Из чего состоит и как устроена лампа накаливания

Несмот­ря на целый пере­чень недо­стат­ков, выяв­лен­ных при срав­не­нии с дру­ги­ми источ­ни­ка­ми искус­ствен­но­го све­та, лам­пы нака­ли­ва­ния оста­ют­ся вос­тре­бо­ван­ны­ми и в быто­вой сфе­ре, и в про­мыш­лен­ных отраслях.

Деше­вые и про­стые в исполь­зо­ва­нии при­бо­ры не хотят сда­вать свои пози­ции, хотя на рын­ке появи­лось огром­ное коли­че­ство более эко­но­мич­ных и «дол­го­игра­ю­щих» заме­ни­те­лей – напри­мер, ламп на светодиодах.

В чем же основ­ной сек­рет их успе­ха и поче­му они все еще попу­ляр­ны? Эти вопро­сы рас­смот­рим в нашей ста­тье, обра­тив­шись к тех­ни­че­ским харак­те­ри­сти­кам обыч­ных лам­по­чек, их основ­ным видам. Так­же рас­смот­рим пре­иму­ще­ства и недо­стат­ки и при­ве­дем реко­мен­да­ции по выбо­ру тра­ди­ци­он­ной лампочки.

Виды ламп

Лам­пы нака­ли­ва­ния под­раз­де­ля­ют­ся на несколь­ко видов:

• ваку­ум­ные;
• арго­но­вые либо азотно-аргоновые;
• крип­то­но­вые;
• [link_webnavoz]гало­ген­ные[/link_webnavoz] с под­клю­чен­ным отра­жа­те­лем инфра­крас­но­го све­та внут­ри лам­поч­ки, что повы­ша­ет КПД;
• с покры­ти­ем, необ­хо­ди­мым для пре­об­ра­зо­ва­ния инфра­крас­но­го све­та в види­мый спектр.

Общего, местного предназначения

Харак­те­ри­сти­ки ЛН обще­го пред­на­зна­че­ния про­пи­са­ны в ГОСТе 2239–79. Эти лам­поч­ки исполь­зу­ют­ся для под­клю­че­ния в све­тиль­ни­ки основ­но­го осве­ще­ния быто­вых и обще­ствен­ных мест, а так­же улич­но­го пространства.

Основ­ное напря­же­ние может быть 127 и 220 В. Ассор­ти­мент изде­лий делит­ся на груп­пы в зави­си­мо­сти от типов тела нака­ла (спи­раль либо бис­пи­раль) и сре­ды (ваку­ум­ные, газовые).

Фор­ма сосу­да, метод уста­нов­ки, мар­ка изде­лия и вид цоко­ля под­би­ра­ют­ся из сооб­ра­же­ний сто­и­мо­сти, прак­тич­но­сти тех­но­ло­ги, мини­мум на 100 часов рабо­ты. Нуж­но под­черк­нуть, что в послед­ние годы эффек­тив­ность таких ламп оце­ни­ва­ет­ся по мно­же­ству характеристик.

ЛН мест­но­го пред­на­зна­че­ния, выпус­ка­ет­ся под ГОСТом 1182–78, напря­же­ние не долж­но быть выше 36 В, а для про­из­вод­ствен­ных поме­ще­ний, где есть лег­ко­го­рю­чие веще­ства — 12 В. Мощ­ность лам­по­чек мест­но­го назна­че­ния огра­ни­че­на и будет 15, 25, 40 и 60 Вт. Вре­мя служ­бы каж­дой лам­пы нака­ли­ва­ния дол­жен быть не мень­ше 75% сред­ней про­дол­жи­тель­но­сти свечения.

Для улич­но­го осве­ще­ния берут­ся более мощ­ные лам­пы, что­бы не при­хо­ди­лось каж­дый месяц-два менять их. Так как это доста­точ­но тру­до­ем­кий процесс.

