Срок службы ламп накаливания: Срок службы электрических ламп

Содержание

Срок службы электрических ламп

Сегодня широкое распространение имеют четыре вида освещения: традиционные лампы накаливания, люминесцентные, галогенные и светодиодные. Срок службы лампочек напрямую зависит от технологии осветительного прибора. Но в рамках технологи ресурс лампочек будет напрямую зависеть от условий эксплуатации.

Принцип работы ламп накаливания при нагрузках.

Наибольшую нагрузку спираль лампы накаливания испытывает в момент включения. Это происходит из-за того, что спираль лампочки в холодном состоянии имеет сопротивление в десятки раз меньше, чем когда она раскалена.

Экспериментальная проверка наиболее распространенных электрических ламп накаливания мощностью 25, 40, 60, 75, 100 Вт показывает, что их сопротивление в холодном состоянии составляет 155,5; 103,5; 61,5; 51,5; 40 Ом, а в рабочем — 1936; 1210; 815; 650; 490 Ом, соответственно. Тогда отношение «горячего» сопротивления к «холодному» равняется 12,45; 11,7; 13,25; 12,62; 12,4, а в среднем оно составляет 12,5. Эти показатели взяты из справочника. Но ради любопытства наши электрики в Королеве провели такие опытные замеры и вышли на те же цифры.

В результате лампа накаливания при включении работает в экстремальных условиях при токах, которые превышают номинальный. Это приводит к сокращению ресурса лампочек накаливания, к ускоренному износу нити накала и преждевременному выходу из строя, особенно при превышениях напряжения в питающей сети. Последнее обстоятельство при длительных превышениях напряжения относительно номинального приводит к резкому сокращению срока службы лампы. В результате при очередном нажатии на выключатель лампочка перегорит, и даже может отключиться автомат в щитке. А вы зададитесь вопросом, что делать, если погас свет и обесточилась квартира?

Срок службы лампы накаливания сильно зависит от условий эксплуатации.

Эксплуатационный ресурс обычной лампочки накаливания зависит:

  • от качества коммутации проводов;
  • от качества монтажа и подключения люстры;
  • от качества сборки светильника;
  • от стабильности номинального напряжения;
  • от наличия или отсутствия механических воздействий на светильник, толчков, сотрясений, вибраций;
  • от температуры и влажности окружающей среды;
  • от типа примененного выключателя и скорости нарастания величины тока при подаче питания.

Как увеличить срок службы лампы накаливания.

Для того, чтобы продлить ресурс и эксплуатационный срок службы, необходимо разобраться, почему перегорают электрические лампы накаливания. При продолжительной работе лампочки ее нить накала под воздействием высокой температуры нагрева постепенно испаряется, уменьшаясь в диаметре и рвется (перегорает).

Чем выше температура нагрева нити накала, тем больше света она излучает. При этом интенсивнее протекает процесс испарения нити, и сокращается срок службы лампы. Поэтому для ламп накаливания устанавливается такая температура накала нити, при которой обеспечивается необходимая светоотдача лампы и определенная продолжительность ее службы.

Увеличить срок эксплуатации ламп накаливания можно путем включения в цепь устройств плавного пуска, которые будут сглаживать нагрузку, возникающую на старте работы холодной лампочки. Для уточнения возможных способов продления работы светильников обратитесь за консультацией к мастеру.

Например, наш электрик в Мытищах в подъезде многоквартирного дома собирал схему лестничного освещения, просчитывая оптимальный ресурс работы ламп. Такой же опыт есть у наших мастеров, оказывающих услуги электрика в Пушкино.

Средний ресурс лампы накаливания составляет 1000 часов.

Средняя продолжительность горения лампы накаливания при расчетном напряжении не превышает 1000 часов. После 750 часов горения световой поток снижается в среднем на 15%.

Лампы накаливания очень чувствительны даже к относительно небольшим повышениям напряжения: при повышении напряжения всего на 6% срок службы снижается вдвое. По этой причине лампы накаливания, освещающие лестничные клетки, довольно часто перегорают, так как ночью электросеть мало нагружена и напряжение повышено.

Эксплуатационный срок службы энергосберегающих светодиодных (led) ламп.

Светодиодные лампы не имеют нить накаливания и устроены совсем по-другому, нежели обычные лампочки Ильича.

В связи с принципиально новой технологией изготовления можно отметить, что основным их преимуществом является наибольший срок службы. Производители заявляют о номинальном ресурсе до 50 000 часов! Если сравнивать с лампочками накаливания, то это в 50 раз больше. Если пересчитать эти показатели исходя из режима использования в обычных домашних условиях, то можно утверждать, что светодиодная (led) лампочка прослужить 15 лет. А это, согласитесь, значительный срок. За это время можно забыть простейшую процедуру замены лампочки в домашних светильниках.

К сожалению, на практике срок службы светодиодных ламп колеблется в зависимости от производителя вокруг цифры 5 лет, что, конечно, все равно превышает срок службы обычных лампочек накаливания.

Гарантийный срок службы энергосберегающих люминесцентных ламп составляет до 20 000 часов.

По технологии производства люминесцентные лампы также значительно отличаются от ламп накаливания. Внутри светильников находится инертный газ и пары ртути.

В лампе проходит электрический ток, в результате чего появляется ультрафиолетовое (УФ) излучение). Внутренние поверхности лампы покрыты специальным веществом - люминофором. Оно поглощает ультрафиолетовое излучение и преобразует его в видимый свет. Происходит так называемое явление люминесценции.

Длительность срока службы люминесцентных ламп дневного света колеблется от 2 000 до 20 000 часов. Производители при этом оговаривают идеальные условия эксплуатации, при соблюдении которых можно будет максимально долго использовать люминесцентные светильники. Прежде всего должно быть не больше 5 включений/выключений. Поэтому эти лампы дневного света не подходят для использования в местах, где часто щелкают выключателем, или в паре с датчиками движения. Кроме того, не должно быть скачков напряжения.

К сожалению, реальный срок службы люминесцентных ламп не всегда дотягивает до заявленных в связи с тем, что в продаже очень много низкокачественных лампочек в основном китайского производства.

Срок службы галогенных ламп.

Галогенные лампы по своему строению схожи с лампами накаливания. В них также есть спираль. Но их колба наполнена специальным, так называемым буферным газом: парами галогенов (брома или йода). Пары галогенов увеличивают срок службы лампочки до 2 000 - 4 000 часов. Причем чем меньше колба галогенки, тем дольше она прослужит.

При применении устройств плавного пуска срок работы галогенных лампочек можно повысить до 8 000 - 12 000 часов. Если сравнивать галогенные светильники со светодиодными, то первые, конечно, значительно уступают вторым. Но при этом они свободно могут использоваться в паре с диммером или диодным выключателем, как и лампочки накаливания.

Если материал этой статьи был для вас интересен и полезен, поделитесь им со своими знакомыми в социальных сетях. Возможно, кому-то эта информация очень пригодится. C уважением, Королевский электрик в Щелково.

Лампа накаливания - принцип работы, виды, характеристики

Лампа накаливания – простой и дешевый источник света с приятным для человеческого глаза цветовым оттенком

Лампа накаливания применяется как источник освещения уже более сотни лет. Это – патриарх среди других ламп, освещающих жилища человека по всему свету. Однако, ей еще далеко до выхода в тираж. Несмотря на то, что идут постоянные разговоры о неактуальности применения лампы накаливания в современном мире. Так что же из себя представляет эта лампа?

Лампа накаливания – принцип работы

Лампа накаливания состоит их соединенных между собой стеклянной колбы и цоколя. Цоколь предназначен для контакта с питающей электросетью. В стеклянной колбе расположена спираль – нить накала. Во время работы нить накала, при прохождения через нее электрического тока, разогревается до большой температуры. Как известно, она может достигать 3000°С. Поэтому спираль изготавливается из тугоплавкого металла, обычно вольфрама. Температура плавления вольфрама 3422°С, что вполне достаточно для работы лампы накаливания.

Нить накала внутри колбы обычно закреплена на двух никелевых контактах – электродах. А также дополнительно поддерживается молибденовыми крючками – держателями, расположенными на стеклянном стержне.

Электроды, контактирующие с нитью накала, соединяются с двумя контактами на цоколе лампы. Расположение и вид контактов на цоколе лампы зависит от вида применяемого цоколя.

Иногда на одном из электродов делается специальное утоньшение, заключенное в стеклянную полость. Это утоньшение служит предохранителем. В аварийной ситуации он перегорает первым, что позволяет избежать взрыва стеклянной колбы лампы.

Лампа накаливания – устройство (Нажмите для увеличения)

Из самой же колбы через стеклянную трубочку – штенгель откачивается воздух. После этого конец штенгеля запаивается. Вакуум нужен для сохранности осветительной спирали. Поскольку воздух содержит кислород, поддерживающий горение. В результате вольфрамовая спираль при работе в воздухе сгорела бы, не прослужив и секунды. В итоге создание вакуума внутри колбы значительно продлевает срок службы лампы накаливания.

