Спіраль лампочки розжарювання. Лампочка розжарювання: ціла епоха у висвітленні

Незважаючи на активний наступ енергозберігаючих лампочок, лампи розжарювання так і залишаються на сьогоднішній день найпоширенішим джерелом світла. Принципова конструкція електричної лампи розжарювання не змінюється вже більше 100 років і складається з цоколя, контактних провідників та скляної колби, що захищає тонку спіраль нитки напруження. довкілля. Принцип роботи ламп розжарювання заснований на оптичному випромінюванні, що отримується від розігрітого до високої температури провідника, що знаходиться в інертному середовищі.

Історія

Перший електричне джерелосвітла – електрична дугабула запалена 1802 р російським ученим В.В. Петровим. Як джерело струму він використав величезну акумуляторну батареюз 2100 мідно-цинкових елементів, названу на честь одного із творців електрики Вольти, "вольтової". Петров використав пару вугільних стрижнів, підключених до різних полюсів гальванічної батареї. При зближенні кінців стрижнів на близьку відстань відбувався пробій повітряного проміжку електричним розрядом, кінці стрижнів при цьому розжарювалися до білого, і між ними з'явилася вогненна дуга. Використовувати таку лампу було важко – вугільні стрижні згоряли швидко та нерівномірно, а дуга видавала надто спекотне та яскраве світло.

Олександр Миколайович Лодигін в 1872 подав заявку, а потім отримав патент (№ 1619, від 11 липня 1874) на пристрій - лампу розжарювання і спосіб дешевого електричного освітлення. Цей винахід він запатентував спочатку в Росії, а потім також в Австрії, Великій Британії, Франції, Бельгії. У лампі Лодигіна тілом накалу служив тонкий стрижень з ретортного вугілля, поміщений під скляний ковпак. У 1875 р. лампочками Лодигіна був освітлений магазин Флорана на Великій Морській вулиці в Петербурзі, який удостоївся честі стати першим у світі магазином з електричним освітленням. Перша в Росії установка зовнішнього електричного освітлення дуговими лампами була введена в роботу 10 травня 1880 на Ливарному мосту в Петербурзі. Лампочки Лодигіна служили близько двох місяців, поки не згоряли вугілля (у новій лампі Лодигіна таких вугілля було чотири - коли один вугіль перегорав, на його місце заступав інший).

Російський учений Павло Миколайович Яблочков розташував вугільні стрижні паралельно, розділивши їх шаром глини, який поступово випаровувався. «Свічки» Яблочкова горіли гарним рожевим і фіолетовим кольором. У 1877 р. ними була освітлена одна з головних вулиць у Парижі. А електричне освітлення стали називати "la lumiere russe" - "російське світло".

Проте винахідником сучасної електричної лампочки називають Томаса Едісона. 1 січня 1880 р. в Менло-Парку (США) була проведена демонстрація електричного освітлення для будинків і вулиць, запропонованого Томасом Едісоном, на якій були присутні три тисячі людей. Едісон вніс у конструкцію лампи розжарювання Лодигіна найважливіші вдосконалення: він досяг значно видалення повітря з лампи, завдяки чому розжарена нитка світилася, не перегораючи.

Едісон був сконструйований всім відомий різьбовий цоколь сучасних ламп, який названий на його честь. В наші дні від повної назви збереглася лише перша літера "E" у його позначенні. Крім того, Едісон запропонував і систему виробництва та розподілу електроенергії для освітлення.

Вдосконалення лампи розжарювання відбувається і донині. Замість вугілля нитки розжарення стали виготовляти з термостійких металів - спочатку з осмію та танталу, а потім і з вольфраму. Для зниження випаровування і підвищення міцності починаючи з 1910-х років, металеву нитку навчилися закручувати в одинарні спіралі, що багато разів повторюються. Для того, щоб випаровування металу не осідали на склі, колби її стали наповнювати азотом або інертними газами.

Все це дозволило збільшити світлову віддачу ламп розжарювання з початкових 4-6 до 10-15 лм/Вт, а термін служби з 50-100 до звичного тепер значення 1000 год. теплового принципуотримання світла знайшло застосування у галогенних лампах розжарювання.

Примітка. Чому світиться розпечений метал? Згідно з квантовою теорією, якщо електрону будь-яким способом повідомити достатню енергію, то він перейде на вищий енергетичний рівень, a через 10 –13 з повернеться у вихідний основний стан, випустивши у своїй фотон. Цим фактом обумовлено не тільки світіння розжареного металу, а й «холодна» флюоресценція світляків, у яких електрони збуджуються за рахунок енергії розщеплення АТФ, а також світіння люмінофорів, що побували на сонці, що випускають. зелене світлов темряві.