Декоративные

Деко­ра­тив­ные лам­поч­ки могут быть раз­лич­ных форм, круг­лые, оваль­ные, спи­раль­ные и так далее. Источ­ни­ком излу­че­ния будет воль­фра­мо­вая нить. С помо­щью него в поме­ще­нии полу­ча­ет­ся уют­ный и теп­лый свет. В основ­ном на фаб­ри­ке про­из­во­дят дизай­нер­ские изде­лия под клас­си­че­ский цоколь Е27, но быва­ют моде­ли под цоколь Е22 и Е40.
Напря­же­ние необ­хо­ди­мое для кор­рект­ной рабо­ты состав­ля­ет 220 В. Срок исполь­зо­ва­ния деко­ра­тив­ных изде­лий с воль­фра­мо­вой нитью может быть в диа­па­зоне 2000–3400 часов, но не боль­ше. Тем­пе­ра­ту­ра осве­ще­ния харак­те­ри­зу­ет­ся пара­мет­ром 2700 К.

Такие изде­лия часто исполь­зу­ют для укра­ше­ния поме­ще­ний, лест­нич­ных про­ле­тов или ново­год­них елок. Боль­шие тор­го­вые цен­тры исполь­зу­ют деко­ра­тив­ные лам­поч­ки под­ве­шен­ные к высо­ки­ми потол­кам. Выгля­дит это поис­ти­не кра­си­во и в то же вре­мя уют­но. Они будут гар­мо­нич­но соче­тать со сти­лем Лофт в доме или квартире.

Иллюминационные

Эти лам­пы нака­ли­ва­ния про­из­во­дят­ся с цвет­ным внут­рен­ним сло­ем кол­бы и необ­хо­ди­мы для ново­год­них гир­лянд или под­свет­ки лест­ниц, мага­зи­нов и вит­рин. Име­ет боль­шой спектр цвет­но­сти, при­сут­ству­ют холод­ные, белые, днев­ные и ноч­ные оттен­ки. Доста­точ­но высо­кий срок служ­бы до 25000 часов, при пра­виль­ной экс­плу­а­та­ции. Основ­ным мину­сом будет тяже­лая уста­нов­ка. Чем бли­же конец сро­ка изде­лия, тем сла­бее оно будет рабо­тать. Свет нач­нет пло­хо рассеиваться.

Сигнальные

Сиг­наль­ные лам­поч­ки в основ­ном исполь­зу­ют­ся в раз­ной про­мыш­лен­но­сти. Про­сто­та устрой­ства и боль­шой модель­ный ряд помо­га­ют выбрать изде­лия для рабо­ты в раз­ных сфе­рах про­из­вод­ства. Лам­пы мож­но мон­ти­ро­вать на стан­ки, пульт управ­ле­ния, на спе­ци­аль­ный транс­порт и так далее. Очень часто исполь­зу­ют­ся в маши­но­стро­е­нии, дере­во­об­ра­бот­ке или металлургии.

Вни­ма­ние! Мож­но под­клю­чить одну лам­поч­ку для выпол­не­ния несколь­ких опе­ра­ций, либо при­ме­нять одно­вре­мен­но 2–3 изде­лия раз­лич­но­го пред­на­зна­че­ния. Исхо­дя из сфе­ры исполь­зо­ва­ния, выби­ра­ет­ся цвет и фор­ма лампы.

Совре­мен­ные лам­пы нака­ли­ва­ния про­из­во­дят­ся спе­ци­аль­но для исполь­зо­ва­ния в про­мыш­лен­ных целях, что дает рядом плю­сов перед обыч­ны­ми лам­па­ми све­то­вой сигнализации:

• раз­но­об­раз­ные цве­то­вые режи­мы, даю­щие более инфор­ма­тив­ную сигнализацию;
• мно­же­ство выбо­ров плафонов;
• под­хо­дят под любую электросеть;
• лег­кая уста­нов­ка на стан­ки при помо­щи систе­мы вин­то­во­го подсоединения;
• воз­мож­ность заме­нять контакты;
• при­ме­не­ние све­то­ди­од­ных лам­по­чек повы­шен­ной ярко­сти для улуч­ше­ния обзо­ра на любых про­мыш­лен­ных территориях;
• удоб­ный кор­пус с воз­мож­но­стью под­бо­ра нуж­но­го размера;
• энер­го­сбе­ре­же­ние;
• лег­кость в использовании.