Но это справедливо лишь для маломощных ламп до 25ватт. Для более мощных ламп в колбу, дополнительно с откачкой воздуха, закачивается какой-нибудь инертный газ.

К примеру – это может быть ксенон, аргон или криптон. В основном применяется более дешевый, чем ксенон, криптон. Или еще более дешевый аргон, для большей экономии смешанный с азотом. Инертный газ позволяет нити накаливания прослужить более длительное время. Это общее устройство ламп накаливания лишь немного различается для разных типов ламп.

Лампа накаливания – виды и типы

Существует большое количества различных типов и видов ламп накаливания. Безусловно, это и лампы общего назначения, железнодорожные, автомобильные, а также судовые, для киноаппаратов, рудничные, маячные. И еще множество разных разновидностей. В зависимости от назначения у ламп накаливания может быть различного вида форма колба – конусная, цилиндрическая, шарообразная. Все зависит от того в каком типе светильников будет применяться лампа. Есть множество декоративных ламп накаливания, фантастичность форм которых зависит только от пределов фантазии дизайнера. Колба лампы накаливания может быть не только прозрачной, но и матовой, зеркальной или цветной.

Нить накала лампы накаливания

Различаются лампы накаливания и нитью накала. в том числе и толщиной нити. Нить накала может быть простой спиралью. А также спиралью, свернутой в спираль вторично. То есть так называемые биспиральные лампы. Двойная спираль позволяет повысить мощность и яркость лампы без увеличения толщины нити накала. Что очень полезно. Поскольку увеличение толщины нити привело бы к её перегреву. А в результате более быстрому перегоранию нити. Биспиральные лампы также дают увеличение яркости без увеличения длины спирали. Удлинение, бесспорно, привело бы к усложнению и удорожания конструкции лампы. С другой стороны, иногда нить в колбе лампы может представлять собой ажурно-скрученную, паутинообразную конструкцию. Такое устройство спирали может использоваться в декоративных целях. Например в потолочных светильниках. Существуют особо мощные лампы накаливания в несколько тысяч ватт, применяемые в прожекторах. Такие лампы имеют тройную спираль.

Цоколи ламп накаливания

Лампы накаливания могут иметь также различные виды цоколя.

К примеру, резьбовые цоколи. Они обозначаются латинской буквой E (цоколь Эдисона). А также цоколи байонетного типа. Обозначаются латинской буквой B. Цоколи байонетного типа (штифтовой цоколь) имеют два боковых штырька – контакта. А также один или два дополнительных нижних контакта. Как правило применяются в автомобилях. Лампы накаливания, применяющихся для освещения дома, обычно имеют резьбовой цоколь E.  Чаще всего цоколь E типа бывает двух размеров. Это Е14 (миньон) и обычный средний цоколь – Е27. Число указывает внешний диаметр цоколя в миллиметрах. Большой цоколь E40 применяется обычно в производстве, а в быту, пожалуй, только в прожекторах.

Характеристики ламп накаливания

Характеристики ламп накаливания находятся в зависимости от толщины и вида нити накала. А также колбы лампы, применяемого цоколя, отсутствия или наличия в колбе инертного газа. Чем больше толщина нити накала, тем более мощной, а соответственно и яркой будет лампа накаливания.   Чем мощнее будет лампа, тем больше будет размер ее колбы. Потому при превышении границы мощности в 25 ватт понадобится добавление в колбу лампы инертного газа.

От того, какой инертный газ будет добавлен в колбу, зависит яркость лампы накаливания. Наименьшую яркость имеют лампы накаливания наполненные аргон-азотной смесью. Закачка в колбу лампы криптона немного повышает яркость свечения лампы. А добавление ксенона повышает яркость, по сравнению с аргоновыми лампами в два раза.

Лампа накаливания и напряжение

Устройство ламп накаливания для применения в сетях переменного и постоянного тока не отличается. То есть лампы для переменного тока будут работать и при постоянном токе. И соответственно наоборот. Все различие между ними в величине напряжения на которое они рассчитываются. Лампы накаливания изготавливают для работы при определенном напряжении. Если лампу включить в сеть с напряжением выше номинала данной лампы, то лампа естественно перегорит. Насколько быстро это произойдет, зависит от того, на сколько больше напряжение сети номинала лампы. Если напряжение больше номинала хотя бы раза в два, то включенная лампа разлетится на осколки. При включении лампы в сеть с пониженным напряжением, она будет светить слабее, чем ей предназначено. Или же не будет работать вовсе, если напряжение слишком мало.

Обычно лампы накаливания на напряжение ниже 220 вольт применяют в сетях постоянного тока. За некоторым исключением для специальных ламп, применяемым, например, на судах или на железной дороге.

Лампы накаливания с обозначением 220 вольт, стоит применять только в сети со стабильным напряжением. Например, при использовании хорошего стабилизатора напряжения. Если такие лампы использовать в сети с постоянными перепадами напряжения, лампы быстро выйдут из строя. При перепадах напряжения в сети применяют лампы накаливания с обозначением 230-240 вольт. По существу будет еще лучше маркировка 235-245 вольт. Такие лампы в условиях нестабильного напряжения прослужат значительно дольше. Но с другой стороны, при наличии стабилизатора, они будут светить слабее, чем рассчитаны.

Обычно цветовая температура ламп накаливания — 2200-3000 Кельвин, но это справедливо лишь для ламп с прозрачной колбой. При применении цветной колбы изменяется и цветовая температура.

Стандартный срок службы лампы накаливания – 1000 часов. Срок этот можно увеличить. При условии что будет устанавливаться блок защиты галогенных ламп и ламп накаливания. А также можно применить диммер для плавного включения лампы.

Лампа накаливания – достоинства и недостатки

Недостатки лампы накаливания

  1. Недолгий срок службы
  2. Низкий КПД (Коэффициент Полезного Действия) около 4%
  3. Пожароопасность при установке светильника на сгораемом основании. А также требуют установки в светильники из термостойких материалов

Достоинства лампы накаливания

  1. Малая цена
  2. Мгновенное включение и переключение (Быстрый пуск)
  3. Работа и от постоянного и от переменного тока
  4. Применение в широком диапазоне напряжений
  5. Отсутствие мерцания при применении в сети переменного тока
  6. Отсутствует гудение при работе в сети переменного тока
  7. Не требует пускорегулирующей аппаратуры
  8. Высокий индекс цветопередачи Ra 100 (Цвета окружающих предметов воспринимаются также как при солнечном свете)
  9. Стабильная работа как при больших морозах, так и при сильной жаре
  10. Возможность регулирования яркости и плавного запуска с помощью диммера
  11. Не содержит токсичных веществ и не требует специальной утилизации

При всех своих недостатках лампа накаливания имеет массу преимуществ и может занимать свою нишу в наших домах, совместно с другими видами ламп. Ажиотаж же вокруг чрезвычайной неэкономичности лампы накаливания и необходимостью ее полной замены на светодиоды очень сильно раздут и преувеличен. Большинство приборов и аппаратов, которыми мы пользуемся имеют низкий КПД. На самом деле, не один аппарат не имеет КПД 100%. Низкая же экономичность ламп накаливания и непродолжительность их службы с лихвой искупаются их малой ценой.

Похожие записи

Светодиодные лампы для дома

Виды ламп для освещения помещений

Цветовая температура ламп освещения

Вы можете прочитать записи на похожие темы в рубрике – Освещение

Ваш Удобный дом

Также рекомендуем прочитать

от чего зависит и как его продлить

Срок службы светодиодных ламп значительно больше, чем у люминесцентных светильников и лампочек накаливания. При этом стоят светодиодные источники гораздо больше своих конкурентов. Поэтому, чтобы продвинуть свою продукцию, производители акцентируют особое внимание на времени, в течение которого диодное устройство будет сохранять работоспособность.

Реальные сроки службы

Относительно срока службы диодных источников света приводятся самые разные цифры, но всегда речь идет о десятках тысяч часов — от 20000 до 50000.

Максимально заявляемый период эксплуатации светодиодных лампочек — 50 тысяч часов. Этот показатель аналогичен 2083 дням (больше 5 лет) непрерывной работы. Для сравнения: лампа накаливания служит тысячи часов, а люминесцентная — от 7 до 10 тысяч.

Информацию о предельных сроках эксплуатации светодиодов следует понимать как ориентировочную, так как данные основываются на результатах ускоренных тестов на износ. Такие испытания нельзя признать точными, они осуществляются на уровне отдельных компонентов, а не всего светильника в целом. Опытным же путем — в течение многих лет — проверить реальный срок службы диодных лампочек пока не представляется возможным, так как на рынке они появились меньше двух десятилетий назад.