Технічна інформація

Світлова віддача ламп розжарювання щодо невисока. Вона найнижча серед сучасних електричних ламп і лежить в інтервалі від 4 до 15 лм/Вт. Висока яскравість нитки розжарення у поєднанні з її мініатюрними розмірами дозволяє використовувати лампи розжарювання в оптичних системах та прожекторах. Лампи розжарювання мають широкий діапазон номінальних напруг і потужностей. Цей вид ламп може працювати в широкому діапазоні температур навколишнього середовища, обмежений лише термостійкістю матеріалів, що використовуються при її виготовленні (-100 ... +300 ° С). Світловий потік ламп розжарювання регулюється зміною робочої напруги, що може бути досягнуто світлорегулятором (димером) будь-якої конструкції.

При цьому недоліком є ​​висока робоча температура і кількість тепла, що виділяється при роботі. Лампи розжарювання чутливі до попадання води, оскільки через різке охолодження частини скляної колби відбудеться її руйнування, і потенційно пожежонебезпечні через високу робочу температуру.

На сьогоднішній день у світі відзначається стала тенденція до зниження частки ламп розжарювання в загальному обсязі освітлювальних приладів. У професійному секторі ринку світлотехніки розвинених країн ця частка вже сьогодні не перевищує 10%, витісняючись економічнішими галогенними та світлодіодними освітлювальними пристроями.

Ця тема досить широка, тому, хочу відразу зазначити, що в цій замітці розглянемо питання пожежонебезпеки ламп, що застосовуються виключно в побуті.

Пожежна небезпека патронів електричних ламп

У процесі експлуатації патрони ламп виробу можуть спричинити пожежу від короткого замикання всередині патрона, від струмів навантаження, від великого перехідного опоруу контактних частинах.

Від коротких замикань можуть у патронах ламп можливе замикання між фазою та нулем. У цьому випадку причиною пожежі є , що супроводжує короткі замикання, а також перегрів контактних деталей через термічний вплив струмів короткого замикання.

Перевантаження патронів струмом можливі при підключенні лампочок з потужністю, яка перевищує номінальну для даного патрона. Зазвичай загоряння при перевантаження пов'язані також із підвищеним падінням напруги в контактах.

Зростання падіння напруги в контактах посилюється зі збільшенням перехідного опору контактів та струму навантаження. Чим більше падіння напруги в контактах, тим більше їх нагрівання і тим більша ймовірність займання пластмаси або проводів, що приєднуються до контактів.

В окремих випадках, можливе також загоряння ізоляції живильних проводів і шнурів, внаслідок зносу струмопровідних жил та старіння ізоляції.

Все описане тут відноситься і до інших електроустановних виробів (розеток, вимикачів). Особливо пожежонебезпечні електроустановлювальні вироби, що мають неякісне складання або певні конструктивні недоліки, наприклад, відсутність механізмів миттєвого розчеплення контактів у дешевих вимикачів і т.д.

Але повернемося до розгляду питання пожежонебезпеки джерел світла.

Основною причиною виникнення пожеж від будь-яких електричних ламп є загоряння матеріалів та конструкцій від теплового впливу ламп в умовах обмеженого тепловідведення. Це може статися через установку лампи безпосередньо до матеріалів і конструкцій, що загоряються, закривання ламп згоряними матеріалами, а також через конструктивні недоліки світильників або неправильне положення світильника – без знімання тепла, передбаченого вимогами згідно технічної документаціїна світильник.

Пожежна небезпека ламп розжарювання

У лампах розжарювання електрична енергія переходить в енергію світлову та теплову, причому теплова становить велику частку загальної енергії, у зв'язку з чим колби ламп розжарювання дуже пристойно нагріваються і надають значні теплові дії на навколишні лампи предмети та матеріали.

Нагрів при горінні лампи розподіляється на її поверхні нерівномірно. Так, для газонаповненої лампи потужністю 200 Вт температура стінки колби по її висоті при вертикальній підвісці при проведенні вимірювань склала: на цоколі - 82 про З, на середині висоти колби - 165 про, у нижній частині колби - 85 про С.

