Из чего состоит лампочка накаливания — схема и устройство

Из чего состоит вольфрамовая лампочка?

https://youtube.com/watch?v=ywXX-DggaAM

Конструкция лампы накаливания с вольфрамовой нитью очень проста. Она состоит из:

• колбы, т. е. самой стеклянной сферы, либо вакуумированной, либо наполненной газом;
• тела накала (нить накаливания) – спирали из сплава вольфрама;
• двух электродов, по которым на спираль подается напряжение;
• крючков – держателей вольфрамовой нити, выполненных из молибдена;
• ножки лампочки;
• внешнего звена токоввода, служащего предохранителем;
• корпуса цоколя;
• стеклянного изолятора цоколя;
• контакта донышка цоколя.

Принцип работы лампы накаливания также несложен. Свет вырабатывается по причине того, что вольфрамовая нить нагревается от подаваемого на нее напряжения. Подобное свечение, хоть и в более малых объемах, можно увидеть при работе электрической плитки с открытым нагревательным элементом из нихрома. Свет от спирали выделяется очень слабый, но на этом примере становится ясно, как работает лампа накаливания.

Кроме привычной формы, эти световые приборы могут быть и декоративными, в виде свечи, капли, цилиндра или шара. Так как свет от вольфрама всегда одного цвета, производители выпускают такие осветительные приборы с различными, иногда окрашенными стеклами.

Интересны в работе лампочки с нитями накаливания с зеркальным покрытием. Принцип действия лампы накаливания можно сравнить с точечными светильниками, так как освещают они направленно определенную площадь.

Разновидности форм ламп накаливания

Достоинства

Конечно, основные преимущества ламп накаливания – это минимальная сложность при их изготовлении. Отсюда, естественно, и низкая цена, ведь на сегодняшний день более простого электрического прибора и представить нельзя. Та же история и с включением такого элемента в сеть. Для этого не нужно устанавливать какое-то дополнительное оборудование, достаточно простейшего патрона.

В некоторых случаях даже при его отсутствии люди подключают лампы накаливания, на скорую руку соорудив патрон из дерева, пластика, либо вовсе соединяя лампу с проводом при помощи изоляционной ленты. Конечно, такие подключения в форс-мажорных обстоятельствах имеют право на существование, но они небезопасны в смысле пожарной и электрозащиты (необходимо следить, чтобы основание не нагрелось).

Также лампочки с нитью накаливания больших мощностей (150 Вт) очень широко применяются в освещении теплиц. Ведь помимо того, что они дают свет, в результате накаливания вольфрамовой нити лампы сильно нагреваются. К тому же освещение от них наиболее близко к солнечному свету, современная лампочка на светодиодах или люминесцентная энергосберегающая этим похвастаться не могут. По этой же причине лампа накаливания имеет преимущество и в вопросе влияния на зрение человека.

Недостатки

Вольфрамовая нить

К недостаткам ламп накаливания можно отнести недолговечность работы таких приборов, это напрямую зависит от такого параметра, как напряжение в сети. Если повысить ток, то спираль начнет быстрее изнашиваться, что и приведет к перегоранию в самом тонком месте. Ну а если же понизить напряжение, то освещение станет намного слабее, хотя, конечно, это увеличит срок службы лампы.

К основным недостаткам ламп накаливания можно также отнести и негативное действие на нить накала резких скачков напряжения. Но от этого недостатка можно избавиться путем установки вводного стабилизатора. Конечно, остается вопрос с включением освещения. Ведь в момент подачи напряжения нить накала холодная, а значит, сопротивление ее ниже. Решается эта проблема установкой простейшего поворотного диммера. Тогда с поворотом рукоятки нить будет накаливаться плавнее, (т. е. будет отсутствовать краткая резкая подача напряжения), а значит и прослужит она много дольше.

Но все же главным минусом этих приборов, конечно же, можно считать их низкий КПД, а именно то, что работающая лампа расходует подавляющую части энергии на тепло, в результате чего начинает сильно нагреваться. Эти потери составляют до 95%, но такой уж алгоритм работы вольфрамовых лампочек. Так что при приобретении этого светового прибора следует учитывать все преимущества и недостатки лампы накаливания.

Причины частого перегорания ламп накаливания

Как это ни странно, но причин выхода из строя ламп накаливания может быть много. Производители заявляют, что примерный срок службы лампочки накаливания составляет около одной тысячи часов. Однако львиная доля лампочек всё-таки не дотягивает до такой времени работы.

Почему так происходит? Есть важные моменты, которые отрицательно воздействуют на время эксплуатации ЛОН.

Это нестабильное и (или) повышенное напряжение в электросети. В нашей электрической сети есть установленные нормы предельно — допустимого напряжения, согласно ГОСТ 29322-2014. В ней указано, что сетевое напряжение должно составлять 230 В ± 10 %.

