Как устроена лампа накаливания

как устроена лампа накаливания

Несмотря на то что в последнее время все большую популярность набирают энергосберегающие лампы, лампы накаливания не сдают свои позиции и продолжают применяться в общественных и частных зданиях.

Возможно, это связано с привычкой или дешевизной, а, может быть, с цветовой температурой, которую дает лампа накаливания. Знание, как устроена лампа накаливания, поможет использовать ее в оптимальных режимах, а это, в свою очередь, продлит срок ее службы.

Принцип работы лампы накаливания

Физический принцип работы лампы накаливания заключается в следующем. При нагревании тела возникают электромагнитные волны, длина которых напрямую зависит от температуры: чем выше температура, тем волны становятся короче.

Чтобы получить видимый спектр, тело необходимо нагреть до 570 °C, в этом случае уже заметно красное свечение, которое можно увидеть, если тело находится в темноте.

Для получения такого же спектра, какое излучает солнце, тело необходимо нагреть до 5496,85 °C, однако, ученым неизвестен материал, способный оставаться в твердом состоянии при такой температуре. Обычно нить разогревается до температуры 2000–2800 °C, то есть спектр сдвинут в красную область.

принцип действия лампы накаливания

Чтобы получить указанную температуру, выбирают тугоплавкий материал и нагревают его с помощью электрического тока. Нагревание происходит из-за сопротивления электрическому току: чем больше сопротивление и протекающий ток, тем выше температура. Действие тока напрямую зависит от приложенного напряжения к нагреваемому элементу.

Поэтому при падении напряжения лампа начинает гореть красным цветом, а при повышенном напряжении свет становится белее.

Следует отметить, что вольфрам, как и другие чистые металлы, имеет положительный температурный коэффициент сопротивления, то есть при увеличении температуры сопротивление возрастает.

Сопротивление холодного и нагретого тела накала отличается в 10 раз. Прежде чем рассмотреть, как устроена лампа накаливания, уточним, видов ламп накаливания очень много, но устройства очень похожи, отличаются лишь небольшими добавлениями или отсутствием некоторых деталей.

Устройство лампы накаливания

Устройство лампы накаливания - рассмотрим на примере обычной цокольной. Основным элементом служить нить. Она может быть изготовлена из тугоплавкого вольфрама, рения или осмия.

Последний используется редко, поскольку температура плавления у него примерно на 400 °C ниже, чем у предыдущих двух. Сама проволока скручивается в нить малого радиуса, а затем уже эта спираль скручивается в более крупную. Делается это для уменьшения длины нити. Крепится она с помощью двух токовводов и поддерживается крючками из молибдена.

Токовводы выходят наружу и крепятся один к донышку цоколя, другой к корпусу цоколя. Обычно в разрыв токоввода, идущего в ножке, впаивается предохранитель из ферроникелевого сплава. Он служит для предотвращения возникновения электрической дуги в момент разрыва нити накаливания.

устройство лампы накаливания

Поскольку дуга имеет высокую температуру, она может раскалить частицы тела накала до такой степени, что металл прожигает стекло и капает вниз, что может привести к пожару. Однако в последнее время из-за малой эффективности предохранители не стали устанавливать.

Чтобы предотвратить окисление тела накала и защитить спираль от механического воздействия, используют колбу. В зависимости от назначения для колб могут использовать следующее стекло:

  • натриево-кальциевое силикатное;
  • боросиликатное;
  • известковое;
  • свинцовое.

Боросиликатное легче переносит высокие температуры. Для ламп с вольфрамовым телом саму колбу делают из известкового стекла, а изолятор из свинцового.

На открытом воздухе тело накала быстро окисляется, поэтому из колбы выкачивают воздух, либо заполняют инертным газом:

  • аргоном;
  • криптоном;
  • смесью азота с аргоном.

По себестоимости смесь является более приемлемой, поэтому применяется чаще. Лампы мощностью до 25 Вт продолжают выпускать вакуумными.