Наявність повітряного проміжку між лампою та будь-яким предметом значно послаблює його нагрівання. Якщо температура колби на її кінці дорівнює для лампи розжарювання потужністю 100 Вт - 80 о С, то температура на відстані 2 см. від кінця колби склала вже 35 оС, на відстані 10 см - 22 о С, а на відстані 20 см - 20 о З.

Якщо колба лампи розжарювання стикається з тілами з малою тепропровідністю (тканиною, папером, деревом та ін.), в зоні торкання внаслідок погіршення тепловідведення можливий сильний перегрів. Так, наприклад, у мене 100-ватна лампочка розжарювання, обгорнена бавовняною тканиною, через 1 хвилину після включення в горизонтальному положенні нагрілася до 79 оС, через дві хвилини – до 103 оС, а через 5 хвилин – до 340 про С, після чого почала тліти (а це цілком може стати причиною пожежі).

Вимірювання температури проводилося за допомогою термопари.

Наведу ще кілька цифр, отриманих у результаті вимірів. Можливо комусь вони здадуться корисними.

Так температура на колбі лампи розжарювання потужністю 40 Вт (одна з найпоширеніших потужностей ламп у домашніх світильниках) становить через 10 хвилин після включення лампи 113 градусів через 30 хв. - 147 про С.

Лампа потужністю 75 Вт за 15 хвилин нагрілася вже до 250 градусів. Щоправда надалі, температура на колбі лампи стабілізується і практично не змінюється (через 30 хвилин вона становила приблизно ті самі 250 градусів).

Лампочка розжарювання потужністю 25 Вт нагрівається до 100 градусів.

Найбільші температури зафіксовані на колбі фото лампи потужністю 275 Вт. Вже за 2 хвилини після включення температура досягла значення 485 градусів, а через 12 хвилин – 550 градусів.

При використанні галогенних ламп (за принципом дії є близькими родичами ламп розжарювання) питання їх пожежонебезпеки стоїть також, якщо не гостріше.

Особливо важливо враховувати здатність виділяти тепло в великих розмірахгалогенними лампами при необхідності їх використання на дерев'яних поверхнях, Що до речі трапляється досить часто. В цьому випадку, доцільно використовувати низьковольтні галогенні лампи (12) малої потужності. Так, вже при галогенній лампочці потужністю 20 Вт конструкції, зроблені з сосни, починають усихати, а матеріали з ДСП виділяти формальдегід. Лампочки потужністю більшою ніж 20 Вт ще гаряче, що загрожує самозайманням.

Особливу увагу при цьому потрібно привернути до уваги при виборі конструкції світильників для галогенних ламп. Сучасні якісні світильники самі по собі непогано ізолюють від тепла навколишні світильник матеріали. Головне щоб світильник міг безперешкодно це тепло втрачати і конструкція світильника, в цілому, не являла собою термос для тепла.

Якщо ж торкнутися загальноприйнятої думки, що галогенні лампи зі спеціальними рефлектрорами (наприклад, так звані дихроїчні лампи) практично не виділяють тепла, так це явна помилка. Дихроїчний рефлектор діє як дзеркало для видимого світла, але не пропускає більшу частину інфрачервоного (теплового) випромінювання. Все тепло повертається на лампу. Тому дихроїчні лампи менше нагрівають освітлюваний об'єкт (холодний пучок світла), але при цьому вони нагрівають набагато більше сам світильник, ніж звичайні галогенні лампи і лампи розжарювання.

Пожежна небезпека люмінесцентних ламп

Щодо сучасних люмінесцентних ламп (наприклад, Т5 і Т2) та всіх люмінесцентних ламп з електронними ПРА відомостей про їх великі теплові дії, поки у мене немає. Розглянемо можливі причинипояви високих температур на люмінесцентних лампах зі стандартними електромагнітними ПРА. Незважаючи на те, що такі ПРА в Європі вже практично повністю під забороною, у нас вони ще дуже і дуже поширені і до їхньої повної заміни на електронні ПРА пройде досить багато часу.

З точки зору фізичного процесуДля отримання світла люмінесцентні лампи більш значну частину електроенергії перетворюють на видиме світлове випромінювання, ніж лампи розжарювання. Однак за певних умов, пов'язаних з несправностями пускорегулюючої апаратури люмінесцентних ламп («залипання» стартера та ін.), можливе їх сильне нагрівання (в окремих випадках нагрівання ламп можливе до 190 – 200 градусів, а – до 120).