Зеркальные

Изде­лие зер­каль­но­го типа отли­ча­ет­ся от дру­гих ЛН ред­кой фор­мой кол­бы, а так­же нали­чи­ем покры­тия с отра­же­ни­ем све­та, кото­рое похо­же на тон­кую фольгу.

Это покры­тие рас­пы­ля­ет­ся на лам­пу для того, что­бы рас­се­ять ее све­то­вое излу­че­ние в поме­ще­нии, что­бы более пра­виль­но рас­пре­де­лить его в пре­де­лах опре­де­лен­ной точ­ки, что­бы была воз­мож­ность чет­ко осве­тить опре­де­лен­ное помещение.

Что­бы полу­чить такую опция в обыч­ной лам­пе, необ­хо­ди­мо поста­вить поза­ди нее боль­шой отра­жа­тель света.

Зер­каль­ные лам­поч­ки в основ­ном под­клю­ча­ют в све­тиль­ни­ки направ­лен­но­го излу­че­ния, исполь­зу­е­мые для точеч­но­го осве­ще­ния мага­зи­нов, что­бы полу­чи­лась под­свет­ка необ­хо­ди­мых зон. Так­же их исполь­зу­ют для офи­сов, лест­ниц, памят­ни­ков архитектуры.

Зер­каль­ные лам­пы могут быть раз­но­цвет­ны­ми и про­зрач­ны­ми, мато­вы­ми, либо с эффек­том УФ лучей. Их про­из­во­дят все извест­ные фаб­ри­ки осве­ти­тель­ных приборов.

Транспортные

В каче­стве осве­ще­ния для машин при­ме­ня­ют транс­порт­ные лам­пы нака­ли­ва­ния. В элек­три­че­ской цепи нить нака­ла тела разо­гре­ва­ет­ся и на пике тем­пе­ра­ту­ры начи­на­ет­ся све­че­ние. Энер­гия све­то­во­го луча, вос­при­ни­ма­е­мо­го обыч­ным гла­зом, будет неболь­шой. Основ­ная мас­са энер­гии будет в виде тепла.

Транс­порт­ная лам­па име­ет в сво­ем соста­ве кол­бу, несколь­ко нитей нака­ла, цоколь и выводы.

Тела нака­ла в двух­ни­те­вых изде­ли­ях могут рабо­тать по-раз­но­му. Двух­ни­те­вы­ми лам­поч­ка­ми осна­ще­ны авто­мо­биль­ные фары, све­тиль­ник в салоне.

Нить нака­ла обя­за­тель­но выдер­жи­ва­ют повы­шен­ные тем­пе­ра­ту­ры, а так­же доста­точ­но малень­кая. Поэто­му ее про­из­во­дят из воль­фра­мо­вой про­во­ло­ки сред­не­го раз­ме­ра, зави­той в вытя­ну­тую спираль.

Спи­раль под­со­еди­ня­ет­ся к элек­тро­дам и в основ­ном име­ет фор­му пря­мой линии или дуги полу­кру­га. Тем­пе­ра­ту­ра плав­ле­ния воль­фра­ма будет око­ло 4000 гра­ду­сов. Во вре­мя рабо­ты спи­раль гре­ет­ся до пока­за­те­лей 2500–2800 °С. С уве­ли­че­ни­ем тем­пе­ра­ту­ры воль­фра­ма повы­ша­ет­ся яркость и све­то­вая эффек­тив­ность лучей на ЛН. Но если пока­за­те­ли пере­ва­ли­ли за 2500 °С воль­фрам будет быст­ро испа­рять­ся и, оста­вать­ся на стен­ках стек­лян­но­го сосу­да, из-за чего полу­ча­ет­ся слой нале­та, кото­рый умень­шат каче­ство осве­ще­ния. Срок служ­бы таких изде­лий обыч­но состав­ля­ет от 4 меся­цев до полу­го­да. Зави­сит от про­из­во­ди­те­ля и каче­ствен­но­сти про­из­вод­ствен­но­го сырья.