Несмотря на обещания компаний-производителей, не стоит забывать об отечественных реалиях. Скачки напряжения, некачественная проводка и внезапные отключения электричества — все эти факторы пагубно сказываются на осветительных приборах. Для уличного освещения добавляется еще один негативный момент — погодные условия, которые также сокращают время жизни лампочки.

к содержанию ↑

Причины поломок

Существует несколько причин, приводящих к выходу из строя светодиодного устройства:

  1. Резкий скачок напряжения тока в электросети.
  2. Слишком частые включения-выключения лампочки.
  3. Неправильно сконструированный светильник, вследствие чего происходит перегревание колбы.
  4. Проблемы с электрической проводкой. Чаще всего речь идет о некорректной коммутации и неправильно подобранном сечении проводников.
  5. Физические повреждения светильника. Происходит это не только при намеренном воздействии на лампочку, но и вследствие, к примеру, регулярно повторяющейся вибрации конструкций здания.

к содержанию ↑

Как отличить качественную продукцию от некачественной

Срок эксплуатации светодиодной лампы принято разделять на эффективный и полный. В последнем случае речь идет о времени, когда лампочка полностью выйдет из строя. Под эффективным сроком понимается период, в течение которого интенсивность свечения лампы уменьшится на 30 %.

Производители качественных светодиодных изделий сообщают, что срок эксплуатации устройства соответствует отраслевому стандарту L70 или LM70. Для первого он равняется 30 тысячам часов. Это означает, что спустя указанный период (в часах) яркость лампы уменьшится на 30 %.

Производители менее качественной продукции обычно указывают, сколько служит та или иная лампочка. Иными словами, такие компании говорят сразу о всем сроке службы изделия, умалчивая о снижении интенсивности света спустя какое-то время. В результате у потребителя создается ложное представление о сроке жизни осветительного устройства.

Обратите внимание! Эффективный срок службы лампочки зависит от ее цвета. Для белых светодиодов расчетный период составляет 10 тысяч часов, для красных, синих, зеленых и желтых — примерно 25 тысяч часов.

Также рекомендуется обращать внимание на срок гарантии для лампы. При круглосуточной эксплуатации ежегодно расходуется порядка 9 тысяч часов ресурса светильника. Если производитель гарантирует бесплатный ремонт только в течение года, он не уверен в качестве своей продукции. Если же срок гарантии — от 3 до 5 лет, вероятность приобретения качественной лампочки увеличивается.

к содержанию ↑

Стоит ли покупать дешевые китайские лампы

Многие покупатели соблазняются невысокими ценами на китайскую продукцию. Однако покупка таких ламп содержит немало неприятных подвохов:

  1. Отсутствие гарантийных обязательств. Редко какой продавец в интернете предоставляет гарантию на продаваемые товары. Даже если продукция изначально бракованная, доказать что-либо будет трудно и обмен возможен не всегда.
  2. Завышенные обещания. Товары китайского производства зачастую предлагаются с заманчивыми техническими характеристиками, которые на практике не подтверждаются.
  3. Некачественные светодиоды. Почти все диодные лампочки китайского производства предлагаются без указания конкретной компании-производителя. Такая продукция собирается из дешевых комплектующих и часто изначально бракованная.
  4. Недостаточный спектр освещения. Не рекомендуется использовать дешевые лампы для дома. Если уж такое устройство куплено, лучше установить его для освещения улицы. Некачественный свет негативно сказывается на зрении, особенно детском.

  1. Невысокий индекс цветопередачи. Низкокачественные светодиоды образуют недостаточный световой поток. Возможность восприятия цветов в таком случае снижается многократно. Это практически повсеместно встречающийся недостаток китайской продукции.
  2. Наличие мощных пульсаций. Данный показатель не должен быть выше 20 %, что соответствуют сотне вспышек ежесекундно. Когда их слишком много, глаза быстро устают, что неблагоприятно сказывается не только на зрении, но и на общем состоянии человека. Для китайских светодиодных ламп характерен показатель пульсаций в 30 %.
  3. Плохая репутация. Отзывы о дешевых электротехнических товарах из Китая чаще всего отрицательные.
к содержанию ↑

Можно ли заранее просчитать срок службы светильника

Не существует достоверных методик, позволяющих заранее узнать срок эксплуатации светодиодной лампочки. Поэтому при покупке светильника рекомендуется обращать особое внимание на репутацию производителя. Особенно актуален данный совет, когда речь идет о приобретении дорогостоящего устройства. Один из самых эффективных способов узнать о репутации компании — чтение отзывов на форумах, где реальные люди обсуждают достоинства и недостатки продукции той или иной компании.

к содержанию ↑

Способы продления срока службы

Чтобы лампа служила как можно дольше, рекомендуется придерживаться следующих правил:

  1. Протирать поверхность светильника от пыли. Периодически обрабатывать источник света при помощи пылесоса. При этом моющие средства использовать нельзя, так как они могут повредить лампочку.
  2. Светодиодные ленты нельзя наклеивать непосредственно на мебель или обои. Для этого лучше подойдет профиль из алюминия. Данный материал способен забирать избыток тепловой энергии.
  3. Лампа будет работать значительно дольше при правильном теплоотводе. В противном случае неизбежна так называемая «тепловая деградация» светового диода.
  4. Использовать диммер. Данное устройство представляет собой переключатель света с регулировкой яркости. Прибор не слишком сильно влияет на экономию электричества, однако значительно продлевает срок службы светотехнических устройств. Основное его достоинство — уменьшение пусковых токов. Именно они служат основной причиной перегорания ламп.

Светодиодная лампа может служить в течение многих лет, но с учетом реалий отечественных условий использования, светильники редко работают дольше 3-5 лет. При этом срок их работы можно продлить, если строго придерживаться правил эксплуатации.

Срок службы светодиодных ламп: от чего зависит и как его продлить

Как продлить срок службы ламп накаливания

Лампа накаливания

Лампы накаливания с момента их изобретения обычно используют не только лишь для освещения жилищ, да и в автомобилях, киноаппаратуре, разного типа карманных фонариках и других устройствах. Рядовая бытовая лампа накаливания состоит из дутого стеклянного баллона, снутри которого помещена нить из тугоплавкого металла, обычно из вольфрама. Для того, чтоб нить лампы работала долгое время, из ее баллона выкачан воздух, и она заполнена инертным газом. В баллоне нить укреплена на особых проволочках- держателях. Конец одной из проволочек выведен через нижнюю утолщенную часть баллона и припаян к контакту в центре нижней части цоколя, а конец другой проволочки припаян к винтообразной вырезке на цоколе. Эти припаянные концы проволочек изолированы друг от друга стекловидной изоляционной массой. Баллон приклеен к цоколю особым огнеупорным клеем. Лампа при помощи винтообразной вырезки на цоколе ввертывается в электропатрон, соединенный проводами с квартирной электросетью. При включении выключателя, находящегося в цепи лампы, электронный ток проходит через нить и разогревает ее до температуры 2600…2700° С, в итоге чего происходит излучение света. В бытовых осветительных устройствах употребляются лампы накаливания мощностью от 15 до 300. Срок службы лампы накаливания колеблется в широких границах, так как находится в зависимости от очень многих причин: от свойства соединений в проводке и осветительном приборе, от стабильности номинального напряжения, от наличия либо отсутствия механических воздействий на лампу, толчков, сотрясений, вибраций, от температуры среды, от типа примененного выключателя и скорости нарастания величины тока при подаче питания на лампу. При длительной работе лампы накаливания ее нить накала под воздействием высочайшей температуры нагрева равномерно испаряется, уменьшаясь в поперечнике, рвется (перегорает). Чем выше температура нагрева нити накала, тем больше света испускает лампа. При всем этом лучше протекает процесс испарения нити, и сокращается

срок службы лампы. Потому для ламп накаливания устанавливается такая температура накала нити, при которой обеспечивается нужная светоотдача лампы и определенная длительность ее службы. Средняя длительность горения лампы накаливания при расчетном напряжении не превосходит 1000 часов. После 750 часов горения световой поток понижается в среднем на 15%. Лампы накаливания очень чувствительны даже к относительно маленьким увеличениям напряжения: при повышении напряжения всего на 6% срок службы понижается в два раза. По этой причине лампы накаливания, освещающие лестничные клеточки, достаточно нередко перегорают, потому что ночкой электросеть не достаточно нагружена и напряжение повышено. В одном из германских городов есть фонарь, в который вкручена одна из первых ламп накаливания. Ей уже больше 100 лет. Но она изготовлена с большущим припасом надежности, потому пылает до сего времени. В наше время лампочки накаливания выпускаются массово, но с очень малым припасом надежности. Бросок тока, возникающий при включении освещения, нередко выводит лампочку из строя из-за малого сопротивления в прохладном состоянии. Потому при включении освещения лампочку нужно разогреть малым током, а потом включить на полную мощность. Лампа накаливания выходит из строя, обычно, при включении из-за малого сопротивления прохладной нити накала. Разглядим маленькие хитрости по продлению жизни лампам накаливания. Учет номинального напряжения.В текущее время индустрия производит лампы накаливания, на которых обозначено не одно напряжение (127 либо 220 В), а спектр напряжений (125…135, 215…225, 220…230, 230…240 В). В границах каждого спектра лампа накаливания дает неплохой световой поток и довольно долговечна. Наличие нескольких диапазонов разъясняется тем, что рабочее напряжение в сети отличается от номинального: у источника питания (подстанции) оно выше, а вдалеке от источника питания ниже. В связи с этим, чтоб лампы длительно служили и отлично светили, нужно верно избрать нужный спектр.