Такі температури на лампах є наслідком оплавлення електродів. Причому, якщо електроди змістяться ближче до скла лампи, нагрівання може бути ще більшим (температура плавлення електродів, залежно від їхнього матеріалу, становить 1450 – 3300 про С). Що ж до можливої ​​температури на дроселі (100 - 120 про С), то вона теж є небезпечною, так як температура розм'якшення для заливальної маси за нормами - 105 оС.

Певну пожежну небезпекупредставляють стартери: усередині них перебувають легкозгоряні матеріали (паперовий конденсатор, картонні прокладки та інших.).

Вимагають, щоб максимальне перегрівання опорних поверхонь світильників не перевищувало 50 градусів.

Загалом, торкнутася сьогодні тема дуже цікава і досить велика, тому в майбутньому ми обов'язково до неї ще повертатимемося.

Сучасний ринок освітлювальних приладів сьогодні представлений не лише різноманітними світильниками, а й джерелами світла. Одними з найстаріших лампочок сучасності є лампи розжарювання (ЛН).

Навіть беручи до уваги те, що сьогодні існують досконаліші джерела світла, лампи розжарювання все ще широко використовуються людьми для освітлення різноманітних приміщень. Тут ми розглянемо такий важливий параметр даних ламп, як температура нагрівання під час роботи, і навіть колірна температура.

Особливості джерела світла

Лампи розжарювання є найперше джерело електричного світла, який був винайдений людиною. Ця продукція може мати різну потужність(Від 5 до 200 Вт). Але найчастіше використовуються моделі на 60 Вт.

Зверніть увагу! Найбільший мінус ламп розжарювання – найвище споживання електроенергії. Через це з кожним роком зменшується кількість ЛН, які активно використовуються як джерело світла.

Перед тим, як приступати до розгляду таких параметрів, як температура нагрівання та колірна температура, необхідно розібратися в конструкційних особливостях таких ламп, а також у принципі її роботи.
Лампи розжарювання в ході своєї роботи перетворює електричну енергію, що проходить по вольфрамовій нитці (спіралі) у світлову та теплову.
На сьогоднішній день випромінювання, за своєю фізичної характеристики, ділиться на два типи:

Пристрій лампи розжарювання

• теплове;
• люмінесцентне.

Під тепловим, характерним для ламп розжарювання, мається на увазі світлове випромінювання. Саме на тепловому випромінюванні засноване світіння електричної лампочки розжарювання.
Лампи розжарювання складаються з:

• скляної колби;
• тугоплавкою вольфрамової нитки (частина спіралі). Важливий елементвсієї лампи, тому що при пошкодженні нитки лампочка перестає світитися;
• цоколя.

У процесі роботи таких ламп відбувається підвищення нитки t0 через проходження через неї. електричної енергіїяк струму. Щоб уникнути швидкого перегорання нитки у спіралі, з колби викачують повітря.
Зверніть увагу! У більш розвинених моделях ламп розжарювання, якими є галогенові лампочки, замість вакууму в колбі закачано інертний газ.
Установка вольфрамової нитки відбувається у спіраль, що закріплена на електродах. У спіралі нитка перебуває посередині. Електроди, до яких відбувається встановлення спіралі та вольфрамової нитки, відповідно припаюються до різних елементів: один до металевої гільзи цоколя, а другий – до металевої контактної пластини.
В результаті такої конструкції електричної лампочки струм, проходячи через спіраль, викликає нагрівання (підвищення t0 всередині колби) нитки, так як він долає її опір.

Принцип роботи лампочки

Працююча лампа розжарювання

Нагрів ЛН під час роботи відбувається через конструкційні особливості джерела світла.Саме через сильний нагрів під час роботи час експлуатації ламп значно зменшується, що робить їх сьогодні не такими вигідними. При цьому через нагрівання нитки відбувається підвищення t0 самої колби.

Принцип роботи ЛН ґрунтується на перетворенні електричної енергії, що проходить через нитки спіралі, у світлове випромінювання. У цьому температура розігрітої нитки може становити 2600- 3000 оС.

Зверніть увагу! Температура плавлення для вольфраму, з якого виготовлено нитки спіралі, становить 3200-3400 °С. Як бачимо, у нормі температура нагріву нитки не може призвести до початку процесу плавлення.