Однако на практике, этот показатель может варьироваться в пределах 190-250 В. Обычно производители ламп накаливания указывают номинальное напряжение, в пределах которого, работает лампочка. При увеличении питающего напряжения на лампочку, увеличивается температура нити накала. Следовательно, увеличивается износ вольфрамовой нити, что влечет за собой уменьшение срока эксплуатации лампочки.

Это дефекты и неисправности патрона. Не лишним будет взглянуть на сам патрон, а также контакты, которые в нем находятся. Наличие окислительных процессов, либо нагара на контактах патрона, может создать условия для еще большего нагрева лампочки. Естественно, её ресурс может сократиться вдвое.

Это частое включение и выключение лампы. Если говорить вкратце, то сопротивление холодной нити накала и горячей — отличается в несколько раз. Что это означает? Выходит, что в момент, когда вы включаете лампочку, через нить накала проходит ток значительно превышающий рабочий показатель. Частые включения приводят к дополнительному износу вольфрамовой нити.

Это плохой контакт выключателя. В процессе эксплуатации электрических выключателей происходит постепенный износ их контактной базы. На контактах появляются потемнения и даже могут быть следы нагара от перегрева.

Проверить выключатель довольно просто – необходимо открыть корпус выключателя и визуально осмотреть его «внутренности»

Также следует обратить внимание на провода, которые подходят к выключателю. Естественно, перед выполнением таких работ, надо обесточить сеть

Безопасность никто не отменял.

Это воздействие внешних механических факторов. Лампы накаливания крайне подвержены влиянию вибраций, а также ударов. Нить накала довольно хрупкая и от резких встрясок она может просто оборваться. Производители стараются решить данную проблему путем установки дополнительных держателей для нити, а также за счет уменьшения ее длины. К слову, светодиодные лампы менее чувствительны к воздействию вибраций, в сравнении с ЛОН.

Это окружающая температура вокруг источника света. Сильные перепады температур оказывают крайне губительное воздействие на срок службы лампочки. Эксплуатация такого источника света при отрицательной температуре означает, что пусковой ток будет значительно превышать рабочий. Этот фактор также приводит к быстрому перегоранию ЛОН.

В заключении к этому пункту не лишним будет сказать о банальном заводском браке. Часто именно из-за дефектов на производстве, лампа досрочно выходит из строя.

Принцип работы ламп накаливания: разбор основной схемы

Лампы накаливания являются одним из самых распространенных и простых типов источников света. Их принцип работы основан на явлении термоэлектронной эмиссии и тепловом излучении.

Основная схема лампы накаливания представляет собой стеклянную колбу, внутри которой находится тонкая нить из вольфрамовой сплавы — нить накала. Нить обычно обладает высокой электрической проводимостью и низким коэффициентом теплового расширения.

Лампа накаливания подключается к источнику электрической энергии посредством двух проводов — фазового и нулевого. При подаче напряжения на лампу, электрический ток начинает протекать через нить накала.

• При прохождении тока через нить накала, она нагревается до высокой температуры (около 2500 градусов Цельсия), благодаря высокой сопротивляемости материала нити.
• Нагретая нить накала начинает излучать тепловую энергию в виде инфракрасного излучения и видимого света. Интенсивность излучения зависит от температуры нити и ее материала.
• Частичная конверсия тепловой энергии в световую вызывает яркость лампы. Она становится ярче, когда температура нити повышается, и тускнеет при ее остывании.

Нити накала обычно представляют собой намотанные спирали или две-три параллельные нити, что позволяет создать большую площадь для излучения света.

Особенностью схемы подключения лампы накаливания является ее низкое начальное сопротивление. При включении лампы в цепь, сопротивление нити накала наначало очень мало, поэтому ток через нее может быть достаточно велик, вызывая кратковременное повышение потребления электрической энергии.

По мере нагревания нити, ее сопротивление возрастает, что приводит к снижению тока и понижению потребления электроэнергии. Однако этот процесс занимает некоторое время, поэтому лампы накаливания обладают инерцией и не мгновенно реагируют на скачки напряжения.

Кроме того, лампы накаливания являются неэффективными по энергопотреблению, так как большая часть потребляемой энергии не преобразуется в свет, а расходуется на нагрев нити. Это приводит к высокому тепловому источнику в помещении, а следовательно, и к потреблению дополнительной энергии на охлаждение.

