применяется в мощных лампочках после 40 Вт, в маломощных лампах газ не применяется.

В продаже доступны лампочки в различных диапазонах мощности — от 25 до 200 Вт и т.д. Производители выпускают лампы разной формы, но классическая лампочка круглой формы. Для производства нити ранее применялись углерод, вольфрам и тантал, сейчас практически все производители перешли на вольфрамовые нити накаливания. Переход связан с высокой светоотдачей вольфрама — 18 люмен на ватт при t 2000°C.

Принцип получения света

Принцип работы лампочки в нагреве объекта. Если данный объект не плавится, электроны начинают отдачу энергии, образуются фотоны. Затем фотоны превращаются в электромагнитное излучение с разной длиной волны. Одна часть волн существует в видимом диапазоне, другая — в инфракрасном. В первом случае образуется энергия света.

Плюсы и минусы

Перечислим достоинства лампочки накаливания:

невысокая стоимость и простота эксплуатации;
быстрое зажигание в момент включения;
легкое и компактное приспособление;
высокая прочность при правильной эксплуатации;
широкий диапазон мощностей;
многообразие размеров и оттенков;
соблюдаются экологические нормы.

У лампы есть и недостатки, к которым относят слишком яркое свечение, а также срок службы, ограниченный 1000 часами. Еще минусы — низкая энергоэффективность, вредное для глаз свечение, а также быстрое перегорание при частом включении и выключении.

Лампа накаливания: технические характеристики, устройство

Обеспечить комфорт и уют в доме невозможно без организации хорошего освещения. С такой целью наиболее часто сейчас используются лампы накаливания, которые можно применять в различных условиях сети (36 Вольт, 220 и 380).

Виды и характеристики

Лампа накаливания общего назначения (ЛОН) – это современное устройство, источник искусственного видимого светового излучения с низким КПД, но ярким свечением. Свое название она получила из-за наличия в корпусе специального тела накала, которое изготавливается из тугоплавких металлов или угольной нити. В зависимости от параметров этого тела определяется срок службы светильника, цена и прочие характеристики.

Фото — модель с вольфрамовой нитью

Несмотря на разные мнения, считается, что первым изобрел лампу ученый из Англии Деларю, но его принцип накаливания был далек от современных норм. После исследованиями занимались разные физики, впоследствии, Гебель презентовал первую лампу с угольной нитью (из бамбука), а после Лодыгин запатентовал первую модель из углеродной нити в вакуумной колбе.

В зависимости от конструктивных элементов и типа газа, защищающего нить накаливания, сейчас существую такие виды ламп:

Аргоновые;
Криптовые;
Вакуумные;
Ксенон-галогенные.

Вакуумные модели являются самыми простыми и привычными. Получили свою популярность из-за низкой стоимости, но вместе с этим они имеют наименьший срок службы. Стоит отметить их простоту замены, ремонту не поддаются. Конструкция имеет следующий вид:

Фото — конструкция вакуумных ламп

Здесь 1 – это, соответственно, вакуумная колба; 2 — вакуумная или наполненная специальным газом, емкость; 3 — нить; 4, 5 — контакты; 6 — крепежи для нити накаливания; 7 — стойка лампы; 8 — предохранитель; 9 — цоколь; 10 — стеклянная защита цоколя; 11 — цокольный контакт.

Аргоновые лампы ГОСТ 2239-79 по яркости очень отличаются вакуумных, но практически полностью повторяют их конструкцию. Они имеют больший срок годности, нежели привычные. Это обязано тем, что нить из вольфрама защищена колбой с нейтральным аргоном, который противостоит высоким температурам горения. Как результат, источник света более яркий и долговечный.

Фото — аргоновый ЛОН

Криптовую модель можно распознать по очень высокой световой температуре. Она светится ярким белым светом, поэтому иногда может вызывать боль в глазах. Высокий показатель яркости обеспечен криптоном – высоко-инертным газом, у которого высокая атомная масса. Его применение позволило значительно уменьшить вакуумную колбу, но при этом не терять яркость источника света.

Галогенные светильники накаливания получили большую популярность благодаря своей экономной работе. Современная энергосберегающая лампа поможет не только сократить расходы на оплату электрической энергии, но и уменьшить траты на покупку новых моделей для освещения. Производство такой модели осуществляется на специализированных заводах, как и утилизация. Предлагаем для сравнения изучить потребляемую мощность перечисленных выше аналогов:

Вакуумные (обычные, без газа или с аргоном): 50 или 100 Вт;

Галогеновые: 45—65 Вт;
Ксеноновые, галогено-ксеноновые (комбинированные): 30 Вт.