Спектр ламп за такої будівлі помітно відрізняється від спектра денного світла. Для такої лампи спектр випромінюваного світла характеризуватиметься переважанням червоних та жовтих променів.
Варто відзначити, що колби у більш сучасних моделейЛН (галогенові) не вакуумуються, а також не містять у своєму складі спіральної нитки. Замість неї всередину колби закачують інертні гази (аргон, азот, криптон, ксенон та аргон). Такі конструкційні удосконалення призвели до того, що температура нагрівання колби під час роботи дещо зменшилася.

Переваги та недоліки джерела світла

Незважаючи на те, що сьогодні ринок джерел світла рясніє найрізноманітнішими моделями, лампи розжарювання на ньому зустрічаються досить часто. Тут можна знайти вироби різну кількість Вт (від 5 до 200 Вт і від). Найбільш популярними лампочками є від 20 до 60 Вт, також 100 Вт.

Асортимент вибору

ЛН продовжують досить широко використовуватися тому, що вони мають свої переваги:

• при включенні запалення світла відбувається майже миттєво;
• невеликі габарити;
• низька вартість;
• моделі, всередині колби яких є лише вакуум, є екологічно чистою продукцією.

Саме такі переваги і зумовили те, що ЛН ще досить затребуваними в сучасному світі. У будинках та на виробництві сьогодні легко можна зустріти представників даної освітлювальної продукції на 60 Вт та вище.
Зверніть увагу! Великий відсоток використання ЛН належить до промисловості. Найчастіше тут використовуються потужні моделі (200 Вт).
Але лампи розжарювання мають і досить значний список недоліків, до яких можна віднести:

• наявність сліпучої яскравості світла, що виходить від ламп у процесі роботи. Внаслідок цього потрібне використання спеціальних захисних екранів;
• під час роботи спостерігається нагрівання нитки, а також самої колби. Через сильне нагрівання колби при попаданні на її поверхню навіть незначної кількості води, можливий вибух. Причому нагрівання колби відбувається у всіх лампочок (хоч на 60 Вт, хоч нижче чи вище);

Зверніть увагу! Збільшення нагрівання колби ще несе у собі певний ступінь небезпеки травмуватися. Підвищена температура скляної колби при дотику до неї незахищеними ділянками шкіри може викликати опік. Тому такі лампи не варто ставити в ті світильники, до яких може легко дістатись дитина. Крім того, пошкодження скляної колби може викликати порізи або спровокувати інші травми.

Напруження вольфрамової нитки

• високе споживання електроенергії;
• при виході з експлуатації не піддаються ремонту;
• низький термін експлуатації. Лампи розжарювання швидко виходять з ладу через те, що в момент увімкнення або вимкнення світла нитка спіралі може пошкодитися через частого нагрівання.

Як бачимо, використання ЛН несе в собі набагато більше мінусівніж плюсів. Найголовнішими недоліками лап розжарювання вважається нагрівання через підвищення температури всередині колби, а також високе споживання електроенергії. Причому це стосується всіх варіантів ламп із потужністю від 5 до 60 Вт та вище.

Важливі параметри оцінки

Одним з найважливіших параметрів роботи ЛН є світловий коефіцієнт. Цей параметр має вигляд відношення потужності випромінювання видимого спектру та потужності спожитої електроенергії. Для цієї продукції це досить мала величина, яка не перевищує 4%. Тобто для ЛН характерна низька світловіддача.
До інших важливих параметрів роботи можна віднести:

• світловий потік;
• колірна t0 або колір світіння;
• потужність;
• термін служби.

Розглянемо перші два параметри, оскільки з терміном служби ми розібралися на попередньому пункті.

Світловий потік

Світловий потік є фізичну величинуяка визначає кількість світлової потужності в конкретному потоці випромінювання світла. Крім цього тут є ще один важливий аспектяк світлова віддача. Вона визначає для лампи відношення випромінюваного лампочкою світлового потокудо потужності, що вона споживає. Світлова віддача вимірюється у лм/Вт.

Зверніть увагу! Світлова віддача є показником економічності та ефективності джерел світла.

Таблиця світлового потоку та світлової віддачі ламп розжарювання

Як бачимо, для нашого джерела світла перераховані вище величини знаходяться на низькому рівні, що свідчить про їх невелику ефективність.

Колір світіння лампочок

Колірна температура (t0) також є важливим показником.
Колірна t0 є характеристикою ходу інтенсивності світлового випромінювання лампочки і є функцією довжини хвилі, визначеної для оптичного діапазону. Цей параметр вимірюється в кельвінах (К).

