Как устроена лампочка?

Ретро-лампочка – это прекрасная вещь, без сомнения. Но как его делают? В чем разница между лампой Эдисона и обычной лампой? Ну, если честно, почти ничего. Давайте разложим его на составляющие.

Как работает лампочка? Включая ретро-лампочку Эдисона.

Ретро-лампочка – это прекрасная вещь, без сомнения. Но как это работает? Чем лампа Эдисона отличается от обычной? Ну, если честно, почти ничего. Давайте разложим его на составляющие.

Ретро лампочка от фабрики DANLAMP

Ретро-лампочка от фабрики DANLAMP.

Прежде всего, определение. Лампа накаливания – это источник света, в котором свет излучается через спираль, называемую также нитью накаливания, которая нагревается электрическим током до высокой температуры. Чаще всего используется нить из тугоплавкого металла, например, вольфрама, или углеродная нить. Чтобы нить накала не окислялась при контакте с воздухом, ее помещают в вакуум, удаляя воздух из стеклянной колбы.

Каждая лампа накаливания, будь то обычная или ретро, использует эффект нагрева проводника при прохождении через него электрического тока. Температура нити накала повышается при замыкании электрической цепи. Для создания видимого излучения температура излучающего тела должна превышать 570 градусов (температура начала красного свечения, видимого человеческим глазом в темноте). Для человеческого зрения оптимальный, физиологически наиболее комфортный спектральный состав видимого света соответствует излучению с температурой поверхности солнечной фотосферы 5770 K . Однако неизвестны твердые вещества, способные выдержать температуру фотосферы Солнца без разрушения, поэтому рабочие температуры ламп накаливания находятся в диапазоне 2000-2800 C. В корпусах современных ламп накаливания используются высокоплавкие и относительно недорогие вольфрам (температура плавления 3410 °C), рений и (очень редко) осмий. Поэтому спектр ламп накаливания смещен в сторону красной части спектра. Только небольшая часть электромагнитного излучения лежит в области видимого света, большая часть – это инфракрасное излучение, которое воспринимается как тепло. Чем ниже температура раскаленной проволоки, тем меньше энергии, подаваемой на нагретую проволоку, преобразуется в полезное видимое излучение и тем более “красным” является это излучение. Поэтому ретро-лампы отличаются от обычных ламп накаливания тем, что они нагревают нить менее интенсивно. В результате нить испаряется медленнее и служит дольше.

Также полезны ретро-лампы. При типичной температуре ламп накаливания 2200-2900 К излучается желтоватый свет, который отличается от дневного света. Вечером “теплый” (< 3500 К) свет более комфортен для человека и меньше подавляет естественную выработку мелатонина, важного для регулирования циркадного цикла организма (нарушение его синтеза негативно сказывается на здоровье).

В атмосферном воздухе при высоких температурах вольфрам быстро окисляется, образуя характерный белый осадок на внутренней поверхности лампы, когда она теряет герметичность. По этой причине вольфрамовая нить помещается в герметичную колбу, из которой в процессе изготовления лампы удаляется воздух. Еще более распространены газонаполненные лампы: В них колба заполнена инертным газом – обычно аргоном. Повышенное давление в колбе газонаполненной лампы снижает скорость испарения вольфрамовой нити. Это не только увеличивает срок службы лампы, но и повышает температуру нити накала. Это увеличивает световую отдачу, а спектр излучения становится более похожим на белый. Внутренняя поверхность колбы газонаполненной лампы темнеет медленнее, потому что материал нити накаливания распыляется во время работы, как и в вакуумной лампе. Ретро-лампы обычно изготавливаются с вакуумными колбами, но некоторые производители делают их газонаполненными.

Дизайн лампочки

Конструкция лампочки. На рис: 1 – колба; 2 – полость колбы; 3 – нить накала (тело нити); 4, 5 – электроды; 6 – крючки-захваты нити; 7 – патрон лампы; 8 – предохранитель; 9 – корпус цоколя; 10 – изолятор цоколя (стекло); 11 – нижний контакт цоколя.