Некоторые особенности и предназначение конструктивных элементов вольфрамовой лампы

Каждая деталь в электролампе имеет своё предназначение и выполняет свои функции:

1. Колба. Изготавливается из стекла, достаточно дешёвого материала, отвечающего основным требованиям: – высокая прозрачность позволяет пропускать световую энергию и по минимуму поглощать её, избегая дополнительного нагревания (этот фактор имеет первостепенное значение для осветительных приборов); – жаропрочность даёт возможность выдерживать высокие температуры вследствие нагревания от раскалённой нити (например, в лампе 100 вт колба нагревается до 290°С, 60 Вт — 200°С; 200 Вт — 330°С; 25 Вт — 100°C, 40 Вт — 145°C); – твёрдость позволяет выдерживать внешнее давление при откачке воздуха, и не разрушаться при вкручивании.
2. Наполнение колбы. Сильно разрежённая среда позволяет минимизировать теплопередачу от раскалённой нити к деталям лампы, но усиливает испарение частиц раскалённого тела. Наполнение инертным газом (аргон, ксенон, азот, криптон) исключает сильное испарение вольфрама из спирали, не даёт возгораться нити и минимизирует теплопередачу. Использование галогенов позволяет испарившемуся вольфраму возвращаться обратно в спиральную нить.
3. Спираль. Изготавливается из вольфрама, выдерживающего 3400°С, рения – 3400°С, осмия — 3000°С. Иногда вместо спиральной нити, в лампе используется лента или тело другой формы. Используемая проволока имеет круглое сечение, для уменьшения габаритов и потерь энергии на теплоотдачу закручивается в двойную или тройную спираль.
4. Крючки-держатели изготавливаются из молибдена. Они не позволяют сильно провисать увеличившейся от нагрева во время работы спирали. Их количество зависит от длины проволоки, то есть от мощности лампы. Например, у лампы 100 Вт держателей будет 2 – 3 шт. У ламп накаливания мощностью поменьше держатели могут отсутствовать.
5. Цоколь изготавливается из металла с внешней резьбой. Он выполняет несколько функций: — соединяет несколько деталей (колбу, электроды и центральный контакт); — служит для крепления в штепсельном патроне с помощью резьбы; — является одним контактом.

Существует несколько видов и форм цоколей в зависимости от предназначения осветительного прибора. Есть конструкции, не имеющие цоколя, но с неизменным принципом работы лампы накаливания. Самыми распространенными видами цоколя являются Е27, Е14 и Е40.

Вот некоторые виды цоколей, применяемые для различных типов ламп:

Кроме различных видов цоколя есть и различные виды колб.

Кроме перечисленных конструктивных деталей, лампы накаливания могут иметь и некоторые дополнительные элементы: биметаллические переключатели, отражатели, цоколи без резьбы, различные напыления и др.

Принцип действия и особенности конструкции

При нагреве до определенной температуры металл начинает светиться. Это свойство и используется в лампах накаливания. При этом пришлось решить несколько проблем, которые препятствовали созданию эффективного осветительного элемента. Во-первых, нужно было подобрать материал, который при накаливании не расплавится. В результате спираль изготавливается из вольфрама – самого дешевого из тугоплавких металлов. Во-вторых, процесс нагрева ускоряет окислительные процесс, который оказывает негативное влияние на состояние металла. Значит, необходимо было предотвратить контакт раскаленной спирали с кислородом, т. е. с воздухом.

В результате получилась конструкция лампы, которая преодолевает все проблемы и в то же время поражает своей простотой:

• грушевидная колба из стекла с прикрепленным к узкой части металлическим цоколем. На нем имеется резьба, при помощи которой устройство вкручивается в патрон. В некоторых моделях резьба отсутствует, но имеются другие решения, соответствующие условиям эксплуатации;
• внутри колбы имеется стеклянная ножка, с впаянными двумя электродами. Своими верхними концами они крепятся к краям спирали, а нижними – к цоколю. Причем один припаян к корпусу, а второй – к контакту на его дне;
• вольфрамовая спиралевидная струна крепится к электродам и держателям (ножкам), изготовленным из тугоплавкого металла (молибдена). Они не дают спирали провиснуть при нагреве и оборваться. В зависимости от назначения ламп накаливания спиралей может быть несколько, а значит количество контактов и поддерживающих ножек увеличивается соответственно.

Из колбы откачивают воздух и заполняют ее инертным газом либо оставляют вакуумную среду. Этим решается проблема окисления. Проходя через вольфрамовую спираль, электрический ток разогревает ее. Причем происходит это незаметно для человеческого глаза и световой поток в результате накала проводника распространяется практически мгновенно.

Как устроена лампочка накаливания.

Какие параметры важны для энергосберегающих ламп для дома

Покупая лампу для дома, учитываются параметры мощности, срок эксплуатации. Второй параметр зависит от качества изготовления.

Таблица мощности

Потребление электричества зависит от мощности материала, измеряется в ваттах. Каждый вид лампочек имеет разную мощность. Но рекомендуется проводить сравнение относительно световой отдаче (сколько люмен приходится мощности на один ватт). Для наглядности рассматривается таблица мощности энергосберегающих ламп, где проводится анализ источников освещения.