Двухнитевые

Такое изде­лие может быть трех видов:

• для машин. Одна нить при­ме­ня­ет­ся для ближ­не­го све­та, вто­рая — для даль­не­го. Если гово­рить о лам­пах для зад­них сиг­на­лов, то нити могут при­ме­нять­ся для стоп-сиг­на­ла и габа­рит­но­го све­та такие же. Допол­ни­тель­ный экран будет уби­рать лучи, кото­рые в сиг­на­ле ближ­не­го све­та могут осле­пить вла­дель­цев встреч­ных машин;
• для воз­душ­но­го суд­на. В поса­доч­ной фаре пер­вая нить при­ме­ня­ет­ся для мало­го осве­ще­ния, вто­рая — для боль­шо­го, но если вто­рая слиш­ком дол­го рабо­та­ет, то может пона­до­бить­ся охла­жде­ние, ина­че может про­изой­ти возгорание;
• для све­то­фо­ров на желез­ной доро­ге. Обе нити нуж­ны для уве­ли­че­ния надеж­но­сти— если сго­рит одна, то будет рабо­тать другая.

Читай­те так­же: [link_webnavoz]Какие суще­ству­ют виды ламп?[/link_webnavoz]

Преимущества и недостатки

Лам­пы нака­ли­ва­ния обла­да­ют соб­ствен­ны­ми досто­ин­ства­ми и недостатками.

Досто­ин­ства:

• Лег­кость изго­тов­ле­ния. Поэто­му цена на них соответствующая.
• Лег­кость при­ме­не­ния. Не тре­бу­ет­ся уста­нов­ка допол­ни­тель­ных эле­мен­тов при вклю­че­нии в сеть. Часто лам­пы мощ­но­стью 150 Вт при­ме­ня­ют­ся в осве­ще­нии теп­лиц. Их свет бли­зок к есте­ствен­но­му. Кро­ме осве­ще­ния, они дают и тепло.
• Не вли­я­ет на зре­ние человека.
• Не тре­бу­ет­ся вре­мя для разогрева.
• Выдер­жи­ва­ет пере­па­ды температур.
• Ути­ли­зи­ру­ет­ся как быто­вой отход.
• В состав не вхо­дят вред­ные элементы.

Недо­стат­ки:

• Корот­кий срок эксплуатации.
• Зави­си­мость от пере­боя в сети, часто­го включения/выключения – это явля­ет­ся при­чи­ной раз­ры­ва спи­ра­ли в лам­пах нака­ли­ва­ния. Что­бы исклю­чить труд­но­сти с напря­же­ни­ем, уста­нав­ли­ва­ют­ся стабилизаторы.
• Низ­кий уро­вень коэф­фи­ци­ен­та полез­но­го дей­ствия. Это свя­за­но с рас­хо­дом боль­шей части энер­гии на тепло.
• Пожа­ро­опас­ность. Так как вокруг лам­пы обра­зу­ет­ся скоп­ле­ние тепла.
• Хруп­кость.
• Есть веро­ят­ность раз­ры­ва кор­пу­са, что может при­ве­сти к травмированию.

При покуп­ке лам­поч­ки нака­ли­ва­ния сто­ит учи­ты­вать все досто­ин­ства и недо­стат­ки, что­бы избе­жать мало­при­ят­ных фак­то­ров при эксплуатации.

Характеристики

Лам­пы нака­ла обла­да­ют таки­ми характеристиками:

1. Раз­лет мощ­но­стей. Зави­сит от сфе­ры исполь­зо­ва­ния, так для быто­вых целей при­ме­ня­ют­ся лам­пы от 25 до 150 Ватт, для дру­гих – до 1000 Вт.
2. Нить нака­ли­ва­ет­ся до 2000–2800 градусов.
3. Напря­же­ние – 220–330 В.
4. Све­то­вая отда­ча – 9–19 Лм/1Вт.
5. Раз­ме­ры цоко­ля – Е 14, Е 27 и Е 40, что соот­вет­ству­ет 14, 27 и 40 мм. Тип цоко­ля – резь­бо­вой и штиф­то­вой. Послед­ний может быть одно- или двухконтактным.
6. Ресурс функ­ци­о­ни­ро­ва­ния – 1000 часов при опти­маль­ных условиях.
7. Выде­ля­ют в про­цес­се горе­ния мно­го теп­ла, име­ют чув­стви­тель­ность к частым выключениям.
8. По цене они самые доступ­ные из пред­ло­жен­ных в мага­зи­нах ламп.
9. Сред­ний вес – 15 г.