Разумеется, что если напряжение в вашей квартирной сети равно 230 В, то брать и устанавливать лампы накаливания, на которых указан спектр 215…225 В, не имеет смысла. Такие лампы работают с перекалом, и длительно служить не будут — они перегорают заблаговременно. Воздействие вибрации на срок службы ламп. Лампы накаливания, которые работают в критериях вибрации и подвергаются толчкам, выходят из строя почаще, чем работающие в умеренном состоянии. Если появляется необходимость воспользоваться переноской, то лучше производить ее перемещение в выключенном состоянии. Профилактика патрона, в каком нередко перегорают лампы. Время от времени бывает, что в люстре перегорает одна и та же лампа, при этом при работе лампы патрон очень жаркий. В данном случае нужно почистить и подогнуть центральный и боковые контакты, подтянуть контактные соединения проводов, подходящих к патрону. Лучше, все лампы в люстру установить схожей мощности. Внедрение диодика для защиты лампы. Очень прибыльно на лестничных площадках домов включать лампы накаливания через диодик, потому что качество освещения в данном случае не имеет существенного значения, а лампы, как указывает опыт эксплуатации, служат при всем этом годами. А если Вы сможете поочередно с диодиком «пристроить» резистор, то можно вообщем запамятовать про лампу накаливании на лестничной площадке.
Совет. Для лампы накаливания мощностью 25 Вт довольно использовать резистор сопротивлением 50 Ом типа МЛТ.

Принцип действия, устройство, характеристики и КПД лампы накаливания

Щелчок выключателя - и темная комната вмиг преобразилась, стали видны детали мельчайших элементов интерьера. Так мгновенно распространяется энергия от маленького устройства, заливая светом все вокруг. Что же заставляет создавать такое мощное излучение? Ответ сокрыт в названии осветительного прибора, который именуется лампой накаливания.

История создания первых осветительных элементов

Истоки возникновения первых ламп накаливания восходят к началу XIX столетия. Вернее сказать, лампа появилась чуть позже, но эффект свечения платины и угольных стержней под действием электрической энергии уже пытались наблюдать. Перед учеными возникло два сложных вопроса:

  • нахождение материалов высокого сопротивления, способных раскаляться под воздействием тока до состояния излучения света;
  • предотвращение быстрого сгорания материала в воздушной среде.

Наиболее плодотворными в этой области стали исследования и изобретения русского ученого Александра Николаевича Лодыгина и американца Томаса Эдисона.

Лодыгин предложил использовать в качестве элемента накаливания угольные стержни, которые находились в герметичной колбе. Недостатком конструкции была сложность выкачки воздуха, остатки которого способствовали быстрому сгоранию стержней. Но все же его лампы горели несколько часов, а разработки и патенты стали основой для создания более долговечных устройств.

Американский ученый Томас Эдисон, ознакомившись с работами Лодыгина, сделал эффективную вакуумную колбу, в которую поместил угольную нить из бамбукового волокна. Также Эдисон снабдил цоколь лампы резьбовым соединением, присущим современным лампам, и изобрел множество электротехнических элементов, таких как: штепсельный разъем, плавкий предохранитель, поворотный выключатель и многое другое. КПД лампы накаливания Эдисона был маленьким, хотя она могла работать до 1000 часов времени и получила практическое применение.

Впоследствии вместо угольных элементов было предложено использовать тугоплавкие металлы. Нить из вольфрама, применяемая в современных лампах накаливания, также была запатентована Лодыгиным.

Устройство и принцип действия лампы

Конструкция лампы накаливания принципиально не изменяется уже более сотни лет. Она включает в себя:

  • Герметичную колбу, ограничивающую рабочее пространство и наполненную инертным газом.
  • Цоколь, который имеет спиральную форму. Он служит для удержания лампы в патроне и электрического соединения ее с токоведущими частями.
  • Проводники, ведущие ток от цоколя к спирали и удерживающие ее.
  • Спираль накаливания, нагревание которой и создает излучение световой энергии.

Когда электрический ток проходит через спираль, она мгновенно нагревается до высочайших температур вплоть до 2700 градусов. Это обусловлено тем, что спираль имеет большое сопротивление току и на преодоление этого сопротивления расходуется много энергии, которая выделяется как тепло. Тепло раскаляет металл (вольфрам), и он начинает излучать фотоны света. Благодаря тому что колба не содержит кислород, в процессе нагрева не происходит окисление вольфрама, и он не перегорает. Инертный газ удерживает частички раскаленного металла от испарения.

Что такое КПД лампы накаливания

Коэффициент полезного действия показывает, какой процент затраченной энергии преобразуется в полезную работу, а какой нет. В случае лампы накаливания КПД невелик, так как всего 5-10% энергии идет на излучение света, остальная выделяется в качестве тепла.

КПД первых ламп накаливания, где телом накала выступал угольный стержень, был еще меньшим по сравнению с современными устройствами. Это обусловлено дополнительными потерями на конвекцию. Спиральные нити накала имеют более низкий процент этих потерь.

КПД лампы накаливания напрямую зависит от температуры нагрева спирали. Стандартно спираль лампы 60 Вт нагревается до 2700 ºС, при этом КПД всего 5%. Можно поднять величину нагрева до 3400 ºС, повысив напряжение, но это снизит срок службы устройства более чем на 90%, хотя лампа засветит ярче, и КПД возрастет до 15%.

Неправильно думать, что увеличение мощности лампы (100, 200, 300 Вт) ведет к увеличению КПД только потому, что повысилась яркость устройства. Лампа стала светить ярче за счет большей мощности самой спирали, а вследствие и большей световой отдачи. Но затраты энергии также возросли. Поэтому КПД лампы накаливания 100 Вт будет также в пределах 5-7%.

Разновидности ламп накаливания

Лампы накаливания бывают различного конструктивного исполнения и функционального назначения. Они делятся на осветительные приборы:

  • Общего применения. К ним относятся лампы бытового использования разной мощности, рассчитанные на сетевое напряжение в 220 В.
  • Декоративного исполнения. Имеют нестандартные типы колб в виде свечей, сфер и других форм.
  • Иллюминационного типа. Маломощные лампы с цветным покрытием для создания красочных иллюминаций.
  • Местного назначения. Устройства безопасного напряжения до 40 В. Применяют на производственных столах, для освещения рабочих мест станков.
  • С зеркальным покрытием. Лампы, создающие направленный свет.
  • Сигнального типа. Служат для работы в приборных панелях различных устройств.
  • Для транспорта. Широкая линейка ламп повышенной износостойкости и надежности. Характеризуются удобной конструкцией, предполагающей быструю замену.
  • Для прожекторов. Лампы повышенной мощности, доходящей до 10 000 Вт.
  • Для оптических устройств. Лампы для кинопроекторов и аналогичных устройств.
  • Коммутаторные. Применяемые в качестве сегментов индикатора цифрового отображения измерительных приборов.

Положительные и отрицательные стороны ламп с телом накала

Осветительные устройства накального типа имеют свои особенности. К положительным можно отнести:

  • мгновенный розжиг спирали;
  • экологическую безопасность;
  • небольшие размеры;
  • приемлемую цену;
  • возможность создавать устройства разной мощности и величины рабочего напряжения как переменного, так и постоянного тока;
  • универсальность применения.

К отрицательным:

  • низкий КПД лампы накаливания;
  • чувствительность к скачкам напряжения, снижающим срок эксплуатации;
  • малое время рабочих часов, не превышающих 1000;
  • пожароопасность ламп из-за сильного нагрева колбы;
  • хрупкость конструкции.

Другие типы осветительных приборов

Существуют осветительные лампы, принцип действия которых в корне отличается от работы ламп накаливания. К ним относятся газоразрядные и светодиодные лампы.

Дуговых или газоразрядных ламп существует большое множество, но все они основаны на свечении газа при возникновении дуги между электродами. Свечение происходит в спектре ультрафиолета, который потом преобразуется в видимый человеческому глазу посредством прохождения через люминофорное покрытие.