Благодаря небольшому размеру, наиболее часто электрические ксеноновые и галогеновые осветители используют как автомобильные фары. У них высокое сопротивление и отличная долговечность.

Фото — ксенон

Классификация ламп производится не только исходя из наполняющего газа, а также, в зависимости от типов цоколей и назначения. Существуют такие виды:

G4, GU4, GY4, и прочие. Галогеновые модели накаливания отличают патроны-штекеры;
E5, E14, E17, E26, E40 – наиболее распространенные типы цоколей. В зависимости от номера, могут быть узкими и широкими, классифицируются по возрастанию. Первые люстры изготавливались именно под такие контактирующие части;
G13, G24 производители используют эти обозначения для люминесцентных осветителей.

Фото — формы ламп и типы цоколей

Достоинства и недостатки

Сравнение отдельных видов светильников накаливания позволит выбрать наиболее подходящий вариант, исходя из того, какая нужна мощность и световая отдача. Но у всех перечисленных видов светильников есть общие достоинства и недостатки:

Плюсы:

Доступная цена. Стоимость многих ламп находится в пределах 2 у. е.;
Быстрое включение и выключение. Это наиболее значимый параметр в сравнении с энергосберегающими лампами с долгим включением;
Маленькие размеры;
Простая замена;
Широкий выбор моделей. Сейчас есть декоративные светильники (свеча, ретро-завиток и другие), классические, матовые, зеркальные и прочие.

Минусы:

Высокая потребляемая мощность;
Негативное воздействие на глаза. В большинстве случаев от него поможет матовая или зеркальная поверхность колбы лампы накаливания;

Низкая защита от перепадов напряжения. Для обеспечения нужного уровня используется блок защиты для лампы накаливания, он подбирается в зависимости от типа;
Короткий эксплуатационный период;
Очень низкий коэффициент полезного действия. Большая часть электрической энергии уходит не на освещение, а на нагрев колбы.

https://www.youtube.com/watch?v=ET-u92BP968

Параметры

Технические характеристики любой модели обязательно включают в себя: световой поток лампы накаливания, цвет свечения (или цветовая температура), мощность и срок службы. Сравним перечисленные типы:

Тип	Световой поток, Люмен	Световая температура	Срок службы, часов
Вакуумная, без газа	300–1600	Теплая, холодная (синяя, желтая, белая), в зависимости от типа колбы — 2000—4500 градусов	1000
Аргоновая	200–8400	Также, как и в вакуумных	1500
Ксеноновая, галогеновая	14000–44000	Холодная, от 4500	4000
Криптоновая	500–10000	Холодная, от 4000	2000

Фото — цветовая температура

Из всех перечисленных типов только галогенки можно отнести к энергосберегающим моделям. Поэтому многие хозяева стремятся заменить все источники света в своем жилище на более рациональные, к примеру, на диодные. Соответствие светодиодных ламп накаливания, сравнительная таблица:

Параметр	Вакуумный тип, без газа	Галогеновая, ксеноновая	Аргоновая	Светодиод
Уровень нагрева колбы	Высокий	Нормальный	Высокий	Низкий
Стойкость к внешним воздействиям	Разбивается при падении	Очень хрупкая	Разбивается	Крепкая
Мощность (Вт)	75	15	45	10
Световой поток (Люмен)	600	700	800	800

Для лучшего объяснения энергозатрат предлагаем изучить соотношение ватт к люменам. Например, лампа дневного света, с вольфрамовой нитью накаливания 100 Вт – люмен 1200, соответственно, 500 Вт – более 8000.

Мощность лампы с аргоновым наполнителем, Ватт	Мощность люминесцентной модели, Вт	Мощность светодиодного светильника, Вт	Световой поток, Люмен
20	5-7	2-3	250
40	10-13	4-5	400
60	15-16	8-10	700
75	18-20	10-12	900
100	25-30	12-15	1200
150	40-50	18-20	1800

При этом, часто использующаяся в производственных и бытовых условиях, люминесцентная модель, имеет похожие характеристики на ксеноновую. Благодаря таким характеристикам есть возможность обеспечить плавное включение ламп накаливания. Для этого используется специальный прибор – диммер для ламп накаливания.