Конструкции ламп накаливания широко варьируются, но потребительские различия в основном заключаются в мощности, форме и размере колбы и типе цоколя.

Лампы общего пользования оснащены предохранителем – звеном из железо-никелевого сплава, приваренным к промежутку в одном из токоведущих проводов и расположенным вне колбы лампы – обычно в колпачке. Назначение предохранителя – защитить лампу от повреждения, если нить накаливания лопнет во время работы.

Двойная спираль лампы мощностью 200 Вт (сильно увеличена)

Двойная спираль лампы мощностью 200 Вт (сильно увеличено)

Двухкатушечная (биспиральная) лампа Osram 200 Вт с токоподводящими проводами и держателями (увеличено)

Двойная нить накала (бисилиндер) лампы Osram 200 Вт с проводами и держателями (увеличено)

Формы корпусов нитей накаливания очень разнообразны и зависят от назначения ламп. Первые нитевидные тела были изготовлены из углерода. В современных лампах используются почти исключительно вольфрамовые спирали. Чтобы уменьшить размер тела нити, она обычно имеет форму катушки. В случае ретро-ламп накаливания, где важен художественный эффект, катушка устанавливается так, как это необходимо для художественного эффекта, например, имитируется катушка в исторических лампах Эдисона. В случае обычных ламп накаливания спираль часто имеет шестиугольную форму для обеспечения равномерного освещения.

цоколь E27

Форма резьбового цоколя обычной лампы накаливания была предложена Джозефом Уилсоном Своном или, по другим источникам, Льюисом Говардом Латимером – в компании Эдисона. Размеры оснований стандартизированы. Для бытовых лампочек чаще всего используются цоколи Эдисона E14, E27 и E40 (цифра указывает на внешний диаметр в мм).

В США и Канаде используются разные цоколи (отчасти это связано с разным напряжением сети 110 В, а разные размеры цоколей предотвращают случайное вкручивание европейских ламп, рассчитанных на другое напряжение): E12 (канделябр), E17 (промежуточная), E26 (стандартная или средняя), E39 (могол).

Стеклянная колба необходима для защиты нити накаливания от кислорода, который может привести к ее разрушению. Размер колбы следует выбирать в соответствии со скоростью оседания вещества, из которого изготовлен проводник.

История создания

В конструкции лампочки впервые был использован не вольфрам, а совершенно другой материал. Среди них были даже бумага и бамбук. Теперь все лавры принадлежат Эдисону и Ладыгину. Именно они изобрели и усовершенствовали электрическую лампочку. Но отдавать им все должное не совсем правильно.

Ученые прилагают усилия в этих направлениях:

  • Поиск наиболее подходящего материала, который можно использовать в качестве нити. Необходимо было найти что-то, что было бы идеально устойчиво к горению и в то же время имело высокие показатели сопротивления. В прошлом бамбуковое волокно использовалось в качестве нити накаливания для лампочки. Это волокно было покрыто очень тонким слоем графита, который выступал в качестве проводящей среды. Конструкция работала, но объекты быстро выгорали.
  • Затем изобретатели придумали способ удалить весь воздух из колбы. Это было необходимо, поскольку кислород является самым важным ингредиентом в процессе горения. Поэтому необходимо было создать вакуум (без воздуха).
  • Затем нам нужно было придумать разъемы и контактные элементы для схемы. Задача была довольно сложной. На это в значительной степени повлиял графитовый слой, который имеет очень высокое сопротивление. Исследователям пришлось прибегнуть к использованию драгоценных металлов, таких как платина и серебро. Это увеличило проводимость тока, но конечная цена лампочки стала непомерно высокой.
  • E27 – это розетка Эдисона. Эта нить используется и сегодня. Первые варианты подключения изделия к электрической сети предполагали использование пайки. Сегодня этот вариант не позволяет быстро менять лампочки. Кроме того, такое соединение очень быстро разрушится при быстром и интенсивном нагреве.