Принцип действия

Суть рабо­ты всех ЛН в исполь­зо­ва­нии прин­ци­па нагре­ва­ния веще­ства при про­хож­де­нии сквозь него тока. В этом слу­чае повы­ша­ет­ся тем­пе­ра­ту­ра нити нака­ла после замы­ка­ния элек­три­че­ской цепи. Как резуль­тат запус­ка­ет­ся эффект элек­тро­маг­нит­но­го теп­ло­во­го излу­че­ния. Что­бы оно ста­ло види­мым для чело­ве­ка, тем­пе­ра­ту­ра нагре­ва­ния долж­на пре­вы­шать 570 ⁰C – это нача­ло крас­но­го свечения.

Внут­ри лам­пы нить нака­ли­ва­ния разо­гре­ва­ет­ся до 2000–2800 ⁰С. При разо­гре­ва­нии до такой тем­пе­ра­ту­ры на воз­ду­хе воль­фрам пре­вра­ща­ет­ся в оксид – на нем обра­зу­ет­ся белый налет, поэто­му внутрь кол­бы зака­чи­ва­ют­ся ней­траль­ные газы. На заре раз­ви­тия дан­ной тех­но­ло­ги осве­ще­ния в лам­поч­ке созда­вал­ся ваку­ум, сей­час это прак­ти­ку­ют толь­ко для изде­лий мини­маль­ной мощ­но­сти. При закру­чи­ва­нии в патрон цоко­ля лам­пы и замы­ка­нии цепи запус­ка­ет­ся про­цесс нака­ли­ва­ния нити, и она дает свет.

Строение

Обыч­ная лам­па состо­ит из сле­ду­ю­щих кон­струк­тив­ных элементов:

• кол­ба;
• ваку­ум или инерт­ный газ, зака­чи­ва­е­мый внутрь нее;
• нить нака­ла;
• элек­тро­ды — выво­ды тока;
• крюч­ки, необ­хо­ди­мые для удер­жи­ва­ния нити накала;
• нож­ка;
• предо­хра­ни­тель;
• цоколь, состо­я­щий из кор­пу­са, изо­ля­то­ра и кон­так­та на донышке.

Поми­мо стан­дарт­ных испол­не­ний из про­вод­ни­ка, стек­лян­но­го сосу­да и выво­дов, суще­ству­ют лам­пы спе­ци­аль­но­го назна­че­ния. В них вме­сто цоко­ля исполь­зу­ют­ся дру­гие дер­жа­те­ли или добав­ля­ет­ся допол­ни­тель­ная колба.

Предо­хра­ни­тель обыч­но изго­тав­ли­ва­ет­ся из спла­ва фер­ри­та и нике­ля и поме­ща­ет­ся в раз­рыв на одном из выво­дов тока. Зача­стую он рас­по­ло­жен в нож­ке. Его основ­ное пред­на­зна­че­ние — защи­та кол­бы от раз­ру­ше­ния в слу­чае обры­ва нити. Свя­за­но это с тем, что в слу­чае ее обры­ва обра­зу­ет­ся элек­три­че­ская дуга, при­во­дя­щая к плав­ле­нию остат­ков про­вод­ни­ка, кото­рые попа­да­ют на стек­лян­ную кол­бу. Из-за высо­кой тем­пе­ра­ту­ра она может взо­рвать­ся и вызвать воз­го­ра­ние. Впро­чем, дол­гие годы дока­за­ли низ­кую эффек­тив­ность предо­хра­ни­те­лей, поэто­му они ста­ли экс­плу­а­ти­ро­вать­ся реже.