Такой регулятор можно собрать своими руками, если есть схема, подходящая под Вашу лампу. Сейчас большой популярностью пользуются аналоги обычных вариантов, но с зеркальным напылением – рефлекторная модель Philips, импортные Osram и другие. Купить фирменную лампу накаливания можно в специализированных фирменных магазинах.

Лампы накаливания, тепловое излучение, световая отдача, энергоэффективность

Лампы накаливания представляют собой источники света, производящие тепловое излучение от электрически нагреваемой нити накала. Обычно эта нить делается из вольфрама, что позволяет работать при относительно высоких температурах порядка 2400–2800 К, а для галогенных ламп даже до 3200 К. Ранние лампы накаливания изготавливались с углеродной нитью накаливания, которая была гораздо менее термостойкой.

Нить накала может поддерживаться только двумя токоведущими проводами или альтернативно также дополнительными поддерживающими проводами, закрепленными в держателе из изоляционного стекла.

Чтобы предотвратить быстрое окисление нити, ее помещают в стеклянную колбу, которую либо вакуумируют, либо (чаще) наполняют каким-либо инертным газом низкого давления, таким как азот, аргон или криптон, который замедляет испарение материал нити, но также уносит некоторое количество тепла. Последний эффект можно свести к минимуму, выбрав газ с большим атомным весом, такой как криптон или ксенон. (Обратите внимание, что их следует называть криптоновыми или ксеноновыми лампами , а не , потому что это газоразрядные лампы.) Газовое наполнение также не должно содержать водяного пара, что может существенно сократить срок службы. Размер стеклянной колбы выбран достаточно большим, чтобы избежать чрезмерных температур во время работы и ограничить эффекты потемнения из-за испарения металла нити. Стекло может быть прозрачным, чтобы нить накала была видна снаружи, или матовым (см. рис. 1) для уменьшения бликов.

Рисунок 1: Бытовые лампы накаливания с обыкновенными цоколями Е14 (слева и посередине) и Е27 (справа).

В среднем стекло матовое.

Большинство ламп накаливания имеют стандартную электрическую розетку. Например, патроны E27 и E14 (см. рис. 1) являются общими для обычных бытовых ламп. Их можно просто вкрутить в подходящее приспособление.

Лампы накаливания могут изготавливаться на различные рабочие напряжения. Бытовые лампы обычно работают с напряжением сети, например 230 В или 110 В, и поэтому должны иметь довольно тонкую нить накала, что, к сожалению, делает их более чувствительными к механическим ударам, а также к постепенному испарению материала во время работы. Лампы низкого напряжения, напр. для 6 В и 12 В можно сделать с гораздо более толстыми нитями накала, поскольку они должны иметь более низкое электрическое сопротивление.

Рисунок 2: Лампа накаливания с прозрачным стеклом, где видна спиральная нить накаливания.

Нить накала лампы для высоких рабочих напряжений должна быть достаточно тонкой и длинной. Часто он имеет двойную спираль, что означает, что используется катушка тонкой проволоки и снова наматывается. Эта конфигурация предлагает улучшенный компромисс между эффективностью и сроком службы (см. ниже). Для низковольтных ламп достаточно одной обмотки или даже ее отсутствия.

Нить накала должна иметь очень равномерный диаметр, так как часть с лишь немного уменьшенным диаметром нагревалась бы больше из-за повышенного сопротивления, и срок службы лампы мог бы существенно сократиться. К сожалению, во время работы может возникать возрастающая неравномерность диаметра, когда потеря материала при испарении может быть не совсем равномерной.

Энергоэффективность и срок службы ламп накаливания

Эффективность генерации видимого света в лампах накаливания довольно низкая, поскольку большая часть теплового излучения находится в инфракрасной области спектра. Этот инфракрасный свет обычно непригоден для использования, за исключением того, что он может в некоторой степени поддерживать систему отопления здания (см. Ниже). Для световой отдачи, которая имеет значение для приложений освещения, учитывается только видимый выход (с весовым коэффициентом, зависящим от длины волны), в то время как инфракрасное излучение считается потраченной впустую энергией. Обычно достигаемые значения составляют порядка 15 лм/Вт для бытовых ламп и предположительно выше для ламп большей мощности.

Существует компромисс между светоотдачей и сроком службы лампы.