Сегодня популярность этого типа устройств очень быстро падает. Амплитуда напряжения сейчас увеличилась на 10 % по сравнению с началом 2000-х гг. Это привело к тому, что лампочки перегорают в четыре раза быстрее. Сейчас все постепенно переходят на светодиоды.

Этот домашний светильник стал известен в нашей стране как лампочка Ильича. Не каждый светильник заслуживает такого названия. Именем Ленина может быть названа только голая лампочка на проводе без плафона. Дело в том, что одной из первых задач молодой советской власти была электрификация страны. В 1920 году Владимир Ленин приехал в деревню Кашино на пуск электростанции. Там он пообщался с крестьянами, сфотографировался с ними и провел митинг. Это, казалось бы, обычное событие нашло отражение в советской литературе и кино. А простая лампа, свисающая на проводе с потолка, стала называться лампой Ильича. Позже этот термин приобрел иронический оттенок как пример поспешно решенной проблемы.

Типы ламп накаливания, область применения и электрические характеристики.

Классификация этих осветительных приборов.

  1. Общее назначение. Предназначены для общего, местного и декоративного освещения в домах и офисах.
  2. Точечное освещение. Аналогично предыдущей группе, но с низким напряжением (12, 24, 36 В). Подходит для освещения рабочих мест, включая специальную технику.
  3. Декоративные модели. Они выпускаются с лампочками специальной формы (в форме свечей, шаров и т.д.). Используется для внутренней отделки в квартирах и общественных зданиях.
  4. Освещение. Поставляется с лампочками ярких цветов. Они имеют низкую выходную мощность. Они используются в осветительных установках.
  5. Сигнальные огни. Устройства с низким энергопотреблением, но длительным сроком службы. Используется в устройствах световой сигнализации.
  6. Зеркальные отражатели. Изготовлен из колбы специальной формы, покрытой отражающим алюминиевым слоем. Используется для определения местоположения местного освещения в данной точке.
  7. Транспортное освещение. Предназначены для различных видов транспорта. Обладают высокой механической и вибрационной стойкостью. У них есть специальная база.
  8. Лампы для оптических приборов (измерительных, медицинских и т.д.).
  9. Проекционные лампы. Высокая мощность (до 10 кВт) и высокая светоотдача.
  10. Специальный:
  • коммутаторные лампы (миниатюрные, малой мощности);
  • фотографические лампы (сейчас почти не используются);
  • проекционные лампы (для кинопроекторов);
  • двунаправленные лампы и отражатели для автомобильных, авиационных и железнодорожных светофоров;
  • нагревательные и специальные спектральные лампы для различных устройств (принтеры, сушильные камеры и т.д.).

Ассортимент светильников определяет их характеристики.

  1. Диапазон мощности составляет от 0,1 Вт до 23 кВт. Для бытовых ламп накаливания диапазон гораздо более узкий: от 15 до 150 Вт.
  2. Цветовая температура лежит между 2100 и 3000 К, что очень близко к естественному солнечному спектру.
  3. Эффективность ламп накаливания довольно низкая: около 5%. Это связано с тем, что большая часть электрической энергии используется для теплового нагрева нити накала и невидимого инфракрасного излучения.
  4. Во время работы светильник не требует дополнительных ограничителей тока. Он подключен непосредственно к электрической сети. Это связано со свойствами вольфрама. Он имеет положительный коэффициент теплового расширения. Это означает, что электрическое сопротивление увеличивается с ростом температуры: потребляемая мощность светильника автоматически стабилизируется.
  5. Световой поток или яркость лампы накаливания зависит от ее мощности. Для бытовых приборов это значение варьируется от 90 до 2200 лм. Световая отдача составляет 9-15 лм/Вт.
  6. Индекс цветопередачи составляет Ra 100, поэтому цвета объектов не искажаются.
  7. Важной характеристикой для потребителя является размер и тип цоколя лампы. Резьбовой цоколь – самый распространенный тип бытовых светильников. Кроме того, предлагаются лампы со штырьковым или двухштырьковым цоколем. В зависимости от размера, в Европе доступны цоколи E14, E27 и E40. Число означает диаметр основания в миллиметрах. В странах с более низким напряжением сети (110 В) лампы меньше. Размеры оснований: E12, E17, E26 и E39.