Процесс, происходящий в газоразрядной лампе, включают два этапа работы: создание дугового разряда и поддержание ионизации и свечения газа в колбе. Поэтому все типы таких осветительных приборов имеют систему управления током. Устройства люминесцентные имеют более высокий коэффициент полезного действия по сравнению с КПД лампы накаливания, но небезопасны, так как содержат пары ртути.

Светодиодные осветительные устройства являются наиболее современными системами. КПД лампы накаливания и светодиодной лампы несравнимы. У последней оно достигает 90%. Принцип действия светодиода основан на свечении определенного типа полупроводника под воздействием напряжения.

Чего не любит лампа накаливания

Срок службы обычной лампы накаливания будет сокращен, если:

  1. Напряжение в сети постоянно завышено от номинального, на которое рассчитан осветительный прибор. Это связано с увеличением рабочей температуры тела накала и, как следствие, повышенное испарение сплава металла, приводящего к выходу его из строя. Хотя КПД лампы накаливания при этом будет больше.
  2. Резко тряхнуть лампу во время работы. Когда металл раскален до состояния близкого к плавлению, а расстояние между витками спирали уменьшено вследствие расширения вещества, любое механическое, резкое движение может привести к незаметному глазу межвитковому замыканию. Это уменьшает общее сопротивление спирали току, способствует ее большему разогреву и быстрому перегоранию.
  3. Произойдет попадание влаги на разогретую колбу. В месте попадания возникает перепад температур, который производит разрушение стекла.
  4. Дотронуться пальцами до колбы галогенной лампы. Галогенная лампа является разновидностью лампы накаливания, но имеет значительно большую световую и тепловую отдачу. При касании на колбе остается невидимое жирное пятно от пальца. Под воздействием температуры жир сгорает, образуя нагар, препятствующий теплоотдаче. В результате этого в месте прикосновения стекло начинает плавиться и может лопнуть или вздуться, нарушая газовый режим внутри, что приводит к перегоранию спирали. Галогенные лампы накаливания КПД имеют выше, чем обыкновенные.

Как заменить лампу

Если лампа перегорела, но не разрушилась колба, то заменить ее можно после полного остывания. При этом следует отключить питание. При вкручивании лампы глаза не нужно направлять в ее сторону, особенно если выключить электричество не представляется возможным.

Когда колба лопнула, но сохранила форму, желательно взять хлопчатобумажную ткань, свернуть в несколько слоев и, обхватив ею лампу, постараться удалить стекло. Далее пассатижами с изолированными ручками аккуратно выкрутить цоколь и вкрутить новую лампу. Все операции необходимо проводить при отключенном напряжении питания.

Заключение

Несмотря на то что КПД лампы накаливания составляет мало процентов и у нее появляется все больше конкурентов, она актуальна во многих сферах жизни. Существует даже самая старая лампочка, непрерывно работающая более ста лет. Это ли не подтверждение и увековечивание гениальности мысли человека, стремящегося изменить мир?

Лампа накаливания | Статья о лампе накаливания по свободной энциклопедии

источника света, в котором преобразование электрической энергии в световую энергию происходит в результате нагрева огнеупорного проводника электрического тока. Впервые энергия Люминоуса была получена этим методом в 1872 году русским ученым А. Н. Лодыгиным, который пропустил электрический ток через угольный стержень, помещенный в закрытый вакуумированный сосуд. В 1879 г. американский изобретатель Т. А. Эдисон представил достаточно прочную конструкцию лампы накаливания с углеродной нитью, которую можно было удобно производить в промышленных масштабах.В 1898–1908 гг. Несколько металлов (осмий, тантал и вольфрам) были испытаны в качестве тел накаливания, а в 1909 г. началось использование ламп накаливания с вольфрамовой нитью зигзагообразной формы. Лампы накаливания, наполненные азотом или инертными газами (аргон и криптон). появился в 1912–13; вольфрамовая нить была изготовлена ​​в форме спирали (спирали). Дальнейшие усовершенствования ламп накаливания были направлены на повышение световой отдачи за счет увеличения температуры тела накаливания при сохранении срока службы лампы.Использование макромолекулярных инертных газов с добавками галогенов для заполнения ламп накаливания позволило снизить загрязнение колбы лампы частицами диспергированного вольфрама и снизить скорость испарения вольфрамовой нити. Использование раскаленных тел в форме двойной спирали (спирали, намотанной из спирали) или тройной спирали уменьшило потери тепла через газ.

Все многочисленные разновидности ламп накаливания изготавливаются из стандартных деталей, хотя размеры и форма деталей различаются.Конструкция типичной лампы накаливания показана на рисунке 1. Внутри колбы тело накаливания (вольфрамовая спираль) прикреплено к стеклянной или металлической выхлопной трубе с помощью держателей из молибденовой проволоки. Концы спирали прикрепляем к концам выводов. Средняя часть выводных проводов изготовлена ​​из платинита или молибдена для создания герметичного соединения со стеклянным стержнем. Колба лампы при вакуумной обработке заполняется инертным газом; впоследствии выхлопная труба термосваривается, образуя наконечник.Для защиты наконечника и облегчения крепления колбы к патрону лампа снабжена цоколем, прикрепленным к колбе с помощью герметика.

Рисунок 1 . Схема электрической лампы накаливания: (1) стеклянная колба, (2) корпус накаливания, (3) держатели, (4) выхлопная труба, (5) выводы, (6) шток, (7) герметизирующий состав основания, (8) наконечник, (9) цоколь

Лампы накаливания классифицируются в зависимости от области использования (лампы для общего освещения, для фар и т. д.), в зависимости от их основной конструкции и световых свойств колбы (лампы с отражателем, декоративные лампы, и лампы с рассеивающим покрытием), или по форме корпуса накаливания (лампы с плоской спиралью, двойной спиралью и т. д.).По габаритным размерам лампы накаливания делятся на субминиатюрные, миниатюрные, малогабаритные, стандартные и большие. Например, лампы длиной менее 10 мм и диаметром 6 мм называются сверхминиатюрными, а большие лампы имеют длину более 175 мм и диаметр 80 мм.

Таблица 1. Световая отдача некоторых ламп
Световая отдача (люмен на ватт) Примечания
Керосиновая лампа......... <1
Лампа накаливания
с углеродной нитью накала. . . . 2–3
с танталовой нитью. . . 7 Общее освещение зданий и транспортных средств
с вольфрамовой нитью накала (вакуум) ........ 8–9
с двойной спиралью из вольфрама (газонаполненная, промышленный криптон)......... 12,5–13,5
с двойной спиралью из вольфрама (галогенные лампы) ..... 22–27 Специальные оптические инструменты
с плоской спиралью из вольфрама (галогенные лампы) .... 34,5 Маленькие кинопроекторы

Лампы накаливания изготавливаются на напряжение от долей вольта до сотен вольт и мощностью до десятков киловатт (кВт) .Например, прожекторная лампа мощностью 10 кВт имеет длину 475 мм и диаметр 275 мм. Увеличение рабочего напряжения на 1 процент относительно номинального напряжения увеличивает световой поток от лампы накаливания на 4 процента, но сокращает срок ее службы на 15 процентов. Кратковременное подключение лампы к напряжению, превышающему номинальное напряжение на 15 процентов, приводит к выходу лампы из строя. Срок службы лампы накаливания составляет от 5 часов для авиационных фар до 1000 часов для ламп, используемых в транспортной отрасли; поэтому лампы следует устанавливать в местах, позволяющих легко заменить их.Световая отдача ламп накаливания зависит от их конструкции, напряжения и мощности, а также от продолжительности службы; она составляет от 10 до 35 люмен на ватт. Значения световой отдачи для нескольких ламп разной конструкции приведены в таблицах 1 и 2.

Таблица 2. Световая отдача осветительных ламп, заполненных криптоном (при сроке службы 1000 часов)
Напряжение Мощность (Вт) Светоотдача (люмен на ватт)
127....................... 60 13,4
127 ................. ...... 75 14,4
127 ...................... 100 15,6
220 ....................... 60 11,7
220 ................ ....... 75 12,7
220 ...................... 100 13,8

По световой эффективности лампы накаливания уступают газоразрядным источникам света.Однако лампы накаливания проще в эксплуатации (не требуют пускателей и сложной арматуры) и практически не имеют ограничений по напряжению и мощности. Ежегодное производство ламп накаливания во всем мире составляет до 10 миллиардов; существует более 2000 видов ламп.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Скобелев В.М. «Лампы накаливания». В Справочная книга по свето- технике . Москва, 1956.
Ульмишек Л.Г. Производство электрических ламп накаливания , 5 изд.Москва-Ленинград, 1966.
Гуторов, М. М. Основы светотехники и источники света . Москва, 1968.

Большая Советская Энциклопедия, 3-е издание (1970-1979). © 2010 The Gale Group, Inc. Все права защищены.