Колірна температура для лампи розжарювання

Варто зазначити, що колірна температура для ЛН становить приблизно на рівні 2700 К (для джерел світла з потужністю від 5 до 60 Вт і вище). Колірна t0 ЛН знаходиться в червоній та тепловій області відтінку видимого спектру.
Колірна t0 повністю відповідає ступеню нагрівання нитки вольфрамової, що не дає можливість ЛН швидко вийти з ладу.

Зверніть увагу! Для інших джерел світла (наприклад, світлодіодні лампочки) колірна температура не відображає їх прогрівання. При параметрі нагріву ЛН в 2700 К світлодіод прогріється лише на 80ºС.

Таким чином, чим більше буде потужність ЛН (від 5 до 60 Вт і вище), тим більше відбуватиметься нагрівання нитки вольфрамової і самої колби. Відповідно, тим більше буде колірна t0. Нижче наведено таблицю, за якою можна порівняти ефективність та споживання потужності різних видівлампочок. Як група контролю, з якою ведеться порівняння, тут взяті ЛН потужністю від 20 до 60 і до 200 Вт.

Порівняльна таблиця потужностей різних джерелсвітла

Як бачимо, лампи розжарювання за цим параметром значно програють у плані споживання потужності іншим джерелам світла.

Світлотехніка та колір світіння

У світлотехніці найважливішим параметром джерела світла є його колірна t0. Завдяки їй можна визначити колірну тональність та кольоровість джерел світла.

Варіанти колірної температури

Колірна t0 лампочок визначається колірною тональністю і буває трьох видів:

• холодної (від 5000 до 120000К);
• нейтральної (від 4000 до 50000К);
• теплою (від 1850 до 20000К). Його дає стеаринова свічка.

Зверніть увагу! Розглядаючи колірну температуру ЛН, слід пам'ятати, що вона не співпадає з реальною тепловою температурою виробу, яка відчувається при дотику до неї рукою.

Для ЛН колірна температура знаходиться в діапазоні від 2200 до 30000К. Тому вони можуть мати випромінювання, близьке до ультрафіолетового.

Висновок

Для будь-яких типів джерел світла важливим параметром оцінки є колірна температура. При цьому для ЛН вона є відображенням ступеня нагрівання виробу у процесі його роботи. Такі лампочки характеризуються підвищенням температури нагрівання під час функціонування, що є явним недоліком, якого позбавлені сучасні джереласвітла, такі як світлодіодні лампочки. Тому сьогодні багато хто віддає свою перевагу люмінесцентним і світлодіодним лампочкам, А лампи розжарювання поступово йдуть у минуле.

В даний час лампа розжарювання потужністю 100 Вт має таку конструкцію:

1. Герметична скляна колба грушоподібної форми. З неї частково викачано повітря або замінене інертним газом. Це зроблено для того, щоб вольфрамова нитка напруження не згоряла.
2. Усередині колби знаходиться ніжка, до якої прикріплені два електроди та кілька власників з металу (молібдену), які підпирають вольфрамову нитку, не даючи їй провисати та розриватися під власною вагою під час нагрівання.
3. Вузька частина грушоподібної колби закріплена в металевому корпусіцоколя, що має спіральне різьблення для вкручування в штепсельний патрон. Різьбова частина є одним контактом, до нього припаяний один електрод.
4. Другий електрод припаяний до контакту на денці цоколя. Він має довкола себе кільцеву ізоляцію від різьбового корпусу.

Залежно від особливих умов експлуатації деякі конструктивні елементи можуть бути відсутніми (наприклад, цоколь або утримувачі), бути видозміненими (наприклад, цоколь), доповнені іншими деталями (додаткова колба). Але такі частини, як нитка, колба та електроди є основними частинами.

Принцип роботи електричної лампи розжарювання

Світіння електричної лампи розжарювання обумовлено розігрівом вольфрамової нитки, якою проходить електричний струм. Вибір на користь вольфраму при виготовленні тіла світіння був зроблений з тієї причини, що з багатьох тугоплавких струмопровідних матеріалів він найменш дорогий. Але іноді нитка напруження електроламп виготовляється з інших металів: осмію та ренію.
Потужність лампи залежить від того, який розмір нитки використовується. Тобто, залежить від довжини та товщини дроту. Так у лампи розжарювання 100 вт нитка матиме більшу довжину, ніж у лампи розжарювання 60вт.