Колба

Стек­лян­ный сосуд исполь­зу­ет­ся для защи­ты нити нака­ли­ва­ния от окис­ле­ния и раз­ру­ше­ния. Габа­рит­ные раз­ме­ры кол­бы под­би­ра­ют в зави­си­мо­сти от ско­ро­сти оса­жде­ния мате­ри­а­ла, из кото­ро­го про­из­во­дит­ся проводник.

Газовая среда

Если рань­ше ваку­у­мом запол­ня­лись все без исклю­че­ния лам­пы нака­ли­ва­ния, то сего­дня такой под­ход при­ме­ня­ют лишь для мало­мощ­ных источ­ни­ков све­та. Более мощ­ные устрой­ства запол­ня­ют­ся инерт­ным газом. Моляр­ная мас­са газа вли­я­ет на излу­че­ние теп­ла нитью накаливания.

В кол­бу гало­ген­ных ламп зака­чи­ва­ют­ся гало­ге­ны. Веще­ство, кото­рым покры­та нить нака­ла, начи­на­ет испа­рять­ся и вза­и­мо­дей­ство­вать с рас­по­ло­жен­ны­ми внут­ри сосу­да гало­ге­на­ми. В резуль­та­те реак­ции обра­зу­ют­ся соеди­не­ния, кото­рые повтор­но раз­ла­га­ют­ся и веще­ство вновь воз­вра­ща­ет­ся на поверх­ность нити. Бла­го­да­ря это­му появи­лась воз­мож­ность повы­сить тем­пе­ра­ту­ру про­вод­ни­ка, уве­ли­чив коэф­фи­ци­ент полез­но­го дей­ствия и срок экс­плу­а­та­ции изде­лия. Так­же такой под­ход поз­во­лил сде­лать кол­бы более ком­пакт­ны­ми. Недо­ста­ток кон­струк­ции свя­зан с изна­чаль­но малым сопро­тив­ле­ни­ем про­вод­ни­ка при пода­че элек­три­че­ско­го тока.

Нить накала

По фор­ме нить нака­ли­ва­ния может быть раз­ной — выбор в поль­зу той или иной свя­зан со спе­ци­фи­кой лам­поч­ки. Зача­стую в них при­ме­ня­ют нить с круг­лым сече­ни­ем, закру­чен­ную в спи­раль, гораз­до реже — лен­точ­ные проводники.

Совре­мен­ная лам­па нака­ли­ва­ния рабо­та­ет от нити из воль­фра­ма или осми­е­во-воль­фра­мо­во­го спла­ва. Вме­сто обыч­ных спи­ра­лей могут закру­чи­вать­ся бис­пи­ра­ли и три­спи­ра­ли, что ста­ло воз­мож­ным за счет повтор­но­го закру­чи­ва­ния. Послед­нее при­во­дит к умень­ше­нию теп­ло­во­го излу­че­ния и повы­ше­нию КПД.

Рекомендации по выбору лампочки

При покуп­ке лам­поч­ки ори­ен­ти­ру­ют­ся в первую оче­редь на вели­чи­ну цоко­ля и мощ­ность. Эти два пара­мет­ра лег­ко опре­де­лить по ста­ро­му, пере­го­рев­ше­му источ­ни­ку света.

Спе­ци­аль­но для люби­те­лей тра­ди­ци­он­ных лам­по­чек выпус­ка­ют­ся фила­мент­ные устрой­ства на све­то­ди­о­дах, похо­жие по фор­ме, но выгод­но отли­ча­ю­щи­е­ся сво­и­ми характеристиками

Если вы выбе­ре­те устрой­ство мень­шей мощ­но­сти, то све­то­вой поток будет сла­бее, если боль­шей, то рис­ку­е­те целост­но­стью пла­фо­нов – они могут дефор­ми­ро­вать­ся из-за высо­кой тем­пе­ра­ту­ры нагрева.

Кро­ме тех­ни­че­ских харак­те­ри­стик сто­ит обра­тить вни­ма­ние на каче­ство изго­тов­ле­ния лам­пы. Пред­по­чте­ние сто­ит отдать изде­ли­ям с широ­ким кон­так­том цоко­ля, про­па­ян­ным токо­про­во­дом, ста­биль­но закреп­лен­ной нитью накала.