Лампа накаливания - Infogalactic: ядро ​​планетарных знаний

Лампа накаливания на 230 В с резьбовым цоколем «среднего» размера E27 (Эдисон, 27 мм). Нить накала видна как горизонтальная линия между вертикальными проводами питания. СЭМ-изображение вольфрамовой нити накаливания лампы накаливания.

Лампа накаливания , лампа накаливания или шар накаливания - это электрический свет с проволочной нитью накаливания, нагретой до такой высокой температуры, что она светится видимым светом (накаливание). Нить накала, нагретая за счет пропускания через нее электрического тока, защищается от окисления стеклянной или кварцевой колбой, наполненной инертным газом или откачанной. В галогенной лампе испарение нити накала предотвращается химическим процессом, при котором пары металла повторно осаждаются на нити, что продлевает срок ее службы.Электрический ток к лампочке подается через проходные клеммы или провода, встроенные в стекло. Большинство ламп используются в розетке, которая обеспечивает механическую опору и электрические соединения.

Лампы накаливания производятся в широком диапазоне размеров, светоотдачи и номинального напряжения - от 1,5 вольт до примерно 300 вольт. Они не требуют внешнего регулирующего оборудования, имеют низкие производственные затраты и одинаково хорошо работают как на переменном, так и на постоянном токе. В результате лампа накаливания широко используется в домашнем и коммерческом освещении, для портативного освещения, такого как настольные лампы, автомобильные фары и фонари, а также для декоративного и рекламного освещения.

Лампы накаливания намного менее эффективны, чем большинство других типов электрического освещения; лампы накаливания преобразуют менее 5% энергии, которую они используют, в видимый свет, [1] со стандартными лампами в среднем составляет около 2,2%. [2] Оставшаяся энергия преобразуется в тепло. Световая отдача обычной лампы накаливания составляет 16 люмен на ватт по сравнению с 60 лм / Вт для компактной люминесцентной лампы или 150 лм / Вт для некоторых белых светодиодных ламп. [3] В некоторых случаях применения лампы накаливания (например, в нагревательных лампах) намеренно используется тепло, выделяемое нитью накала.К таким приложениям относятся инкубаторы, инкубаторы для птицы, обогреватели [4] для резервуаров для рептилий, инфракрасный обогреватель [5] для промышленных процессов нагрева и сушки, лавовые лампы и игрушка Easy-Bake Oven. Лампы накаливания обычно имеют короткий срок службы по сравнению с другими типами освещения; около 1000 часов для домашних лампочек против обычно 10 000 часов для компактных люминесцентных ламп и 30 000 часов для светодиодов.

Лампы накаливания были заменены во многих сферах применения на другие типы электрического света, такие как люминесцентные лампы, компактные люминесцентные лампы (CFL), люминесцентные лампы с холодным катодом (CCFL), разрядные лампы высокой интенсивности и светодиодные лампы (LED). ).Некоторые юрисдикции, такие как Европейский Союз, Китай, Канада и Соединенные Штаты, находятся в процессе постепенного отказа от использования ламп накаливания, в то время как другие, включая Колумбию, [6] Мексика, Куба, Аргентина, Бразилия и Австралия, [7] уже запретили их.

История

В ответ на вопрос о том, кто изобрел лампу накаливания, историки Роберт Фридель и Пол Исраэль [8] перечисляют 22 изобретателя ламп накаливания до Джозефа Свона и Томаса Эдисона.Они приходят к выводу, что версия Эдисона смогла превзойти другие из-за комбинации трех факторов: эффективного материала накаливания, более высокого вакуума, чем могли достичь другие (с помощью насоса Шпренгеля), и высокого сопротивления, которое обеспечивало распределение мощности от централизованный источник экономически выгоден.

Историк Томас Хьюз объяснил успех Эдисона его разработкой целостной интегрированной системы электрического освещения.

Лампа была маленьким компонентом в его системе электрического освещения и не более критична для ее эффективного функционирования, чем генератор Эдисона Джамбо, магистраль Эдисона и фидер, а также система параллельного распределения.Другие изобретатели с генераторами и лампами накаливания, обладающие сопоставимой изобретательностью и мастерством, давно забыты, потому что их создатели не руководили их внедрением в систему освещения.

- Томас П. Хьюз, В книге Technology at the Turning Point , под редакцией У. Б. Пикетта [9] [10]
Хронология ранней эволюции лампочки [11]

Ранние предкоммерческие исследования

Оригинальная лампа с углеродной нитью из магазина Томаса Эдисона в Менло-Парке

В 1761 году Эбенезер Киннерсли продемонстрировал нагрев провода до накала. [12]

В 1802 году Хамфри Дэви использовал то, что он описал как «, батарея огромного размера », [13] , состоящая из 2000 ячеек, размещенных в подвале Королевского института Великобритании, [14] , чтобы создать лампа накаливания, пропуская ток через тонкую полоску платины, выбранную потому, что металл имеет чрезвычайно высокую температуру плавления. Он не был достаточно ярким и не просуществовал достаточно долго, чтобы быть практичным, но это был прецедент усилий множества экспериментаторов в течение следующих 75 лет. [15]

В течение первых трех четвертей XIX века многие экспериментаторы работали с различными комбинациями платиновой или иридиевой проволоки, углеродных стержней и вакуумированных или полуавакуумированных корпусов. Многие из этих устройств были продемонстрированы, а некоторые были запатентованы. [16]

В 1835 году Джеймс Боумен Линдси продемонстрировал постоянный электрический свет на публичном собрании в Данди, Шотландия. Он заявил, что может «читать книгу на расстоянии полутора футов».Однако, усовершенствовав устройство к своему собственному удовлетворению, он обратился к проблеме беспроводного телеграфирования и больше не занимался разработкой электрического света. Его утверждения недостаточно документированы, хотя он упоминается в Challoner et al. , будучи изобретателем «Лампы накаливания». [17]

В 1838 году бельгийский литограф Марселлен Джобар изобрел лампу накаливания с вакуумной атмосферой с использованием углеродной нити. [18]

В 1840 году британский ученый Уоррен де ла Рю поместил свернутую в спираль платиновую нить в вакуумную трубку и пропустил через нее электрический ток.Конструкция была основана на концепции, согласно которой высокая температура плавления платины позволит ей работать при высоких температурах и что откачанная камера будет содержать меньше молекул газа, вступающих в реакцию с платиной, что увеличивает ее долговечность. Несмотря на работоспособность конструкции, стоимость платины делала ее непрактичной для коммерческого использования.

В 1841 году Фредерик де Молейнс из Англии получил первый патент на лампу накаливания, в конструкции которой использовались платиновые провода внутри вакуумной лампы.Он также использовал углерод. [19] [20]

В 1845 году американец Джон В. Старр приобрел патент на свою лампу накаливания, в которой использовались углеродные нити. [21] [22] Он умер вскоре после получения патента, и его изобретение никогда не производилось в коммерческих целях. Больше о нем мало что известно. [23]

В 1851 году Жан Эжен Робер-Уден публично продемонстрировал лампы накаливания в своем имении в Блуа, Франция.Его лампочки выставлены в музее Шато-де-Блуа. [24]

В 1872 году русский Александр Лодыгин изобрел лампу накаливания и получил российский патент в 1874 году. Он использовал в качестве горелки два угольных стержня уменьшенного сечения в стеклянном приемнике, герметично закрытом и заполненном азотом, электрически устроенным так, чтобы ток может быть передан второму углероду, когда первый будет израсходован. [25] Позже он жил в США, изменил свое имя на Александр де Лодигин и подал заявку и получил патенты на лампы накаливания, содержащие хромовые, иридиевые, родиевые, рутениевые, осмиевые, молибденовые и вольфрамовые нити, [26] и Лампа с использованием молибденовой нити была продемонстрирована на всемирной выставке 1900 года в Париже. [27]

Генрих Гёбель в 1893 году утверждал, что он разработал первую лампу накаливания в 1854 году с тонкой карбонизированной бамбуковой нитью высокого сопротивления, платиновыми подводящими проводами в цельностеклянной оболочке и высоким вакуумом. Судьи четырех судов выразили сомнение в предполагаемом ожидании Гёбеля, но окончательного слушания так и не было принято из-за истечения срока действия патента Эдисона. В исследовании, опубликованном в 2007 году, сделан вывод, что история ламп Гёбеля в 1850-х годах является легендой. [28]

24 июля 1874 года Генри Вудворд и Мэтью Эванс подали канадский патент на лампу, состоящую из углеродных стержней, установленных в заполненном азотом стеклянном цилиндре. Им не удалось коммерциализировать свою лампу, и они продали права на свой патент (патент США 0,181,613) Томасу Эдисону в 1879 году. [29] [30]

Коммерциализация

Преобладание угольной нити и вакуума
Углеродные лампы накаливания, показывающие потемнение колбы

Джозеф Суон (1828–1914) был британским физиком и химиком.В 1850 году он начал работать с нитями карбонизированной бумаги в вакуумированной стеклянной колбе. К 1860 году он смог продемонстрировать работающее устройство, но отсутствие хорошего вакуума и достаточного количества электричества привело к короткому сроку службы лампы и неэффективному источнику света. К середине 1870-х годов стали доступны более совершенные насосы, и Свон вернулся к своим экспериментам.