Деякі особливості та призначення конструктивних елементів вольфрамової лампи

Кожна деталь в електролампі має своє призначення та виконує свої функції:

1. Ковба.Виготовляється зі скла, досить дешевого матеріалу, що відповідає основним вимогам:
   - Висока прозорість дозволяє пропускати світлову енергію і по мінімуму поглинати її, уникаючи додаткового нагрівання (цей фактор має першорядне значення для освітлювальних приладів);
   – жароміцність дає можливість витримувати високі температури внаслідок нагрівання від розжареної нитки (наприклад, у лампі 100 Вт колба нагрівається до 290°С, 60 Вт – 200°С; 200 Вт – 330°С; 25 Вт – 100°C, 40 Вт - 145°C);
   – твердість дозволяє витримувати зовнішній тиск під час відкачування повітря, і не руйнуватися під час вкручування.
2. Заповнення колби.Сильно розріджене середовище дозволяє мінімізувати теплопередачу від розжареної нитки до деталей лампи, але посилює випаровування частинок розпеченого тіла. Наповнення інертним газом (аргон, ксенон, азот, криптон) виключає сильне випаровування вольфраму зі спіралі, не дає спалахувати нитки та мінімізує теплопередачу. Використання галогенів дозволяє вольфраму, що випарувався, повертатися назад у спіральну нитку.
3. спіраль.Виготовляється з вольфраму, що витримує 3400 ° С, ренію - 3400 ° С, осмію - 3000 ° С. Іноді замість спіральної нитки в лампі використовується стрічка або тіло іншої форми. Дріт, що використовується, має круглий переріз, для зменшення габаритів і втрат енергії на тепловіддачу закручується в подвійну або потрійну спіраль.
4. Гачки-тримачі виготовляються із молібдену.Вони не дозволяють сильно провисати спіралі, що збільшилася від нагріву під час роботи. Їхня кількість залежить від довжини дроту, тобто від потужності лампи. Наприклад, лампа 100 Вт власників матиме 2 – 3 шт. У ламп розжарювання меншою потужністю тримачі можуть бути відсутніми.
5. Цокольвиготовляється з металу із зовнішнім різьбленням. Він виконує кілька функцій:
   - з'єднує кілька деталей (колбу, електроди та центральний контакт);
   - служить для кріплення у штепсельному патроні за допомогою різьблення;
   є одним контактом.

Існує кілька видів та форм цоколів залежно від призначення освітлювального приладу. Є конструкції, що не мають цоколя, але з постійним принципом роботи лампи розжарювання. Найпоширенішими видами цоколя є Е27, Е14 та Е40.

Ось деякі види цоколів, які застосовуються для різних типівламп:

Крім різних видів цоколя є і різні видиколб.

Крім перерахованих конструктивних деталей, лампи розжарювання можуть мати деякі додаткові елементи: біметалічні перемикачі, відбивачі, цоколі без різьблення, різні напилення та ін.

Історія створення та удосконалення конструкції лампи розжарювання

За свою більш ніж 100 – річну історію існування лампи розжарювання з вольфрамовою спіраллю, принцип роботи та основні конструкторські елементи майже не зазнали змін.
А почалося все в 1840 році, коли була створена лампа, що використовує для висвітлення принцип розжарювання платинової спіралі.
1854 - перша практична лампа. Застосовувався посуд з відкачаним повітрям і бамбукова обвуглена нитка.
1874 - використовується в якості тіла розжарення вугільний стрижень, поміщений у вакуумний посудину.
1875 - лампа з декількома стрижнями, які розжарюються один за одним у випадку згоряння попереднього.
1876 ​​- використання каолінової нитки накалу, яка не вимагала відкачування повітря з судини.
1878 - використання вугільного волокна в розрідженій кисневій атмосфері. Це дозволяло отримувати яскраве висвітлення.
1880 - створена лампа з вугільним волокном, що має час світіння до 40 годин.
1890 - використання спіральних ниток з тугоплавких металів (окису магнію, торію, цирконію, ітрію, металевого осмію, танталу) і наповнення колб азотом.
1904 рік – випуск ламп із вольфрамовою спіраллю.
1909 - наповнення колб аргоном.
З того часу минуло понад 100 років. Принцип роботи, матеріали деталей, наповнення колби мало змінилися. Еволюції піддалася лише якість використовуваних матеріалів при виробництві ламп, технічні характеристикита невеликі доповнення.