Находящийся в колбе газ имеет давление, это увеличивает температуру тела накала и приближает шкалу цветопередачи к белому. Кроме того, газ замедляет оседание материала тела нити на внутреннюю часть колбы, что замедляет ее потемнение.

Маркировка лампочек и цоколя

Для специализированных ламп существует буквенно-цифровая кодировка.

Первая буква определяет конструкцию и физические свойства. Например: б – аргоновая без спирали;

Вторая говорит о назначении: а— автомобильная, пж — прожекторная. Далее, указывается номинальное напряжение и мощность.

На колбах ламп для бытовых целей проставляется только напряжение, мощность и год изготовления. Диаметр цоколя в миллиметрах может быть указан на упаковке: Е14, Е27 и Е40.

маркировка цоколей ламп

Маркировка стандартного патрона для обычной лампочки - Е27

Достоинства

Устройство лампы накаливания обладает большим рядом преимуществ, что делает ее такой востребованной, рассмотрим некоторые из них:

  • дешевизна;
  • компактность;
  • малая чувствительность к качеству питающего напряжения;
  • быстрота включения;
  • нет эффекта мерцания с выключателями с подсветкой;
  • легко поддается регулировке яркости освещения;
  • простота конструкции;
  • нет токсичных элементов;
  • работает при любой температуре;
  • работает на любом роде тока;
  • отсутствие паразитного индуктивного сопротивления;
  • отсутствие радиопомех;
  • не реагирует на электромагнитные импульсы;
  • из всех осветительных приборов обладает наименьшим уровнем ультрафиолетового излучения.

Особенно экономична в местах, где требуется кратковременное, периодическое освещение (санузел, кладовая, погреб).

Недостатки

К сожалению, есть и недостатки:

  • малый срок службы;
  • лишь небольшая часть мощности, потребляемая лампой, идет на освещение;
  • долговечность лампы напрямую зависит от напряжения;
  • пожароопасность – температура баллона может достигать 330 °C;
  • при неисправности лампы возможен взрыв колбы;
  • резкий скачок тока при включении;
  • чувствительность к ударам и тряскам.

Еще один недостаток связан с отходом от стандарта некоторых производителей. Для изготовления цоколя использовалась плакированная цинком сталь, при этом создавались безопасные условия эксплуатации.

В последнее время стали использовать алюминий. Если посмотреть, как устроен патрон лампы накаливания, тогда будет понятна проблема. Дело в том, что контакты патрона выполнены из латуни, при соприкосновении с алюминием происходят окислительные процессы, которые нарушают контакт.

При искрении алюминий плавится и прикипает к ножкам патрона, после чего вывернуть лампу практически невозможно.

Коэффициент полезного действия (КПД)

Соотношение светового потока к используемой мощности слишком мал, так, для лампы мощностью 40 Вт световая отдача составит приблизительно 1,9%. Для 100 Вт показатель поднимется до 2,6%.

Увеличение напряжения немного повышает световую отдачу, но при этом срок службы резко уменьшается. В некоторых лампах кпд повышают за счет использования трехразового скручивания нити.

Зачем лампу накаливания подключают через диод

Иногда можно увеличить срок службы лампы в несколько раз. Знания, как устроена лампа накаливания, помогают решить такую задачу двумя способами.

Первый способ – использование меньшего напряжения. Например, в люстре с 6 лампами на 220 В, включенных параллельно, можно поставить 6 ламп на 36 В включенных последовательно. Неудобством является отключение всего светильника при сгорании одной лампы.

лампа через диод

Другой способ предусматривает использование диода, включенного последовательно лампе. При этом световой поток еще больше снижается и появляется мерцание, которое, впрочем, можно устранить, поставив между диодом и лампой конденсатор большой емкости.

подключение лампы через диод

Диод Д226Б

схема подключения лампы с диодом

При этом важно помнить, что ток при включении лампы может больше чем в 10 раз превосходить рабочий ток. Именно на этот ток нужно подбирать диод.

Похожие материалы на сайте:

Добавить комментарий