Историческая мемориальная доска в Андерхилле, первом доме, освещенном электрическими лампами

С помощью Чарльза Стерн, специалиста по вакуумным насосам, в 1878 году Свон разработал метод обработки, позволяющий избежать раннего почернения луковиц.Это получило патент Великобритании в 1880 году. [31] [ сомнительно - обсудить ] 18 декабря 1878 года на собрании Ньюкаслского химического общества была показана лампа с тонким углеродным стержнем, и Свон дал рабочий демонстрация на их встрече 17 января 1879 года. Ее также показали 700 участникам собрания Литературно-философского общества Ньюкасл-апон-Тайн 3 февраля 1879 года. [32] В этих лампах скорее использовался угольный стержень от дуговой лампы. чем тонкая нить.Таким образом, они имели низкое сопротивление и требовали очень больших проводников для подачи необходимого тока, поэтому они не были коммерчески практичными, хотя они действительно обеспечивали демонстрацию возможностей освещения лампами накаливания с относительно высоким вакуумом, углеродным проводником и платиновыми подводящими проводами. . Эта лампочка прослужила около 40 часов. [33] Свон затем обратил свое внимание на создание более качественной углеродной нити и средств крепления ее концов. Он разработал метод обработки хлопка для производства «пергаментированной нити» в начале 1880-х годов и в том же году получил патент Великобритании 4933. [31] С этого года он начал устанавливать лампочки в домах и на достопримечательностях в Англии. Его дом, Андерхилл, Лоу-Фелл, Гейтсхед, был первым в мире, который был освещен лампочкой, а также первым домом в мире, который был освещен гидроэлектростанцией. В 1878 году дом лорда Армстронга в Крэгсайде также был одним из первых домов, освещенных электричеством. В начале 1880-х он основал свою компанию. [34] В 1881 году театр «Савой» в Вестминстере, Лондон, был освещен лампами накаливания Swan. Это был первый театр и первое общественное здание в мире, которое полностью освещалось электричеством. [35] Первой улицей в мире, освещенной лампой накаливания, была Мосли-стрит, Ньюкасл-апон-Тайн, Соединенное Королевство. Он был зажжен лампой накаливания Джозефа Свона 3 февраля 1879 года. [36] [37]

Углеродные лампы накаливания Эдисона, начало 1880-х годов

Томас Эдисон начал серьезные исследования по разработке практичной лампы накаливания в 1878 году. Эдисон подал свою первую патентную заявку на «Улучшение электрического освещения» 14 октября 1878 года. [38] После многих экспериментов, сначала с углеродом в начале 1880-х годов, а затем с платиной и другими металлами, в конце концов Эдисон вернулся к углеродной нити. [39] Первое успешное испытание было 22 октября 1879 г., [40] [41] и длилось 13,5 часов. Эдисон продолжал улучшать эту конструкцию и к 4 ноября 1879 года подал в США патент на электрическую лампу, в которой использовалась «углеродная нить или лента, намотанная и соединенная ... с контактными проводами из платины». [42] Хотя в патенте описано несколько способов создания углеродной нити, включая использование «хлопковой и льняной нити, деревянных шин, бумаги, свернутой различными способами», [42] Эдисон и его команда позже обнаружили, что карбонизированная бамбуковая нить может длиться более 1200 часов. [43] В 1880 году пароход компании Oregon Railroad and Navigation Company, Columbia , стал первым приложением для электрических ламп накаливания Эдисона (это было также первое судно, использовавшее динамо-машину). [44] [45] [46]

Альбон Ман, юрист из Нью-Йорка, основал компанию Electro-Dynamic Light в 1878 году, чтобы использовать свои патенты и патенты Уильяма Сойера. [47] [48] Спустя несколько недель была организована компания United States Electric Lighting Company. [47] [48] [49] Эта компания не производила свою первую коммерческую установку ламп накаливания до осени 1880 года в Mercantile Safe Deposit Company в Нью-Йорке, примерно через шесть месяцев после Эдисона. лампы накаливания были установлены на Columbia . Хирам С. Максим был главным инженером в компании United States Electric Lighting Company. [50]

Льюис Латимер, который в то время использовал Эдисон, разработал усовершенствованный метод термообработки углеродных нитей, который уменьшал разрыв и позволял формовать их в новые формы, такие как характерная M-образная форма нитей Maxim.17 января 1882 года Латимер получил патент на «Процесс производства углерода», улучшенный метод производства нитей для лампочек, который был приобретен компанией United States Electric Light Company. [51] Latimer запатентовал другие усовершенствования, такие как лучший способ прикрепления волокон к их проволочным опорам. [52]

В Великобритании компании Edison и Swan объединились в Edison and Swan United Electric Company (позже известную как Ediswan и в конечном итоге вошедшую в Thorn Lighting Ltd).Эдисон изначально был против этой комбинации, но после того, как Свон подал на него в суд и выиграл, Эдисон в конечном итоге был вынужден сотрудничать, и слияние было совершено. В конце концов, Эдисон приобрел всю долю Свон в компании. Свон продал свои патентные права в США компании Brush Electric в июне 1882 года.

Патентное ведомство США вынесло 8 октября 1883 г. постановление, что патенты Эдисона основаны на известном уровне техники Уильяма Сойера и являются недействительными. Тяжба длилась несколько лет.В конце концов, 6 октября 1889 года судья постановил, что требование Эдисона об усовершенствовании электрического освещения для «углеродной нити с высоким сопротивлением» было обоснованным. [53]

В 1897 году немецкий физик и химик Вальтер Нернст разработал лампу Нернста, разновидность лампы накаливания, в которой использовался керамический шаровой шарнир и не требовалось помещать в вакуум или инертный газ. [54] [55] Лампы Nernst, вдвое более эффективные, чем лампы с углеродной нитью, были на короткое время популярны, пока их не обогнали лампы с металлической нитью.

Оборот вольфрамовой нити, инертного газа и спиральной катушки
Ханаман (слева) и доктор Джаст (справа), изобретатели вольфрамовых ламп. Венгерская реклама вольфрамовой лампы 1906 года. Это была первая лампочка, в которой использовалась нить накала, сделанная из вольфрама вместо углерода. Надпись гласит: провод лампы с протянутым проводом - нерушимый .

13 декабря 1904 г. венгерский Шандор Жюст и хорват Франьо Ханаман получили венгерский патент (No.34541) для вольфрамовой лампы накаливания, которая прослужила дольше и давала более яркий свет, чем углеродная нить. Лампы с вольфрамовой нитью были впервые проданы на рынок венгерской компанией Tungsram в 1904 году. Во многих европейских странах этот тип часто называют вольфрамовыми лампами. [56] Заполнение колбы инертным газом, например аргоном или азотом, замедляет испарение вольфрамовой нити по сравнению с работой в вакууме. Это обеспечивает более высокие температуры и, следовательно, большую эффективность при меньшем сокращении срока службы нити. [57]

В 1906 году Уильям Д. Кулидж разработал метод изготовления «пластичного вольфрама» из спеченного вольфрама, который можно было превратить в нити во время работы в компании General Electric. К 1911 году General Electric начала продавать лампы накаливания с вязкой вольфрамовой проволокой.

В 1913 году Ирвинг Ленгмюр обнаружил, что заполнение лампы инертным газом вместо вакуума приводит к удвоению световой отдачи и снижению почернения колбы.

В 1917 году Берни Ли Бенбоу получил патент на изобретение спиральной нити накала.

Canon: Технологии Canon | Canon Science Lab

Для этого сайта требуется браузер с поддержкой JavaScript.

Лампы накаливания и люминесцентные лампы

Мы не можем производить солнечный свет, но мы можем создать подобное освещение. Примеры включают лампы накаливания и люминесцентное освещение.

То, что излучает свет, известно как источник света.
Источники света можно разделить на источники естественного света, такие как солнце, звезды, молния и биолюминесценция, и источники искусственного света, включая лампы накаливания, люминесцентные лампы и натриевые лампы.Их также можно классифицировать по характеристикам интенсивности света, то есть постоянным источникам света, которые излучают одинаковое количество света в течение фиксированного периода времени (например, солнце и лампы накаливания), и источникам света, которые меняются во времени. Люминесцентное освещение может казаться постоянным, но на самом деле оно изменяется в соответствии с частотой источника питания. Человеческий глаз просто не способен обнаруживать такие быстрые изменения.