Переваги та недоліки ламп розжарювання перед іншими штучними джерелами світла

Для освітлення створено. Багато хто з них винайдено в останні 20 – 30 років із застосуванням високих технологій, але звичайна лампа розжарювання все одно має ряд переваг або сукупність характеристик, які є оптимальними при практичному використанні:

1. Дешевизна під час виробництва.
2. Нечутливість до перепадів напруги.
3. Швидке запалювання.
4. Відсутність мерехтіння. Цей фактор дуже актуальний при використанні змінного струмучастотою 50 гц.
5. Наявність можливості регулювання яскравості джерела світла.
6. Постійний спектр світлового випромінювання близький до природного.
7. Різкість тіней, як із сонячному освітленні. Що також є звичним для людини.
8. Можливість експлуатації в умовах високих та низьких температур.
9. Можливість виробництва ламп різної потужності (від кількох Вт до кількох кВт) та розрахованих на різну напругу (від кількох Вольт до кількох кВ).
10. Нескладна утилізація через відсутність токсичних речовин.
11. Можливість використання будь-якого виду струму із будь-якою полярністю.
12. Експлуатація без додаткових пускових пристроїв.
13. Безшумність роботи.
14. Не створює радіоперешкод.

Поряд з таким великим переліком позитивних факторів, лампи розжарювання мають і ряд істотних недоліків:

1. Головний негативний фактор – дуже низький ККД. Він досягає у лампи потужністю 100 Вт лише 15%, у приладу 60 Вт цей показник становить лише 5%. Одним із способів підвищення ККД є підвищення температури розжарення, але при цьому різко зменшується термін служби вольфрамової спіралі.
2. Короткий термін служби.
3. Висока температура поверхні колби, яка може досягати у 100-ватної лампи 300°С. Це становить загрозу для життя і здоров'я живих істот, і є пожежною небезпекою.
4. Чутливість до струсу та вібрації.
5. Використання термостійкої арматури та ізоляції струмопідвідних проводів.
6. Високе енергоспоживання (в 5 -10 разів більше від номінального) під час запуску.

Незважаючи на наявність суттєвих недоліків, електрична лампа розжарювання є безальтернативним приладом освітлення. Низький ККД компенсується дешевизною виробництва. Тому в найближчі 10-20 років вона буде цілком затребуваним товаром.

Цей метал називається вольфрам. Він був відкритий в кінці 1781 шведським хіміком Шееле, і протягом всього 19 століття вчені активно досліджували його. Сьогодні людство знає достатньо, щоб успішно використовувати вольфрам та його сполуки у різних галузях промисловості.

Вольфрам має змінну валентність, що пов'язано з особливим розташуванням електронів на атомних орбіталях. Цей метал зазвичай має сріблясто-білий колір і має характерний блиск. Зовні нагадує платину.

Вольфрам можна віднести до невибагливих металів. Його не розчинить жодна луг. Навіть сильні кислоти, такі як соляна, не вплинуть на нього. З цієї причини з вольфраму виготовляють електроди, що використовуються при гальванізації та електролізі.

Вольфрам та лампи розжарювання

Чому ж нитку в лампах розжарювання роблять саме з вольфраму? Вся справа в його унікальних фізичні властивості. Ключову роль тут грає температура плавлення, що становить близько 3500 градусів за Цельсієм. Це на порядок вище, ніж у багатьох металів, які часто використовуються в промисловості. Наприклад, алюміній плавиться за 660 градусів.

Електричний струм, проходячи через нитку розжарювання, нагріває її до 3000 градусів. Виділяється велика кількістьтеплової енергії, яка марно витрачається в навколишній простір. Зі всіх відомих науці металів тільки вольфрам здатний витримати таку високу температуру і не розплавитися, на відміну від того ж алюмінію. Невибагливість вольфраму дозволяє служити лампочкам у будинках досить довго. Однак, через деякий час нитка рветься, і лампа виходить з ладу. Чому так відбувається? Справа в тому, що під впливом дуже високої температури при проходженні струму (близько 3000 градусів), вольфрам починає випаровуватися. Тонка нитка лампи з часом стає ще тоншою, доки не порветься.

Щоб розплавити зразок вольфраму, використовують електронно-променеву або аргонну плавку. За допомогою цих методів можна легко нагріти метал до 6000 градусів Цельсія.

Отримання вольфраму

Отримати якісний зразок цього металу досить важко, але сьогодні вчені блискуче справляються з цим завданням. Було розроблено кілька унікальних технологій, що дозволяють вирощувати монокристали вольфраму, величезні вольфрамові тиглі (вагою до 6 кг). Останні широко застосовуються отримання дорогих сплавів.