Световая отдача значительно возрастает при повышении рабочих температур, что, однако, в то же время также быстро сокращает срок службы лампы. Для типичных осветительных приборов компромисс между эффективностью и сроком службы приводит к конструкциям со сроком службы порядка 1000 часов. Для некоторых приложений, где срок службы более важен, чем эффективность, например. для некоторых сигнальных ламп используются более низкие рабочие температуры. Такой подход был бы нецелесообразен для осветительных приборов, где приемлема время от времени необходимая замена относительно дешевых ламп, а потребление электроэнергии составляет большую часть затрат в течение всего срока службы. Для некоторых приложений, таких как проекторы в фотолабораториях, используются более высокие рабочие температуры для максимальной яркости, что снижает большую часть потенциального срока службы устройства.

Упомянутый компромисс несколько смягчается для ламп, работающих при более низком напряжении, т.е. 110 В вместо 230 В, потому что более толстая нить накала может работать при несколько более высоких температурах. Однако очень низкие напряжения (несколько вольт) также проблематичны, потому что требуемые тогда толстые электрические провода отводят значительную тепловую мощность от нити накала.

В процессе эксплуатации часто наблюдается значительное потемнение колбы из-за отложения испарившегося металла с нити накала на внутренней поверхности колбы. Это еще больше снижает светоотдачу и эффективность.

Не является ли эффект нагрева компенсацией низкой эффективности светогенерации?

Низкая энергоэффективность ламп накаливания иногда оправдывается их вкладом в обогрев зданий. Однако этот аргумент не очень силен. Прежде всего, в зависимости от климатических условий, значительная часть годового рабочего времени может приходиться на периоды, когда эффект обогрева не требуется или даже нежелателен. (В худшем случае кондиционер потребляет дополнительную энергию для отвода отработанного тепла.) Во-вторых, электрическое отопление весьма неэффективно, обычно для производства электроэнергии требуется в два-три раза больше первичной энергии, чем для отопления газовой горелкой. например.

Электрические характеристики

Электрическое сопротивление вольфрамовой нити увеличивается с повышением температуры. Хотя это создает некий эффект самостабилизации нити в целом, температурные неоднородности усиливаются: части нити, которые по каким-то причинам более горячие, чем другие, будут получать повышенный электрический нагрев. Кроме того, это, как обычно, приводит к достаточно высокому току включения для работы с постоянным напряжением. Конец срока службы часто достигается как раз во время включения.

Рисунок 3: Галогенная лампа для работы с напряжением сети 230 В.

В отличие от многих других источников света, таких как газоразрядные лампы и светодиоды, лампы накаливания обычно не требуют дополнительных электрических компонентов для подключения к сети. Однако для многих галогенных ламп требуется какой-либо трансформатор или какое-то электронное устройство для подачи необходимого более низкого рабочего напряжения. Другие предназначены для работы при сетевом напряжении (см. рис. 3).

Лампы накаливания являются чисто резистивными нагрузками, т. е. имеют коэффициент мощности, равный единице, и реактивные токи отсутствуют. Кроме того, в значительной степени удается избежать генерации электрических гармоник. Однако все может измениться при использовании диммера.

Специальные формы ламп накаливания

Некоторые лампы накаливания заполнены газообразным галогеном, что несколько снижает компромисс между эффективностью и сроком службы. Такие галогенные лампы особенно хорошо работают при низком рабочем напряжении, но их также можно изготовить для обычных напряжений электрической сети.

В меньшей степени эффективность можно повысить за счет специальных газовых наполнителей, таких как криптон или ксенон. Однако из-за высокой стоимости этот подход более или менее ограничен небольшими лампочками.

Различные практические аспекты

Яркость лампы можно уменьшить с помощью относительно простой схемы диммера, обычно с фазовым управлением. Однако лампы накаливания с регулировкой яркости даже значительно менее эффективны, чем лампы, работающие на полную мощность. Кроме того, снижается цветовая температура, что может и не радовать.

Оптический спектр света ламп накаливания очень ровный и имеет цветовую температуру порядка 2500 К, что значительно ниже, чем у обычного дневного света. Этот «теплый светлый тон» часто считается подходящим для освещения, но не, например. для фотографии. Для офисного освещения желательны более высокие цветовые температуры, поскольку они повышают производительность; персонал меньше устает.

Производимый свет не мерцает даже при работе с переменным током частотой 50 Гц, например, за счет теплоемкости нити накала. Однако эта емкость является ограничивающим фактором для приложений, где требуется быстрое переключение или генерация световых импульсов. Учтите также, что частое переключение сокращает срок службы лампы; каждый процесс включения требует значительного времени жизни. Этот эффект можно существенно уменьшить за счет более медленного включения, т.е. с диммерной схемой.

Производство ламп накаливания достаточно дешевое, и проблемных материалов не требуется, так что утилизация не критична. Однако эксплуатация может оказать существенное воздействие на окружающую среду из-за побочных эффектов производства электроэнергии, особенно при использовании электроэнергии с угольных станций. В этом случае загрязнение окружающей среды ртутью, например, может быть значительно больше, чем при использовании ртутных люминесцентных ламп, даже без надлежащей утилизации ламп.

Применение ламп накаливания

Лампы накаливания все еще широко используются для целей общего освещения, например в домохозяйствах. Тем не менее, они все больше и больше выводятся из эксплуатации, частично из-за правительственных постановлений из-за их низкой энергоэффективности. В прежние годы их, как правило, заменяли люминесцентными лампами — сначала большими трубками, а позже также компактными люминесцентными лампами (КЛЛ), которые часто можно вставлять в те же светильники, что и лампы накаливания (если имеется достаточно места для предварительно больших ламп). ). В настоящее время освещение все больше и больше осуществляется с помощью светоизлучающих диодов (СИД), которые даже несколько более эффективны, чем люминесцентные лампы, часто гораздо более компактны и более экологичны, поскольку не требуют ртути.

В некоторых случаях лампы накаливания трудно заменить другими источниками света. Например, их способность работать в очень широком диапазоне температур окружающей среды важна для работы в печах. Обратите внимание, однако, что для работы при высоких температурах требуются специальные безводные колбы.

Специальные формы малых ламп накаливания используются в качестве инфракрасных излучателей, например для спектроскопии инфракрасного поглощения.

Поставщики

Руководство покупателя RP Photonics содержит пять поставщиков ламп накаливания.

См. также: галогенные лампы, тепловые излучатели, инфракрасные излучатели, газоразрядные лампы

Вопросы и комментарии пользователей

Здесь вы можете задать вопросы и комментарии. Если они будут приняты автором, они появятся над этим абзацем вместе с ответом автора. Автор принимает решение о принятии на основе определенных критериев. По существу, вопрос должен представлять достаточно широкий интерес.

Пожалуйста, не вводите здесь личные данные; в противном случае мы бы удалили его в ближайшее время. (См. также нашу декларацию о конфиденциальности.) Если вы хотите получить личную обратную связь или консультацию от автора, свяжитесь с ним, например. по электронной почте.

Ваш вопрос или комментарий:

Проверка на спам:

(Пожалуйста, введите сумму тринадцати и трех в виде цифр!)

Отправляя информацию, вы даете свое согласие на возможную публикацию ваших материалов на нашем веб-сайте в соответствии с нашими правилами. (Если вы позже отзовете свое согласие, мы удалим эти материалы.) Поскольку ваши материалы сначала просматриваются автором, они могут быть опубликованы с некоторой задержкой.

Лампы накаливания для бытовой техники — Лампы накаливания — Лампочки

12 предметов

Страница:

2448100 шт./стр.:

Артикул Название продуктаСамая высокая ценаСамая низкая ценаСамая новая Сортировать по:

Номер детали: F15T6130V

Марка:: Feit
Деталь №:: 15T6-130
Тип лампы:: Лампа накаливания
С регулируемой яркостью:: Да
Вес (фунты):: 0,02

Длина:: 2,875 дюйма
Срок службы:: 2000 часов
Мощность:: 15 Вт
Напряжение:: 130 В

Тип основания:: Канделябры (E12)
Форма лампы:: T6
Цветовая температура:: 2700K
Цвет лампы:: Теплый белый

0,75 долл.

США В СЛУЧАЕ 6 Кол-во:

добавить в корзину

Деталь №: F25A15IF130V

Марка:: Feit
Деталь №:: 25A15-130
Тип лампы:: Лампа накаливания
Диммируемая: 901 00: Да
Вес (фунты):: 0,21

Длина:: 3,5 дюйма
Срок службы:: 2500 часов
Вт Возраст:: 25 Вт
Напряжение:: 130 В

Базовый тип:: Средний (E26)
Форма лампы:: A15
Цветовая температура:: 2700K
Цвет лампы:: Теплый белый