Лампа накаливания светит от тепла

Лампа накаливания кажется желтоватой по сравнению с флуоресцентным светом.Это потому, что лампы накаливания производят свет от тепла. В лампе накаливания нагревается нить. Нити накаливания сделаны из двойных спиралей вольфрама, одного из видов металла. Вольфрам имеет высокое электрическое сопротивление, заставляя его светиться (накаливаться) при прохождении электрического тока. Электрический ток из-за высокого электрического сопротивления приводит к нагреву из-за трения между материалом и электронами, которые проходят через материал. Вольфрам используется для изготовления нитей лампы накаливания, поскольку он чрезвычайно устойчив к плавлению при высоких температурах.Он также не горит, потому что в лампы накаливания впрыскивается газ, чтобы удалить весь кислород.

Лампа накаливания была изобретена Томасом Эдисоном в 1879 году. В то время нити представляли собой карбонизированные волокна, изготовленные путем удушения определенного вида бамбука, выращенного в Киото, Япония, но в наши дни для производства ламп используются различные материалы и методы. Есть много типов лампочек, каждая из которых имеет свое предназначение. Например, есть кремнеземные лампы с частицами кремнезема, электростатически нанесенными на их внутреннюю поверхность для значительного улучшения передачи и рассеивания света, криптоновые лампы, в которые впрыскивается криптон (более высокий атомный вес, чем обычно используемый газ аргон) для увеличения яркости, и отражающие лампы, в которых используется высокоэффективный отражающий алюминий на их внутренней поверхности.

Флуоресцентный свет сложнее, чем кажется

Флуоресцентный свет, распространенный вид освещения в офисах, имеет более сложный механизм излучения света, чем лампа накаливания. Ультрафиолетовые лучи, создаваемые люминесцентными лампами, преобразуются в видимый свет, который мы можем видеть. Здесь важную роль играют явления электрического разряда, а также «возбужденное состояние» и «основное состояние» электронов. Начнем с рассмотрения основной конструкции люминесцентной лампы.Люминесцентные лампы представляют собой тонкие стеклянные трубки, покрытые люминесцентным материалом на своей внутренней поверхности.

Пары ртути впрыскиваются внутрь, а электроды прикреплены к обоим концам. Когда подается напряжение, электрический ток течет по электродам, заставляя нити на обоих концах нагреваться и начать испускать электроны. Затем небольшая газоразрядная лампа внутри люминесцентной лампы выключается; электроны испускаются из электрода и начинают течь к положительному электроду.Именно эти электроны производят ультрафиолетовый свет.

Столкновение электронов и атомов внутри люминесцентных ламп

Давайте подробнее рассмотрим механизм испускания флуоресцентным светом ультрафиолетовых лучей. Электроны, испускаемые электродом, сталкиваются с атомами ртути, составляющими пар внутри стеклянной трубки. Это заставляет атомы ртути переходить в возбужденное состояние, в котором электроны на внешней орбите атомов и молекул получают энергию, заставляя их прыгать на более высокую орбиту.

Возбужденные атомы ртути постоянно пытаются вернуться в свое прежнее низкоэнергетическое состояние (основное состояние), потому что они очень нестабильны. Когда это происходит, разница в энергии между двумя орбитальными уровнями высвобождается в виде света в форме ультрафиолетовых волн. Однако, поскольку ультрафиолетовые лучи не видны человеческим глазам, внутренняя часть стеклянной трубки покрыта флуоресцентным материалом, который преобразует ультрафиолетовые лучи в видимый свет. Именно это покрытие заставляет люминесцентные лампы светиться белым.Люминесцентные лампы не всегда прямые. Они бывают и в других формах, таких как кольца и луковицы. Некоторые типы люминесцентных ламп претерпели гениальные модификации, например, лампы, использующие металлическую линию на внешней поверхности трубки (тип быстрого запуска), устраняющую необходимость в газоразрядной лампе внутри.

Белые светодиоды, используемые в освещении

Светодиоды, используемые в освещении, излучают белый свет, похожий на солнечный. Белый свет создается, когда присутствуют три основных цвета света - RGB (красный, зеленый и синий).Сначала были только красные и зеленые светодиоды, но развитие синих светодиодов привело к разработке белых светодиодов для использования в освещении.
Есть два способа создать белые светодиоды. Первый - это «многокристальный метод», в котором комбинируются все три светодиода основного цвета, а второй - «однокристальный метод», сочетающий люминофор и синий светодиод. Многокомпонентный метод с использованием трех цветов требует баланса между яркостью и цветом для обеспечения равномерного освещения и требует, чтобы каждый из трех цветных чипов был оснащен цепью питания.

Это стало причиной разработки однокристального метода, который излучает почти белый (квази-белый) цвет с использованием одного синего светодиода и желтого люминофора. Это потому, что синий и желтый свет, смешанные вместе, кажутся человеческому глазу почти белыми.
Используя однокристальный метод, были разработаны белые светодиоды, в которых используется синий светодиод в сочетании с желтым + красным люминофором или зеленым + красным люминофором для достижения более естественного белого света на основе светодиодов. Кроме того, недавно были разработаны светодиоды, которые излучают ближний ультрафиолетовый свет (светодиод ближнего ультрафиолетового света: длина волны 380–420 нм), и их использование в качестве источника возбуждающего света привело к появлению белых светодиодов, способных излучать весь диапазон видимого света.

Источники света имеют «цветовую температуру»

В нашей повседневной жизни мы часто замечаем, что цвет одежды, видимый при флуоресцентном освещении в помещении, выглядит иначе при солнечном свете на открытом воздухе, и что одна и та же еда кажется более аппетитной при освещении лампами накаливания, чем при флуоресцентном. Вы когда-нибудь задумывались, что вызывает такие различия? Мы видим цвет объекта, когда свет падает на него и отражается обратно в наши глаза. Короче говоря, цвета, которые мы воспринимаем, изменяются в соответствии с составляющей длины волны источника света, освещающего объекты, которые мы видим.Это приводит к вышеупомянутым различиям, которые мы воспринимаем в освещении одежды и пищи.

Различия в цвете обозначаются «цветовой температурой». Цветовая температура - это числовое значение, представляющее цветность, а не температуру источника света. Все предметы излучают свет при нагревании до чрезвычайно высокой температуры. Цветовая температура указывает, какой цвет мы увидим, если нагреем до определенной температуры объект, который вообще не отражает света, то есть «черное тело».Единица измерения, используемая в этом случае, - градусы Кельвина. Низкотемпературные объекты кажутся красными, а по мере нагрева становятся синими.

Как видно из таблицы ниже, цветовая температура красноватых цветов низкая, а синеватых - высокая. Цветовая температура используется для таких целей, как настройка цвета на мониторе компьютера.

Цветовая температура и источники света

Цветовая температура Источник света
10 000 Ясное небо
9 000 Мутное небо
8,000
7 000 Облачное небо
6 000 Лампа-вспышка
4,500 Белая люминесцентная лампа
4 000
3,500 Вольфрамовая лампа, 500 Вт
3 000 Восход, закат
2,500 Лампочка 100 Вт
2 000
1 000 Свечи

Лампы накаливания

1. Создание первой лампы накаливания тесно связано с именем известного русского ученого и изобретателя А.Н. Лодыгин. Он заложил основу для производства современных ламп накаливания, которые намного экономичнее ламп с угольными электродами. Лодыгин первым превратил лабораторный прибор в средство электрического освещения. Он также был первым изобретателем, открывшим преимущества нитей из металлической проволоки по сравнению с другими нитями.
2. Большие достижения Лодыгина открыли путь для дальнейшей успешной работы ряда других российских инженеров-электриков. Родители дали ему военное образование, но служба в армии его совершенно не интересовала. Вскоре он ушел в отставку и все свое время посвятил изучению решения инженерно-технических проблем.
3. В 1872 году Лодыгин сконструировал несколько ламп накаливания, первые из которых состояли из стеклянной колбы с углеродным стержнем, служащим нитью накала.В 1873 году он создает улучшенную лампу с двумя угольными электродами вместо одного и с более длительным сроком службы. В том же году Лодыгин продемонстрировал свое изобретение на нескольких улицах Петербурга, осветив их своими электрическими лампами. Это было первое практическое применение лампы накаливания для освещения. Многие люди вышли на улицы, чтобы увидеть электрический свет впервые в своей жизни, по сути, впервые в мире.
4. Лодыгин никогда не останавливался на достигнутом и продолжал совершенствовать свои изобретения. Действительно, в 1875 году появилась более совершенная лампа его конструкции. Интерес к лампе Лодыгина сильно возрос. В 1877 году русский офицер показал лампу Лодыгина известному американскому изобретателю Эдисону. Эдисон со своей обычной энергией занялся улучшением лампы и позже запатентовал лампу накаливания с углеродной нитью. Однако даже американский суд постановил, что Эдисон не был изобретателем лампы накаливания, и об этом также говорится в «Британской энциклопедии», наиболее авторитетном справочнике в англосаксонском мире.
5.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *