ФГБО в новосибірський державний університет. Члени-кореспонденти Російської академії наук

Багато розмов та необґрунтованих суперечок стоїть навколо цього питання. Хто винайшов лампу розжарювання? Одні стверджують, що це Лодигін, інші, що Едісон. Але все набагато складніше, давайте розберемося з хронологією історичних подій.

Існує безліч методів трансформації електричної енергіїу світлову. До них відносяться лампи дугового принципу дії, газорозрядного та ті, де джерелом світіння є нагрівальна нитка. Фактично лампочку розжарювання теж можна вважати штучним джерелом освітлення, оскільки для її роботи застосовується ефект провідника, що нагрівається, через який проходить струм. Як елемент, що розжарюється, найчастіше виступає металева спіраль або вугільна нитка. Крім провідника в конструкцію лампочки входить колба, токоввод, запобіжник та цоколь. Проте, все це ми знаємо вже зараз. Адже нещодавно був час, коли кілька вчених вели одночасні розробки в області штучних джерелсвітла і боролися за звання винахідника лампочки.

Хронологія винаходу

Читаючи всю статтю знизу, дуже зручно дивитися на цю таблицю:

Якщо ви хочете дійсно розібратися, то рекомендуємо прочитати статтю повністю.

Перші перетворення енергії на світло

У XVIII столітті відбулося знаменне відкриття, що започаткувало величезну низку винаходів. Було виявлено електричний струм. На рубежі наступного століття італійським ученим Луїджі Гальвані був винайдений спосіб отримання електричного струмуз хімічних речовин– вольтів стовп чи гальванічний елемент. Вже 1802 року фізик Василь Петров відкрив електричну дугу і запропонував застосовувати її як освітлювальний пристрій. Через 4 роки королівське суспільствопобачило електричну лампу Гемфрі Деві, вона висвітлювала приміщення за рахунок іскорок між стрижнями з вугілля. Перші дугові лампи відрізнялися надто високою яскравістю та ціною, що робило їх непридатними для щоденного використання.

Лампа розжарювання: прототипи

Перші розробки освітлювальних ламп з елементами, що розжарюються, почалися в середині 19-ого століття. Так, у 1838 бельгійський винахідник Жобар представив проект лампи розжарювання з вугільним сердечником. Хоча час роботи цього пристрою не перевищував півгодини, він був свідченням технологічного прогресу в цій галузі. У 1840 -М року, Уоррен де ла Рю, англійський астроном, зробив лампочку з платиновою спіраллю, першу в історії електротехніки лампу з накаливаемым елементом у вигляді спіралі. Винахідник пропустив електричний струм через вакуумну трубку з поміщеним у неї мотком платинового дроту. В результаті нагрівання платина випромінювала яскраве свічення, а практично повна відсутність повітря дозволяла використовувати пристрій у будь-яких температурних умовах. Через дорожнечу платини з комерційною метою застосовувати таку лампу було нелогічно, навіть з урахуванням її ефективності. Однак надалі саме зразок цієї лампочки стали вважати предком інших ламп розжарювання. Уоррен де ла Рю через кілька десятиліть (у 1860 -х) почав активно вивчати феномен газорозрядного світіння під впливом струму.

У 1841 році англієць Фредерік де Молейн запатентував лампи, що являли собою колби з платиновою ниткою, наповнені вуглецем. Проте, проведені ним 1844 р. випробування щодо провідників, не увінчалися успіхом. Це було з швидким плавленням платинової нитки. В 1845 вже інший учений, Кінг, замінив платинові елементи розжарювання на вугільні палички і отримав на свій винахід патент. У ці ж роки за океаном, у США, Джон Старр запатентував лампочку з вакуумною сферою та вуглецевим пальником.

У 1854 -М року німецький годинникар Генріх Гебель придумав пристрій, що вважається прототипом сучасних лампочок. Він продемонстрував її на електротехнічній виставці у США. Вона являла собою вакуумну лампу розжарювання, яка дійсно придатна для застосування в самих різних умовах. Як джерело світла Генріх запропонував використовувати бамбукову нитку, яка була обвуглена. Натомість колби вчений брав прості пляшечки від туалетної води. Вакуум у них створювався рахунок додавання і виливання ртуті з колби. Недоліком винаходу була зайва крихкість і час роботи лише на кілька годин. У роки активного дослідницького життя Гебель не зміг зустріти належного визнання в суспільстві, але в 75 років його назвали винахідником першої практичної лампи розжарювання на основі вугільної нитки. До речі, саме Гебель вперше скористався освітлювальними проділами в рекламних цілях: він їздив Нью-Йорком на возі, прикрашеному лампочками. На здалеку колясці, що привертає увагу, була встановлена ​​підзорна труба, через яку вчений дозволяв за деяку плату поглянути на зоряне небо.

Перші результати

Найбільш ефективні результати в галузі отримання вакуумної лампочки були досягнуті відомим хіміком та фізиком з Англії – Джозефом Суоном (Своном). У 1860 Він отримав патент на свій винахід, хоча лампа працювала не дуже довго. Це було з використанням вуглецевого паперу — вона швидко перетворювалася на крихти після горіння.

У середині 70-х років. 19 століття паралельно зі Своном кілька винаходів запатентував і російський учений. Видатний учений та інженер Олександр Лодигін винайшов у 1874 році ниткову лампу, в якій для нагрівання використовувався вугільний стрижень. До дослідів з вивчення освітлювальних приладів він почав 1872 року, перебуваючи у Петербурзі. В результаті завдяки банкіру Козлову було засновано товариство з експлуатації лампочок з вугіллям. За свій винахід вчений отримав премію в Академії наук. Ці лампи відразу ж стали використовуватися для вуличного освітленнята будівлі Адміралтейства.

Олександр Миколайович Лодигін

Лодигін також був першим, хто вигадав застосовувати закручені в спіраль вольфрамові чи молібденові нитки. До 1890 -м мм. у Лодигіна на руках було кілька різновидів ламп з нитками, що розжарюються, з різних металів. Він запропонував відкачувати повітря з лампочки, щоб процес окислення йшов повільніше, а отже, термін служби лампи був більшим. Перша комерційна лампа зі спіралеподібною ниткою з вольфраму в Америці вироблялася надалі за патентом Лодигіна. Він винайшов навіть лампочки з газом, заповнені вугільною ниткою та азотом.

Ідея Лодигіна в 1875 році була вдосконалена іншим російським механіком-винахідником Василем Дідріхсоном. Він виготовляв вугілля, обвугливая дерев'яні циліндрики в графітових тиглях. Саме він першим зумів здійснити відкачування повітря та встановив у лампочку більше однієї нитки, щоб при перегоранні відбувалася заміна. Випущено таку лампу під керівництвом Кона, а висвітлювати нею стали великий магазин білизни та підводні кесони під час будівництва мосту в Петербурзі. 1876 ​​року лампу вдосконалив Микола Павлович Булигін. Вчений розжарював лише один кінець вуглинка, який постійно висувався у процесі обгорання. Проте пристрій був складним і дорогим.