Электрический ток проходит через основание и все остальные компоненты, достигая нити накаливания из вольфрама. Этот металл используется потому, что он является самым дешевым из тугоплавких проводящих материалов. А благодаря вакууму, создаваемому внутри лампы, нить накаливания может гореть очень долго.

Как работает лампочка

Ранее мы рассказали вам об истории лампы накаливания и основных принципах ее работы. В этой статье мы подробно рассмотрим конструкцию этого светильника, какие типы ламп сегодня доступны на рынке и подробно проанализируем принцип генерации света.

Содержание статьи:

Устройство лампы накаливания

В этом светильнике всего 8 компонентов, и мы подробно поговорим о каждом из них:

Лампочка. Чаще всего он изготавливается из обычного стекла, и его основная функция – защита внутренних компонентов от внешних факторов. Внутреннее пространство искусственно вакуумируется или заполняется инертными газами, которые не подвержены воздействию тепла.

Металлическое основание с резьбой – это цоколь. Система “колпачок-трубка” была изобретена еще в 14 веке Томасом Эдисоном.

Нить накаливания – это часть лампы, которая излучает свет при нагревании.

Для фиксации нити используются два специальных крючка.

Крючки, в свою очередь, крепятся к двум электродам.

Электроды держатся на стойке – разновидности оправки, которая вставляется в основание. Это и есть стеклянный пузырь, внутри которого находится все устройство.

Конечно, на рынке электротоваров сегодня представлены различные модификации ламп накаливания, с измененным цоколем, без держателей, с колбой не из обычного стекла, а из матового для более мягкого рассеивания света, но в любом случае все они используют один и тот же принцип работы.

Как работают лампочки

Электрический ток проходит через основание и все остальные компоненты, достигая нити накаливания из вольфрама. Металл используется потому, что он является самым дешевым из низкоплавких проводящих материалов. А благодаря вакууму, создаваемому внутри лампы, нить накаливания может гореть очень долго.

Длина и толщина самой нити напрямую влияет на мощность изделия. Чем длиннее и шире вольфрамовая нить, тем ярче лампочка.

Типы лампочек

Существует несколько основных типов лампочек, которые мы все видим вокруг себя каждый день. Они отличаются только формой колбы, ее покрытием и наполнением, а также назначением.

Лампы могут иметь форму сферы, цилиндра или трубы. Это никак не влияет на качество изделия, все зависит от светильника, в который вы хотите поставить лампу, а также от общего дизайна интерьера.

Основными типами покрытия являются прозрачное (обычное стекло), матовое и зеркальное. Классическое покрытие отлично подходит для домашнего использования, зеркала, наоборот, создают своеобразный акцент, поэтому хороши для витрин и других дизайнерских решений, а матовые, как мы уже говорили, увеличивают мягкость рассеивания света.

Полупроводниковые контакты имеют разную проводимость, поэтому при воздействии электричества на них выделяется избыточная энергия. Эта энергия заставляет светодиоды светиться. Луч света от кристаллов сначала попадает на линзу, затем отражается от нее и попадает на рассеиватель, который Равномерно распределяет свет в разных направлениях в виде мягкого, ровного луча.

Галогенные лампы

Кто его изобрел? Научный мир до сих пор спорит об этом. Многие ученые 19 века пытались усовершенствовать изобретение Лодыгина. Его патент на изобретение был куплен компанией General Electric. В 1958 году компания впервые представила миру новый тип ламп.

Как это работает? Внутри лампы находится вольфрамовая нить и газы: йод, хлор, фтор или бром. Проволока нагревается током, испаряющийся вольфрам взаимодействует с газом, но не оседает на поверхности колбы, а возвращается в вольфрам, поддерживая сильное свечение. Реакция замкнутого цикла протекает непрерывно и интенсивно, что делает лампу излучает яркий свет, несмотря на свой небольшой размер.

Существует три типа ламп: со встроенным отражателем, капсульные и линейные. Модели с отражателем отличаются алюминиевым, зеркальным или дихроичным (инфракрасным) покрытием на стекле колбы. В результате освещаемые лампой предметы меньше нагреваются, не выцветают со временем, а свет мягко и равномерно рассеивается под разными углами. Обычно чашевидной формы с широкими краями. Капсула Галогенные лампы называются так из-за своей формы; линейные лампы производятся в виде прямой трубки.

Из множества производителей были выделены лучшие:

Ответы на частые вопросы

Клиенты часто задают вопросы. Это связано с отсутствием полной информации на упаковке.

Срок службы, стоимость

На лампочку влияет множество факторов, которые определяют срок ее службы.

В последние годы качество производимых ламп ухудшилось. Часто дефект заметен сразу. По этой причине большинство покупателей перешли на закупки у иностранных производителей.

Обратите внимание на гнездо в светильнике или люстре, куда вкручивается лампочка. В большинстве устройств это пластик, который при повышении температуры плавится, трескается и повреждается. Это приводит к перегреву и повреждению лампы.

Часто сокращение времени работы вызвано высоким напряжением в сети. Это приводит к перегреву нити накаливания, она становится тоньше, и лампочка начинает темнеть. Нить ломается. Если напряжение в сети отклоняется на один процент, срок службы лампочки сокращается на 14 процентов.

Стоимость лампочки зависит от ее типа, мощности и производителя. Она варьируется от 7 рублей до 100 рублей (для внутреннего потребления).

Как продлить срок службы лампочки накаливания

Существует несколько способов продлить срок службы лампочки:

  • Установка диммера. Это простое устройство может продлить срок службы лампочки в несколько раз. Для этого при подключении регулируется процент освещения. При освещении складов, коридоров и т.д. достаточно установить лампу на 75% от ее рабочей мощности.
  • Поскольку неисправность часто вызвана скачками напряжения, достаточно установить стабилизатор.

Какой газ находится в лампе

Колбы изделия не должны содержать воздух или какой-либо газ. Он может содержать только инертный газ (ксенон, криптон, аргон). Это происходит потому, что температура змеевика нагревается выше 2000 градусов.

Лампа

При этих температурах вольфрамовая нить будет реагировать со всеми газами, кроме инертных. Гелий и неон стоят дорого, поэтому их не используют.

Температура

Температура света зависит от типа закачиваемого газа. Например, безгазовая вакуумная среда благоприятствует нагреву до 2700 К. Излучается теплый белый свет. При нагревании до 4200 К излучается естественный белый свет. При накачке ксеноном или криптоновым галогеном температура нагрева составляет от 4000 до 6400 К. Он излучает холодный белый свет.

Что вызывает разрыв спирали

Вольфрамовая нить очень тонкая и хрупкая. Он растрескивается из-за уменьшения диаметра, вызванного испарением материала при воздействии высоких температур. Также часто случается, что волокно ломается при механическом встряхивании.

Световой поток

Функция светового потока – освещать. Он образуется в результате преобразования тепловой энергии. Единицей измерения является просвет (лм). Увеличение светового потока зависит от мощности лампы.

Лампы накаливания одинаковой мощности дают разный световой поток. Чем выше напряжение, тем больше световой поток.

Сколько потребляет

Номинальная мощность 60 Вт – потребление энергии составит 60 Вт или 0,06 киловатт в течение 1 часа
Мощность 95 Вт – потребляет 95 ватт или 0,095 киловатт в течение 1 часа
Мощность 100 Вт – будет потреблять 100 ватт электроэнергии, или 0,1 киловатта в течение 1 часа.

Предлагаем посмотреть видео:

Читайте далее:
Сохранить статью?