У 1875-76 мм. Електротехнік Павло Яблочков, створюючи електричну свічку, виявив, що каолін (різновид білої глини) під впливом високої температури добре проводить електрику. Він винайшов каолінову лампочку з ниткою розжарювання із відповідного матеріалу. Відмінною особливістю цієї лампи є той факт, що для її роботи не потрібно поміщати каолінову нитку у вакуумну колбу - вона зберігала працездатність при контакті з повітрям. Створенню лампочки передувала довга роботавченого над дуговими лампочками у Парижі. Якось Яблочков відвідував місцеве кафе і, спостерігаючи за розставлянням столових приладів офіціантом, прийшов до нової ідеї. Вугільні електроди він вирішив розташовувати паралельно одне одному, а чи не горизонтально. Існувала, щоправда, небезпека, що вигорятиме не лише дуга, а й струмопровідні затискачі. Дилему вирішили за рахунок додавання ізолятора, який поступово вигорів за електродами. Цим ізолятором стала біла глина. Щоб лампочка загорялася, між електродами розмістили перемичку з вугілля, а нерівномірне згоряння самих електродів було зведено до мінімуму рахунок використання генератора змінного струму.

Свій винахід Яблочков продемонстрував на технологічній виставці в Лондоні 1876 року. Вже за рік один із французів, Денейруз, заснував акціонерне товариство з дослідження освітлювальних технологій Яблочкова. Сам вчений слабо вірив у майбутнє лампи розжарювання, проте електричні свічки Яблочкова мали величезну популярність. Успіх був забезпечений не лише низькою ціною, а й тривалістю горіння о 1,5 годині. Завдяки цьому винаходу з'явилися ліхтарі із заміною свічок, і вулиці стали висвітлювати набагато краще. Щоправда, мінусом таких свічок була лише змінного потоку світла. Трохи пізніше фізик із Німеччини, Вальтер Нернст, розробив лампочку такого ж принципу, але нитку розжарювання зробив із магнезії. Лампа запалювалася тільки після нагрівання нитки, для чого використовували спочатку сірники, а потім електричні нагрівачі.

Боротьба за патенти

До кінця 1870-х років. свою дослідницьку діяльністьпочав видатний інженер та винахідник Томас Едісон, який жив у США. У процесі створення лампи він перепробував різні металидля ниток розжарювання. Спочатку вчений вважав, що вирішення проблеми електричних лампочок можна за рахунок їх автоматичного відключення при високих температурах. Але ця ідея не спрацювала, оскільки постійне вимкнення холодної лампи призводило лише до отримання непостійного мерехтливого випромінювання. Існує версія, що наприкінці 70-х років. Лейтенант російського флоту Хотинський привіз кілька лампочок розжарювання Лодигіна і показав їх Едісону, що і вплинуло на його подальші розробки.

Не зупиняючись на своїх досягненнях в Англії, Джозеф Суон (Joseph Swan), вже відомий на той момент у наукових колахУ 1878 році запатентував лампу з вугільним волокном. Воно містилося в розріджену атмосферу з киснем, тому світло виходило дуже яскравим. Вже за рік в Англії з'явилося електричне освітлення у більшості будинків.

Томас Альва Едісон

Тим часом Томас Едісон взяв на роботу до своєї лабораторії Френка Аптона. Разом з ним матеріали почали тестувати точніше, і увага була прикута до недоліків попередніх патентів. У 1879 р. Едісоном була запатентована лампочка з платиновою основою, а вже через рік вчений створив лампу з вугільним волокном та безперебійною дією на 40 годин. За час роботи американець провів 1,5 тисяч випробувань і зміг створити поворотний вимикач побутового типу. Жодних нових змін в електричну лампочку Лодигіна Томас Едісон в принципі не вніс. Просто з його скляної сфери з вугільною ниткою викачувалась велика часткаповітря. Найважливіше те, що американський учений розробив надсистему для лампочки, винайшов гвинтовий цоколь, патрон та запобіжники, а згодом організував масове виробництво.

Нові джерела світла змогли витіснити газові, а сам винахід деякий час називався лампою «Едісон-Суон». У 1880 році Томас встановив найвірніше значення вакууму, яке створювало найстійкіший безповітряний простір. З лампочки повітря відкачували за допомогою насоса ртутного.

До кінця 1880 року бамбукові волокна в лампочках могли горіти близько 600 годин. Цей матеріал з Японії був визнаний найкращим вугільним компонентом органічного типу. Оскільки бамбукові нитки коштували досить дорого, виготовляти їх Едісон запропонував із бавовняних волокон, оброблених спеціальними способами. Перші компанії для зведення великих електричних систембули створені у Нью-Йорку у 1882 році. У цей період Едісон навіть подавав до суду на Суона щодо порушення авторських прав. Але в результаті вчені створили спільну фірму "Edison-Swan United", яка досить швидко виросла у світового лідера з виробництва електричних лампочок.

За своє життя Томас Едісон зміг отримати 1093 патенти. Серед його відомих винаходів: фонограф, кінетоскоп, телефонний передавач. Якось його запитали, чи не прикро було помилятися 2 тисячі разів перед створенням лампочки. Вчений відповів: «Я не помилявся, а виявив 1999 способів, як не потрібно робити лампочку».

Металеві нитки розжарювання

Наприкінці 1890-х років. стали з'являтися нові лампочки. Так, нитки розжарювання Вальтер Нернст запропонував робити з особливого сплаву, до складу якого входили окису магнію, ітрію, торію та цирконію. У лампі Ауера (Карл Ауер фон Вельсбах, Австрійська республіка) випромінювачем світла виступала осмієва нитка, а в лампочці Больтона і Феєрлейна - танталова. Олександр Лодигін у 1890 році запатентував лампу розжарювання, де застосовувалася нитка з вольфраму, що швидко накалюється (було використано кілька тугоплавких металів, але саме вольфрам за результатами досліджень мав кращі показники). Помітно, що через 16 років він продав усі права на свій революційний винахід промисловому гіганту «General Electric», компанії, заснованої великим Томасом Едісоном.

Однак в історії електротехніки відомо два патенти на вольфрамову лампу – у 1904 році дует вчених Шандора Юста та Франьо Ханамана зареєстрували винахід, аналогічний лодигінському. Через рік в Австро-Угорщині розпочали масовий випуск цих ламп. Пізніше у «General Electric» стали виробляти лампочки-колби з інертними газами. Вченому з цієї організації, Ірвінгу Ленгмюру, в 1909 вдалося модернізувати винахід Лодигіна, додавши в неї аргон з метою продовжити термін дії і збільшити світловіддачу.

В 1910 Вільям Кулідж удосконалив процеси промислового виготовлення вольфрамових ниток, після чого почався випуск ламп не тільки з елементом розжарювання у вигляді спіралі, але і у вигляді зигзагу, подвійної і потрійної спіралі.

Подальші винаходи

• З моменту створення перших освітлювальних електроприладів постійно проводилися вивчення властивостей газорозрядних ламп, проте аж до початку 20 століття вчені виявляли до них слабкий інтерес. Прикладом може бути той факт, що найперші примітивні прототипи ртутних ламп були сконструйовані у Великій Британії ще в 1860-х роках, проте лише в 1901 році Петер Х'юїт винайшов ртутну лампу низького тиску. Через п'ять років у виробництво вийшли аналоги високого тиску. А в 1911 році Жорж Клауді, інженер-хімік із Франції, показав світові неонову лампочку, яка відразу стала центром уваги всіх рекламників.
• У 1920-40-ті роки. були винайдені натрієві лампи, люмінесцентні та ксенонові. Частина стали масово виробляти навіть використання у побуті. На сьогоднішній день відомо близько 2 тисяч різновидів джерел світла.
• У СРСР розмовною назвою лампи розжарювання стало словосполучення "лампочка Ілліча". Саме ця ідіома стала рідною для селян та колгоспників за часів загальної електрифікації. У 1920 р. Володимир Ленін відвідав одне з сіл для запуску електростанції, тоді й з'явився крилатий вираз. Втім, спочатку цей вираз застосовувався для позначення плану з електрифікації сільського господарства, селищ та сіл. Лампочка Ілліча являла собою патрон, що вільно підвішується за провід до стелі і звисає вниз без плафона. У конструкцію патрона входив також вимикач, а проводка прокладалася відкритим способом по стінах.
• Світлодіодні лампи були розроблені в 60-х роках. для промислових цілей. Вони мали не велику потужністьі не могли освітлювати територію як слід. Однак сьогодні саме цей напрямок вважається найперспективнішим.
• 1983 р. з'явилися компактні люмінесцентні лампочки. Їх винахід було особливо важливим в умовах необхідності економії електроенергії. До того ж вони не вимагають додаткової пускової апаратури і підходять до стандартних патронів для ламп розжарювання.
• Нещодавно відразу дві фірми з Америки створили для споживачів флуоресцентні лампи з можливістю очищення повітря та видалення неприємних запахів. Поверхня їх покрита двоокисом титану, який, опромінюючись, запускає фотокаталітичну реакцію.

Відео, як роблять лампи розжарювання на старих заводах.

Лампа розжарювання

Лампа розжарювання- електричне джерело світла , в якому тіло розжарення (тугоплавкий провідник), поміщене в прозорий вакуумований або заповнений інертним газом посудину, нагрівається до високої температури за рахунок протікання через нього електричного струму, внаслідок чого випромінює в широкому спектральному діапазоні, у тому числі видиме світло. Як тіло розжарення в даний час використовується в основному спіраль зі сплавів на основі вольфраму.

Принцип дії

У лампі використовується ефект нагрівання провідника (тіла розжарювання) при протіканні через нього електричного струму ( теплова дія струму). Температура тіла розжарення різко зростає після включення струму. Тіло напруження випромінює електромагнітне теплове випромінювання відповідно до закону Планка. Функція Планка має максимум, положення якого на шкалі довжин хвиль залежить від температури. Цей максимум зсувається з підвищенням температури у бік менших довжин хвиль (закон усунення Вина). Для отримання видимого випромінювання необхідно, щоб температура була близько кількох тисяч градусів. При температурі 5770 (температура поверхні Сонця) світло відповідає спектру Сонця. Чим менша температура, тим менша частка видимого світла, і тим паче «червоним» здається випромінювання.

Частина споживаної електричної енергії лампа розжарювання перетворює на випромінювання, частина йде в результаті процесів теплопровідності та конвекції. Тільки мала частка випромінювання лежить у сфері видимого світла, основна частка посідає інфрачервоне випромінювання . Для підвищення ККД лампи та отримання максимально «білого» світла необхідно підвищувати температуру нитки розжарення, яка у свою чергу обмежена властивостями матеріалу нитки – температурою плавлення. Температура в 5771 До недосяжна, тому що за такої температури будь-який відомий матеріал плавиться, руйнується і перестає проводити електричний струм. У сучасних лампах розжарювання застосовують матеріали з максимальними температурами плавлення - вольфрам (3410 ° C) і дуже рідко осмій (3045 ° C).

Для оцінки даної якостісвітла використовується колірна температура. При типових для ламп розжарювання температурах 2200-3000 K випромінюється жовте світло, відмінне від денного. У вечірній час "теплий" (< 3500 K) свет более комфортен и меньше подавляет естественную выработку мелатонина , важного для регуляции суточных циклов организма и нарушение его синтеза негативно сказывается на здоровье.

У звичайному повітрі за таких температур вольфрам миттєво перетворився б на оксид . Тому тіло розжарення поміщене в колбу, з якої в процесі виготовлення лампи відкачується повітря. Перші виготовляли вакуумними; в даний час тільки лампи малої потужності (для ламп загального призначення – до 25 Вт) виготовляють у вакуумованій колбі. Колби потужніших ламп наповнюють інертним газом (азотом, аргоном або криптоном). Підвищений тиск у колбі газонаповнених ламп різко зменшує швидкість випаровування вольфраму, завдяки чому не тільки збільшується термін служби лампи, але і є можливість підвищити температуру розжарювання, що дозволяє підвищити ККД і наблизити спектр випромінювання до білого. Колба газонаповненої лампи не так швидко темніє рахунок осадження матеріалу тіла розжарення, як у вакуумної лампи.

Конструкція

Дизайн сучасної лампи. На схемі: 1 – колба; 2 - порожнина колби (вакуумована чи наповнена газом); 3 - тіло розжарення; 4, 5 - електроди (струмові вводи); 6 - гачки-тримачі тіла розжарення; 7 – ніжка лампи; 8 - зовнішня ланка струмівводу, запобіжник; 9 – корпус цоколя; 10 – ізолятор цоколя (скло); 11 - контакт денця цоколя.

Конструкції ламп розжарювання дуже різноманітні та залежать від призначення. Однак загальними є тіло розжарення, колба та струмівводи. Залежно від особливостей конкретного типулампи можуть застосовуватися тримачі тіла розжарення різної конструкції; лампи можуть бути виготовлені безцокольними або з цоколями різних типів, мати додаткову зовнішню колбу та інші додаткові конструктивні елементи.

У конструкції ламп загального призначення передбачається запобіжник - ланка з феронікелевого сплаву, вварена в розрив одного з струмівводів і розташована поза колбою лампи - як правило, у ніжці. Призначення запобіжника – запобігти руйнуванню колби при обриві нитки розжарення у процесі роботи. Справа в тому, що при цьому в зоні розриву виникає електрична дуга, яка розплавляє залишки нитки, краплі розплавленого металу можуть зруйнувати скло колби і спричинити пожежу. Запобіжник розрахований таким чином, щоб при запаленні дуги він руйнувався під впливом струму дуги, що істотно перевищує номінальний струм лампи. Феронікелеве ланка знаходиться в порожнині, де тиск дорівнює атмосферному, а тому дуга легко гасне. Через малу ефективність в даний час відмовилися від їх застосування.

Колба

Колба захищає тіло напруження від впливу атмосферних газів. Розміри колби визначаються швидкістю осадження матеріалу тіла розжарення.

Газове середовище

Колби перших ламп були вакуумовані. Більшість сучасних ламп наповнюються хімічно інертними газами (крім ламп малої потужності, які, як і раніше, роблять вакуумними). Втрати тепла, що виникають при цьому за рахунок теплопровідності, зменшують шляхом вибору газу з великою молярною масою. Суміші азоту N 2 з аргоном Ar є найбільш поширеними в силу малої собівартості, також застосовують чистий осушений аргон, рідше - криптон Kr або ксенон Xe (молярні маси: N 2 - 28,0134 /моль; Ar: 39,948 г/моль; Kr - 83,798 г/моль, Xe - 131,293 г/моль).

Галогенна лампа

Тіло розжарення перших ламп виготовлялося з вугілля (температура сублімації 3559 ° C). У сучасних лампах застосовуються майже виключно спіралі з вольфраму, іноді осмієво-вольфрамового сплаву. Для зменшення розмірів тіла розжарення йому зазвичай надається форма спіралі, іноді спіраль піддають повторної чи навіть третинної спіралізації, отримуючи відповідно біспіраль чи триспіраль. ККД таких ламп вищий за рахунок зменшення тепловтрат через конвекцію (зменшується товщина ленгмюрівського шару).

Електротехнічні параметри

Лампи виготовляють для різних робочих напруг. Сила струму визначається за законом Ома ( I=U/R) і потужність за формулою P=U·I, або P=U²/R. Т. до. метали мають малий питомий опір, для досягнення такого опору необхідний довгий і тонкий провід. Товщина дроту у звичайних лампах становить 40-50 мікрон.

Так як при включенні нитка розжарення знаходиться при кімнатній температурі, її опір значно менше робочого опору. Тому при включенні протікає дуже великий струм (у десять - чотирнадцять разів більше за робочий струм). У міру нагрівання нитки її опір збільшується та струм зменшується. На відміну від сучасних ламп, ранні лампи розжарювання з вугільними нитками при включенні працювали за зворотним принципом - при нагріванні їх опір зменшувався, і повільно наростало свічення. Зростаюча характеристика опору нитки розжарювання (при збільшенні струму опір зростає) дозволяє використовувати лампу розжарювання як примітивний стабілізатор струму. При цьому лампа включається в послідовний ланцюг, що стабілізується, а середнє значення струму вибирається таким, щоб лампа працювала вповнакала.

У миготливих лампах послідовно з ниткою розжарювання вбудовується біметалічний перемикач. За рахунок цього такі лампи самостійно працюють у мерехтливому режимі.

Цоколь

У США та Канаді використовуються інші цоколі (це частково обумовлено іншою напругою в мережах - 110 В, тому інші розміри цоколів запобігають випадковому загвинчування європейських ламп, розрахованих на іншу напругу): Е12 (candelabra), Е17 (intermediate), Е26 (standard або medium) ), Е39 (mogul). Також, аналогічно до Європи, зустрічаються цоколі без різьблення.

Номенклатура

За функціональним призначенням та особливостями конструкції лампи розжарювання поділяють на:

• лампи загального призначення(До середини 1970-х років застосовувався термін «нормально-освітлювальні лампи»). Наймасовіша група ламп розжарювання, призначених для цілей загального, місцевого та декоративного освітлення. Починаючи з 2008 року за рахунок вживання ряду держав законодавчих заходів, спрямованих на скорочення виробництва та обмеження застосування ламп розжарювання з метою енергозбереження, їх випуск почав скорочуватися;
• декоративні лампи, що випускаються у фігурних колбах. Найбільш масовими є свічкоподібні колби діаметром бл. 35 мм та сферичні діаметром близько 45 мм;
• лампи місцевого освітлення, конструктивно аналогічні лампам загального призначення, але розраховані на низьку (безпечну) робочу напругу - 12, 24 або 36 (42) Ст. Область застосування - ручні (переносні) світильники, а також світильники місцевого освітлення у виробничих приміщеннях (на верстатах, верстатах та т. п. де можливий випадковий бій лампи);
• ілюмінаційні лампи, що випускаються в пофарбовані колби. Призначення – ілюмінаційні установки різних типів. Як правило, лампи цього виду мають малу потужність (10-25 Вт). Фарбування колб зазвичай проводиться за рахунок нанесення на них внутрішню поверхнюшару неорганічного пігменту. Рідше використовуються лампи з колбами, забарвленими зовні кольоровими лаками (кольоровим цапонлаком), їх недолік - швидке вицвітання пігменту та осипання лакової плівки через механічні дії;
• дзеркальні лампи розжарюваннямають колбу спеціальної форми, частина якої покрита шаром, що відбиває (тонка плівка термічно розпиленого алюмінію). Призначення дзеркалізації – просторовий перерозподіл світлового потокулампи з метою найбільш ефективного використання в межах заданого тілесного кута. Основне призначення дзеркальних ЛН – локалізоване місцеве освітлення;
• сигнальні лампивикористовуються у різних світлосигнальних приладах (засобах візуального відображення інформації). Це лампи малої потужності, які розраховані на тривалий термін служби. Сьогодні витісняються світлодіодами;
• транспортні лампи- надзвичайно широка група ламп, призначених для роботи на різних транспортних засобівах (автомобілях, мотоциклах та тракторах, літаках та гелікоптерах, локомотивах та вагонах залізниць та метрополітенів, річкових та морських судах). Характерні риси: висока механічна міцність, вібростійкість, використання спеціальних цоколів, що дозволяють швидко замінювати лампи у стиснуті умови і, в той же час, запобігають мимовільному випаданню ламп з патронів. Розраховані на харчування від бортової електричної мережітранспортних засобів (6-220 В);
• прожекторні лампизазвичай мають велику потужність (до 10 кВт, раніше випускалися лампи до 50 кВт) та високу світлову віддачу. Використовуються у світлових приладах різного призначення (освітлювальних та світлосигнальних). Спіраль розжарювання такої лампи зазвичай укладена за рахунок особливої ​​конструкції та підвіски в колбі більш компактно для кращого фокусування;
• лампи для оптичних приладів, до яких належать і що випускалися масово остаточно XX в. лампи для кінопроекційної техніки, мають компактно укладені спіралі, багато хто поміщається в колби спеціальної форми. Використовуються в різних приладах ( вимірювальні прилади, медична технікаі т.п.);

Спеціальні лампи

Комутаторна лампа розжарювання (24В 35мА)

Історія винаходу

Лампа Лодигіна

Лампа Томаса Едісона з ниткою розжарювання з вугільного волокна.

• У 1809 році англієць Деларю будує першу лампу розжарювання (з платиновою спіраллю).
• У 1838 році бельгієць Жобар винаходить вугільну лампу розжарювання.
• 1854 року німець Генріх Гебель розробив першу «сучасну» лампу: обвуглену бамбукову нитку у вакуумованій посудині. У наступні 5 років він розробив те, що багато хто називає першою практичною лампою.
• У 1860 англійський хімік і фізик Джозеф Вілсон Суон продемонстрував перші результати і отримав патент, проте труднощі в отриманні вакууму призвели до того, що лампа Суона працювала недовго і неефективно.
• 11 липня 1874 року російський інженер Олександр Миколайович Лодигін отримав патент за номером 1619 на ниткову лампу. Як нитка розжарювання він використовував вугільний стрижень, поміщений у вакуумовану посудину.
• У 1875 році В. Ф. Дідріхсон удосконалив лампу Лодигіна, здійснивши відкачування повітря з неї і застосувавши в лампі кілька волосків (у разі перегорання одного з них наступний включався автоматично).
• Англійський винахідник Джозеф Вілсон Суон отримав 1878 року британський патент на лампу з вугільним волокном. У його лампах волокно знаходилося у розрідженій кисневій атмосфері, що дозволяло отримувати дуже яскраве світло.
• У другій половині 1870-х років американський винахідникТомас Едісон проводить дослідницьку роботу, в якій він пробує як нитки різні метали. В 1879 він патентує лампу з платиновою ниткою. В 1880 він повертається до вугільного волокна і створює лампу з часом життя 40 годин. Одночасно Едісон винайшов побутовий поворотний вимикач. Незважаючи на такий нетривалий час життя його лампи витісняють газове освітлення, що використовувалося до того часу.
• У 1890-х роках А. Н. Лодигін винаходить кілька типів ламп з нитками розжарення з тугоплавких металів. Лодигін запропонував застосовувати в лампах нитки з вольфраму (саме такі застосовуються у всіх сучасних лампах) та молібдену та закручувати нитку розжарювання у формі спіралі. Він зробив перші спроби відкачувати з ламп повітря, що зберігало нитку від окислення і збільшувало їх термін служби у багато разів. Перша американська комерційна лампа з вольфрамовою спіраллю згодом виготовлялася за патентом Лодигіна. Також ним були виготовлені і газонаповнені лампи (з вугільною ниткою та заповненням азотом).
• З кінця 1890-х років з'явилися лампи з ниткою розжарювання з окису магнію, торію, цирконію та ітрію (лампа Нернста) або нитка з металевого осмію (лампа Ауера) та танталу (лампа Больтона та Феєрлейна)
• У 1904 році угорці Д-р Шандор Юст та Франьо Ханаман отримали патент за № 34541 на використання в лампах вольфрамової нитки. В Угорщині були вироблені перші такі лампи, що вийшли на ринок через угорську фірму Tungsram в 1905 році.
• У 1906 році Лодигін продає патент на вольфрамову нитку компанії General Electric. У тому ж 1906 року у США він побудував і пустив у хід завод з електрохімічного одержання вольфраму, хрому, титану. Через високу вартість вольфраму патент знаходить лише обмежене застосування.
• В 1910 Вільям Девід Кулідж винаходить поліпшений метод виробництва вольфрамової нитки. Згодом вольфрамова нитка витісняє всі інші види ниток.
• Залишається проблема з швидким випаромнитки у вакуумі була вирішена американським вченим, відомим фахівцемв галузі вакуумної техніки Ірвінгом Ленгмюром, який, працюючи з 1909 року у фірмі «General Electric», ввів у виробництво наповнення колби ламп інертними, точніше – важкими благородними газами (зокрема – аргоном), що суттєво збільшило час їхньої роботи та підвищило світловіддачу.

ККД та довговічність

Довговічність та яскравість залежно від робочої напруги

Майже вся енергія, що подається в лампу, перетворюється на випромінювання. Втрати за рахунок теплопровідності та конвекції малі. Для людського ока, однак, доступний лише малий діапазон довжин хвиль цього випромінювання. Основна частина випромінювання лежить у невидимому інфрачервоному діапазоні та сприймається у вигляді тепла. Коефіцієнт корисної дії ламп розжарювання досягає при температурі близько 3400 свого максимального значення 15%. При практично досяжних температурах 2700 (звичайна лампа на 60 Вт) ККД становить 5%.

Зі зростанням температури ККД лампи розжарювання зростає, але при цьому суттєво знижується її довговічність. При температурі нитки 2700 час життя лампи становить приблизно 1000 годин, при 3400 лише кілька годин. Як показано малюнку справа, зі збільшенням напруги на 20 %, яскравість зростає вдвічі. Водночас час життя зменшується на 95%.

Зменшення напруги живлення хоч і знижує ККД, зате збільшує довговічність. Так зниження напруги вдвічі (напр. при послідовному включенні) зменшує ККД приблизно в 4-5 разів, зате збільшує час життя майже тисячу разів. Цим ефектом часто користуються, коли необхідно забезпечити надійне чергове освітлення без особливих вимог до яскравості, наприклад, на сходах. Часто для цього при живленні змінним струмом лампу підключають послідовно з діодом, завдяки чому струм лампи йде тільки протягом половини періоду.

Так як вартість спожитої за час служби лампою розжарювання електроенергії в десятки разів перевищує вартість самої лампи, існує оптимальна напруга, при якій вартість світлового потоку мінімальна. Оптимальна напруга дещо вища за номінальну, тому способи підвищення довговічності шляхом зниження напруги живлення з економічної точкизору абсолютно збиткові.

Обмеженість часу життя лампи розжарювання обумовлена ​​в меншій мірі випаровуванням матеріалу нитки під час роботи, і в більшою міроющо виникають у нитки неоднорідностями. Нерівномірне випаровування нитки призводить до виникнення витончених ділянок з підвищеним електричним опором, Що у свою чергу веде до ще більшого нагрівання та випаровування матеріалу в таких місцях. Коли одне з цих звужень стоншується настільки, що матеріал нитки тут плавиться або повністю випаровується, струм переривається, і лампа виходить з ладу.

Найбільше зношування нитки напруження відбувається при різкій подачі напруги на лампу, тому значно збільшити термін її служби можна використовуючи різного родувлаштування плавного запуску.

Вольфрамова нитка розжарювання має у холодному стані питомий опір, Що всього в 2 рази вище, ніж опір алюмінію. При перегоранні лампи часто буває, що згоряють мідні проводки, що з'єднують контакти цоколя із тримачами спіралі. Так, звичайна лампа на 60 Вт у момент включення споживає понад 700 Вт, а 100-ватна - більше кіловата. Принаймні прогріву спіралі її опір зростає, а потужність падає до номінальної.

Для згладжування пікової потужності можуть використовуватися терморезистори з сильно падаючим опором у міру прогріву, реактивний баласт у вигляді ємності або індуктивності, димери (автоматичні або ручні). Напруга на лампі зростає в міру прогріву спіралі і може використовуватися для автоматизації шунтування баласту. Без відключення баласту лампа може втратити від 5 до 20% потужності, що може бути вигідно збільшення ресурсу.

Низьковольтні лампи розжарювання за тієї ж потужності мають більший ресурс і світловіддачу завдяки більшому перерізу тіла розжарювання. Тому у багатолампових світильниках (люстрах) доцільно застосування послідовного включення ламп на меншу напругу замість паралельного включення ламп на напругу мережі. Наприклад, замість паралельно включених шести ламп 220В 60Вт застосувати шість послідовно включених ламп 36В 60Вт, тобто замінити шість тонких спіралей однією товстою.

Нижче представлено приблизне співвідношення потужності та світлового потоку для звичайних прозорих ламп розжарювання у формі "груші", популярних у Росії, цоколь E27, 220В.

Різновиди ламп розжарювання

Лампи розжарювання діляться на (розташовані по порядку зростання ефективності):

• Вакуумні (найпростіші)
• Аргонові (азот-аргонові)
• Криптонові (приблизно +10% яскравості від аргонових)
• Ксенонові (в 2 рази яскравіші за аргонові)
• Галогенні (наповнювач I або Br, в 2,5 рази яскравіший за аргонові, великий термін служби, не люблять недокала, тому що не працює галогенний цикл)
• Галогенні з двома колбами (ефективніший галогенний цикл за рахунок кращого нагріву внутрішньої колби)
• Ксенон-галогенні (наповнювач Xe + I або Br, найбільш ефективний наповнювач, до 3х разів яскравіший за аргонові)
• Ксенон-галогенні з відбивачем ІЧ випромінювання (бо більша частинавипромінювання лампи посідає ІЧ діапазон, то відображення ІЧ випромінювання всередину лампи помітно підвищує ККД, виробляються для мисливських ліхтарів)
• Накалювання з покриттям, що перетворює ІЧ випромінювання у видимий діапазон. Ведуться розробки ламп із високотемпературним люмінофором, який при нагріванні випромінює видимий спектр.

Переваги та недоліки ламп розжарювання

Переваги:

• налагодженість у масовому виробництві
• мала вартість
• невеликі розміри
• відсутність пускорегулюючої апаратури
• нечутливість до іонізуючої радіації
• суто активний електричний опір (одиничний коефіцієнт потужності)
• швидкий вихід на робочий режим
• невисока чутливість до збоїв у харчуванні та стрибків напруги
• відсутність токсичних компонентів і як наслідок відсутність необхідності в інфраструктурі зі збирання та утилізації
• можливість роботи на будь-якому роді струму
• нечутливість до полярності напруги
• можливість виготовлення ламп на різну напругу (від часток вольта до сотень вольт)
• відсутність мерехтіння під час роботи на змінному струмі (важливо на підприємствах).
• відсутність гудіння при роботі на змінному струмі
• безперервний спектр випромінювання
• приємний та звичний у побуті спектр
• стійкість до електромагнітного імпульсу
• можливість використання регуляторів яскравості
• не бояться низької та підвищеної температури довкілля, стійкі до конденсату

Недоліки:

Обмеження імпорту, закупівель та виробництва

У зв'язку з необхідністю економії електроенергії та скорочення викиду вуглекислого газу в атмосферу в багатьох країнах введено або планується до введення заборона на виробництво, закупівлю та імпорт ламп розжарювання з метою вимушення заміни їх на енергозберігаючі (компактні люмінесцентні, світлодіодні, індукційні та ін.) ламп.

В Росії

За деякими джерелами в 1924 між учасниками картелю було досягнуто домовленості про обмеження часу життя ламп розжарювання в 1000 годин. При цьому всі виробники ламп, що перебувають у картелі, були зобов'язані вести строгу технічну документаціющодо дотримання заходів, що запобігають 1000-годинному перевищенню циклу життя ламп.

Крім того, картелем були розроблені нині діючі стандарти цоколя Едісона.

Див. також

Примітки

1. Лампи з білими LED пригнічують вироблення мелатоніну - Газета.Ru | Наука
2. Buy Tools, Lighting, Electrical and DataComm Supplies на GoodMart.com
3. Фотолампа // Фотокінотехніка: Енциклопедія / Головний редакторЄ. А. Йофіс. – М.: Радянська енциклопедія, 1981.
4. Є. М. Голдовський. Радянська кінотехніка. Видавництво Академії наук СРСР, Москва-Ленінград. 1950, C. 61
5. Історія винаходу та розвитку електричного освітлення
6. Давид Шарль. Король винахідництва Томас Альва Едісон
7. Електротехнічна енциклопедія Історія винаходу та розвитку електричного освітлення
8. A. de Lodyguine, U.S. Patent 575,002 "Illuminant for Incandescent Lamps". Application on January 4, 1893 .
9. Г.С.Ландсберг. Елементарний підручник фізики (рус.). Архівовано з першоджерела 1 червня 2012 року. Перевірено 15 квітня 2011 року.
10. en:Incandescent light bulb
11. [ Лампа розжарювання]- стаття з Малого енциклопедичного словника Брокгауза та Єфрона
12. The History of Tungsram (PDF). Архівовано(англ.)
13. Ganz and Tungsram - the 20th century (англ.). (недоступне посилання - історія) Перевірено 4 жовтня 2009 року.
14. А. Д. Смирнов, К. М. Антіпов. Довідкова книгаЕнергетика. Москва, "Енергоатоміздат", 1987.
15. Keefe, TJ. The Nature of Light (2007). Архівовано з першоджерела 1 червня 2012 року. Перевірено 5 листопада 2007 року.
16. Klipstein, Donald L. The Great Internet Light Bulb Book, Part I (1996). Архівовано з першоджерела 1 червня 2012 року. Перевірено 16 квітня 2006 року.
17. Black body visible spectrum
18. Відображення luminosity функції.
19. Лампи розжарювання, характеристики. Архівовано з першоджерела 1 червня 2012 року.
20. Таубкін С. І. Пожежа і вибух, особливості їхньої експертизи - М., 1999 с. 104
21. 1 вересня в ЄС припиниться продаж 75-ватних ламп розжарювання.
22. ЄС обмежує продаж ламп розжарювання з 1 вересня, європейці незадоволені. "Інтерфакс-Україна".
23. Медведєв запропонував заборонити «лампочки Ілліча», Lenta.ru, 02.07.2009.
24. Федеральний закон Російської Федерації від 23 листопада 2009 року № 261-ФЗ «Про енергозбереження та про підвищення енергетичної ефективності та про внесення змін до окремих законодавчих актів Російської Федерації».
25. Саботуй вето , Lenta.ru, 28.01.2011.
26. «Лисма» розпочала випуск нової серії ламп розжарювання, ГУП РМ «ЛИСМА».
27. Голь на вигадки хитра: у продажу з'явилися лампи розжарювання потужністю 95Вт.
28. http://russeca.kent.edu/InternationalBusiness/Chapter09/t09p23.html Обмежувальна ділова практикав галузі передачі технології (ОДП)

Додати сайт до закладок

Коли з'явилася перша лампа розжарювання?

У 1809 році англієць Деларю будує першу лампу розжарювання (з платиновою спіраллю). У 1838 році бельгієць Жобар винаходить вугільну лампу розжарювання. У 1854 році німець Генріх Гебель розробив першу «сучасну» лампу – обвуглену бамбукову нитку у вакуумованій посудині. У наступні 5 років він розробив те, що багато хто називає першою практичною лампою. У 1860 англійський хімік і фізик Джозеф Вілсон Суон продемонстрував перші результати і отримав патент, проте труднощі в отриманні вакууму призвели до того, що лампа Суона працювала недовго і неефективно.

11 липня 1874 року російський інженер Олександр Миколайович Лодигін отримав патент за номером 1619 на ниткову лампу. Як нитка розжарювання він використовував вугільний стрижень, поміщений у вакуумовану посудину.

У 1875 році В. Ф. Дідріхсон удосконалив лампу Лодигіна, здійснивши відкачування повітря з неї і застосувавши в лампі кілька волосків (у разі перегорання одного з них наступний включався автоматично).

Англійський винахідник Джозеф Вілсон Суон отримав 1878 року британський патент на лампу з вугільним волокном. У його лампах волокно знаходилося у розрідженій кисневій атмосфері, що дозволяло отримувати дуже яскраве світло.

У другій половині 1870-х років американський винахідник Томас Едісон проводить дослідницьку роботу, в якій він пробує як нитки різні метали. В 1879 він патентує лампу з платиновою ниткою. В 1880 він повертається до вугільного волокна і створює лампу з часом життя 40 годин. Одночасно Едісон винайшов побутовий поворотний вимикач. Незважаючи на такий нетривалий час життя, його лампи витісняють газове освітлення, що використовувалося до того часу.

У 1890-х роках А. Н. Лодигін винаходить кілька типів ламп з нитками розжарювання із тугоплавких металів. Лодигін запропонував застосовувати в лампах нитки з вольфраму (саме такі застосовуються у всіх сучасних лампах) та молібдену та закручувати нитку розжарювання у формі спіралі. Він зробив перші спроби відкачувати з ламп повітря, що зберігало нитку від окислення і збільшувало їх термін служби у багато разів. Перша американська комерційна лампа з вольфрамовою спіраллю згодом виготовлялася за патентом Лодигіна. Також ним були виготовлені і газонаповнені лампи (з вугільною ниткою та заповненням азотом).

З кінця 1890-х років з'явилися лампи з ниткою розжарювання з окису магнію, торію, цирконію та ітрію (лампа Нернста) або нитка з металевого осмію (лампа Ауера) та танталу (лампа Больтона та Феєрлейна). У 1904 році угорці д-рШандор Юст та Франьо Ханаман отримали патент за № 34541 на використання в лампах вольфрамової нитки. В Угорщині були вироблені перші такі лампи, що вийшли на ринок через угорську фірму Tungsram в 1905 році. У 1906 році Лодигін продає патент на вольфрамову нитку компанії General Electric.

У тому ж 1906 року у США він побудував і пустив у хід завод з електрохімічного одержання вольфраму, хрому, титану. Через високу вартість вольфраму патент знаходить лише обмежене застосування. У 1910 Вільям Девід Кулідж винаходить поліпшений метод виробництва вольфрамової нитки. Згодом вольфрамова нитка витісняє всі інші види ниток.

Проблема з швидким випаром нитки у вакуумі була вирішена американським ученим, відомим фахівцем в галузі вакуумної техніки Ірвінгом Ленгмюром, який, працюючи з 1909 року у фірмі «General Electric», ввів у виробництво наповнення колби ламп інертними, точніше важкими шляхетними, газами зокрема, аргоном), що суттєво збільшило час їхньої роботи та підвищило світловіддачу.

ККД та довговічність

Майже вся енергія, що подається в лампу, перетворюється на випромінювання. Втрати за рахунок теплопровідності та конвекції малі. Для людського ока, однак, доступний лише малий діапазон довжин хвиль цього випромінювання. Основна частина випромінювання лежить у невидимому інфрачервоному діапазоні та сприймається у вигляді тепла.

Коефіцієнт корисної дії ламп розжарювання досягає при температурі близько 3400 K свого максимального значення 15%. При практично досяжних температурах 2700 K (звичайна лампа на 60 Вт) ККД становить 5 %.

Зі зростанням температури ККД лампи розжарювання збільшується, але при цьому суттєво знижується її довговічність. При температурі нитки 2700 K час життя лампи становить приблизно 1000 годин, при 3400 K лише кілька годин, зі збільшенням напруги на 20 % яскравість зростає вдвічі. Водночас час життя зменшується на 95%.

Зменшення напруги живлення хоч і знижує ККД, зате збільшує довговічність.Так, зниження напруги вдвічі (при послідовному включенні) зменшує ККД приблизно в 4-5 разів, зате збільшує час життя майже в тисячу разів. Цим ефектом часто користуються, коли необхідно забезпечити надійне чергове освітлення без особливих вимог до яскравості, наприклад, на сходових майданчиках. Часто для цього при живленні змінним струмом лампу підключають послідовно з діодом, завдяки чому струм лампи йде тільки протягом половини періоду.

Так як вартість спожитої лампою розжарювання за час служби електроенергії в десятки разів перевищує вартість самої лампи, існує оптимальна напруга, за якої вартість світлового потоку мінімальна. Оптимальна напруга дещо вища за номінальну, тому способи підвищення довговічності шляхом зниження напруги живлення з економічної точки зору абсолютно збиткові.

Обмеженість часу життя лампи розжарювання обумовлена ​​меншою мірою випаровуванням матеріалу нитки під час роботи і переважно виникають у нитки неоднорідностями. Нерівномірне випаровування нитки призводить до виникнення витончених ділянок з підвищеним електричним опором, що веде до ще більшого нагрівання і випаровування матеріалу в таких місцях. Коли одне з цих звужень стоншується настільки, що матеріал нитки в цьому місці плавиться або повністю випаровується, струм переривається і лампа виходить з ладу.

Найбільше зношування нитки напруження відбувається при різкій подачі напруги на лампу, тому значно збільшити термін її служби можна, використовуючи різного роду пристрої плавного запуску.

Вольфрамова нитка розжарювання має в холодному стані питомий опір, який всього в 2 рази вищий, ніж опір алюмінію. При перегоранні лампи часто буває, що згоряють мідні проводки, що з'єднують контакти цоколя із тримачами спіралі. Так, звичайна лампа на 60 Вт у момент включення споживає понад 700 Вт, а 100-ватна - більше кіловата. Принаймні прогріву спіралі її опір зростає, а потужність падає до номінальної.

Для згладжування пікової потужності можуть використовуватися терморезистори з сильно падаючим опором у міру прогріву, реактивний баласт у вигляді ємності або індуктивності, димери (автоматичні або ручні). Напруга на лампі зростає в міру прогріву спіралі і може використовуватися для автоматизації шунтування баласту. Без відключення баласту лампа може втратити від 5 до 20% потужності, що може бути вигідно збільшення ресурсу.

Низьковольтні лампи розжарювання за тієї ж потужності мають більший ресурс і світловіддачу завдяки більшому перерізу тіла розжарювання. Тому у багатолампових світильниках (люстрах) доцільно застосування послідовного включення ламп на меншу напругу замість паралельного включення ламп на напругу мережі. Наприклад, замість паралельно включених шести ламп 220В 60Вт застосувати шість послідовно включених ламп 36В 60Вт, тобто замінити шість тонких спіралей однією товстою.

Різновиди ламп

Лампи розжарювання діляться на (розташовані по порядку зростання ефективності):

• вакуумні (найпростіші);
• аргонові (азот-аргонові);
• криптонові (приблизно +10% яскравості від аргонових);
• ксенонові (у 2 рази яскравіші за аргонові);
• галогенні (наповнювач I або Br, в 2,5 рази яскравіший за аргонові, великий термін служби, не люблять недокала, тому що не працює галогенний цикл);
• галогенні з двома колбами (ефективніший галогенний цикл за рахунок кращого нагріву внутрішньої колби);
• ксенон-галогенні (наповнювач Xe + I або Br, найбільш ефективний наповнювач, до 3х разів яскравіший за аргонові);
• ксенон-галогенні з відбивачем ІЧ випромінювання (оскільки більшість випромінювання лампи посідає ІЧ діапазон, то відбиток ІЧ випромінювання всередину лампи помітно підвищує ККД, виробляються для мисливських ліхтарів);
• розжарювання з покриттям, що перетворює ІЧ випромінювання у видимий діапазон. Ведуться розробки ламп із високотемпературним люмінофором, який при нагріванні випромінює видимий спектр.

Лампа розжарювання – просте та дешеве джерело світла з приємним для людського ока кольоровим відтінком.

Лампа розжарюваннязастосовується як джерело освітлення вже понад сотню років. Це – патріарх серед інших ламп, що висвітлюють оселі людини по всьому світу. І незважаючи на всі розмови про неактуальність застосування лампи розжарювання у сучасному світі, її доля ще далека від виходу в тираж. То що вона з себе являє?

Лампа розжарювання – принцип роботи

Лампа розжарюванняпредставляє з'єднані між собою скляну колбу, звідки власне і виходить світло, і металевий цоколь, призначений для контакту з електромережею. У скляній колбі розташована спіраль – нитка розжарення. Під час роботи лампи нитка розжарювання під час проходження через неї електричного струму розігрівається до великої температури, яка може досягати 3000°С. Тому спіраль виготовляється з тугоплавкого металузазвичай вольфраму. Температура плавлення вольфраму 3422°С, що цілком достатньо роботи лампи розжарювання.

Лампа розжарювання – пристрій (Натисніть, щоб збільшити)

Нитка розжарювання всередині колби зазвичай закріплена на двох нікелевих контактах – електродах та підтримується молібденовими гачками – тримачами, розташованими на скляному стрижні.

Електроди, що контактують з ниткою розжарення, з'єднуються з двома контактами на цоколі лампи. Розташування та вид контактів на цоколі лампи залежить від виду цоколя, що застосовується.

Іноді на одному з електродів робиться спеціальне утончення, укладене в скляну порожнину. Це утончення служить запобіжником, який в аварійній ситуації перегорає першим, що дозволяє уникнути вибуху скляної колби лампи.

З самої ж колби через скляну трубочку – штенгель відкачується повітря, після чого кінець штенгеля запаюється. Повітря містить кисень, що підтримує горіння, тому вольфрамова спіраль при роботі в повітрі згоріла б, не прослуживши секунди. Створення вакууму всередині колби значно подовжує термін служби лампи розжарювання.

Але це справедливо лише для малопотужних ламп до 25Ват. Для потужніших ламп в колбу, додатково з відкачуванням повітря, закачується якийсь інертний газ - ксенон, аргон або криптон. В основному застосовується дешевший, ніж ксенон, криптон. Або ще більш дешевий аргон для більшої економії змішаний з азотом. Інертний газ дозволяє нитки розжарювання прослужити більш тривалий час.

Це загальний пристрій ламп розжарювання трохи по-різному різних типівламп.

Види ламп розжарювання

Лампи розжарювання поділяються на лампи загального призначення, залізничні, автомобільні, суднові, для кіноапаратів, рудничні, маячні та ще безліч різних типів.

Залежно від призначення ламп розжарювання може бути різного виду форма колба – конусна, циліндрична, куляста. Все залежить від того, в якому типі світильників буде застосовуватися лампа. Є безліч декоративних ламп розжарювання, фантастичність форм яких залежить лише від меж фантазії дизайнера.

Колба лампи розжарювання може бути не тільки прозорою, а й матовою, дзеркальною або кольоровою.

Розрізняються лампи розжарювання та ниткою розжарення, у тому числі товщиною нитки. Нитка розжарення може бути простою спіраллю і спіраллю, згорнутою в спіраль вдруге, звані біспіральні лампи. Подвійна спіральдозволяє підвищити потужність і яскравість лампи без збільшення товщини нитки розжарення, що призвело б до перегріву та швидше перегорання нитки. Біспіральні лампи також дають збільшення яскравості без збільшення довжини спіралі, що призвело б до ускладнення та подорожчання конструкції лампи, хоча в деяких випадках нитка розжарювання в колбі лампи може бути ажурно-скрученою, павутиноподібною конструкцією. Такий пристрій спіралі може використовуватися в декоративних цілях, наприклад. Існують особливо потужні лампи розжарювання в кілька тисяч ват, що застосовуються у прожекторах. Такі лампи мають потрійну спіраль.

Лампи розжарювання можуть мати також різні видицоколя. Найпоширеніші – різьбові цоколі – позначаються латинською літерою E (цоколь Едісона) та цоколі байонетного типу – позначаються латинською літерою B. Цоколі байонетного типу (штифтовий цоколь) з двома бічними штирьками – контактами, та з одним або двома додатковими нижніми контактами, зазвичай застосовуються в автомобілях. Для ламп розжарювання, що застосовуються для освітлення будинку, - це різьбовий цоколь E двох типів розмірів: Е14 (міньйон) і звичайний середній цоколь - Е27 (число вказує зовнішній діаметр цоколя в міліметрах), найбільш відомий кожною людиною, знайомою з визначенням «лампочка Ільї . Великий цоколь E40 застосовується зазвичай у виробництві, а побуті, мабуть, лише у прожекторах.

Характеристики ламп розжарювання

Характеристики ламп розжарювання залежить від товщини і виду нитки розжарення, колби лампи, цоколя, що застосовується, відсутності або наявності в колбі інертного газу.

Чим більша товщина нитки розжарення, тим потужнішою, а відповідно і яскравішою буде лампа розжарювання. Чим потужніша буде лампа, тим більше буде розмір її колби і при перевищенні межі потужності 25 ватів знадобиться додавання в колбу лампи інертного газу.

Від того, який інертний газ буде додано до колби, залежить яскравість лампи розжарювання. Найменшу яскравість мають лампи розжарювання, наповнені аргон-азотною сумішшю. Закачування в колбу лампи криптону трохи підвищує яскравість свічення лампи. А додавання ксенону підвищує яскравість порівняно з аргоновими лампами вдвічі.

Пристрій ламп розжарювання для застосування в мережах змінного та постійного струмупрактично не відрізняється одна від одної. Тобто лампи для змінного струму працюватимуть і при постійному струмі. І відповідно навпаки. Вся різниця між ними у величині напруги, на яку вони розраховані. Якщо лампу розжарювання, виготовлену для роботи при певній напрузі, включити в мережу з напругою вище від номіналу даної лампи, то лампа природно перегорить. Наскільки швидко це станеться, залежить від того, наскільки більша напруга мережі номіналу лампи. Якщо напруга мережі більше номіналу хоча б рази на два, то лампа розжарювання при включенні миттєво буквально вибухне уламками скла. При включенні лампи розжарювання в мережу зі зниженою напругою лампа світитиме слабше, ніж їй призначено, або не працюватиме зовсім, якщо напруга надто мала.

Зазвичай лампи розжарювання на напругу нижче 220 вольт застосовують у мережах постійного струму. За деяким винятком для спеціальних ламп, які застосовуються, наприклад, на суднах або на залізниці.

Лампи розжарювання, на яких нанесено позначення рівно 220 вольт, варто застосовувати тільки в мережі зі стабільною напругою, наприклад, при використанні хорошого стабілізатора напруги. При використанні таких ламп розжарювання в мережі з постійними перепадами напруги лампи дуже швидко вийдуть з ладу. При перепадах напруги в мережі застосовують лампи розжарювання з позначенням 230-240 вольт або краще 235-245 вольт. Такі лампи в умовах нестабільної напруги прослужать значно довше, але з іншого боку за наявності стабілізатора регулюючого постійну напругу 220 вольт вони світитимуть слабше, ніж розраховані.

Успіхів Вам у пристрої Зручного Дому! З повагою