Световой поток, Лм	Тип источника света (лампа) / Мощность, Вт
Светодиодная	Люминесцентная	Галогенная	Накаливания
220	2	6	15	25
415	4	8	24	40
550	6	10	30	50
710	8	12	36	60
935	10	15	45	75
1340	12	20	60	100
1700	18	24	72	120
2160	22	36	90	150
3040	26	45	120	200
3900	30	55	150	250

Производители и срок службы

Очень часто бывают ситуации, что один и тот же производитель выпустил товар разными партиями, которые получились разного качества. Но какая бы партия ни была, на каждой упаковке должен указываться срок службы. Рейтинг производителей:

• Компанией Philips представлен огромный ассортимент светодиодных лампочек для домашнего пользования. Каждая партия проходит лабораторные исследования, которые подтверждают безопасность. Излучаемый свет не воздействует на глаза. Гарантия от производителя 2 года. Срок службы до 10 лет.
• Компания Osram производит качественный товар. На него большой спрос на рынке. Положительные стороны светодиодного освещения данной ТМ: экономия электроэнергии, излучаемых свет по характеристикам близок к естественному, длительное использование. На упаковке указано, что рассчитана на работу 15000 часов, что эквивалентно 15 годам или 500000 включений/выключений.
• Известный производитель Camelion с представительством в 80 странах производит товар высокого качества. Проходит контроль перед выходом на продажу. У модели BasicPower заявлена работа на 30000 световых часов. Модель BrightPower – повышенной экономичности, оснащена светодиодами новейшего поколения и с работой до 40000 часов. Товар безопасен для человека и экологии. Не требуется особых условий по утилизации. Имеют высокую ударопрочность, отсутствует ультрафиолетовое излучение. Излучаемый свет ярок, но не наносит вреда глазам, не мерцает.

История изобретения лампочки

Внешний вид лампы накаливания Изделие проектировалось и дорабатывалось многими учеными в разные периоды. Первая электрическая дуга была зажжена ученым Петровым В.В. в 1802 году. Изобретение состояло из двух угольных стержней, которые подключались к полюсам гальванической батареи. В момент их сближения возникал электрический разряд, и над элементами формировалась светящаяся дуга. Применение такой лампы в быту было невозможным по ряду причин – неудобство конструкции, быстрое перегорание угольных стержней. Зато мировые ученые начали понимать, из чего сделать лампу.

Спустя 70 лет в 1872 году Лодыгин А.Н. получил патент на лампу накаливания. В качестве спирали в ней был использован стержень ретортного угля, который находился под стеклянным колпаком.

Уже в 1880 году 10 мая лампочкой Лодыгина было обустроено уличное освещение в Санкт-Петербурге на Литейном мосту. Срок службы источника света составлял всего 2 месяца (пока не перегорал угольный стержень).

В 1880 году в США Томас Эдисон представил усовершенствованную лампу накаливания Лодыгина. Он сумел добиться устранения воздуха из стеклянной колбы, что обеспечило более длительное горение спирали и более яркое её свечение. Эдисон также разработал цоколь с резьбой для ввинчивания лампы в патрон.

В 1910 году было принято решение скручивать вольфрамовую нить в спираль для увеличения ресурса её службы. Таким образом, изделие теперь работает вместо первоначальных 50-100 часов целых 1000 ч.

Почему не стоит покупить

Лампочки данного типа неэффективны. Чтобы продлить срок службы стандартных ламп накаливания, производители делают их менее горячими, чем оптимальная температура для излучения чистого белого света. В результате лампы накаливания излучают много энергии в инфракрасной части спектра. Это, конечно, не приносит пользы для зрения и в значительной степени является пустой тратой энергии — если только не хотим тепла, которое они излучают.

Лампы накаливания не запрещены. Произошло то, что все лампочки теперь должны соответствовать минимальному стандарту эффективности, который был принят в Законе об энергетической независимости и безопасности 2007 года. Большинство стандартных ламп накаливания не могут соответствовать этим стандартам, но те, которые соответствовали, все еще могут соответствовать изготовлены и проданы. Тем не менее, многие лампы накаливания не подпадали под действие стандартов. Примерами могут служить трехходовые лампы, лампы грубого обращения и лампы для бытовых приборов.

Тем временем производители работают над выпуском альтернативных лампочек, которые соответствуют стандартам, излучают хороший, приятный свет и не стоят три состояния. Эти замены для стандартной 60W лампы, который был один из самых ранних видов луковицы пострадавших, имеют долгий путь к достижению этих стандартов.

С развитием электроэнергии в начале 19-го века, единственным серьезным соображением для освещения с помощью электричества было дуговое зажигание, при котором яркий свет излучается электрической искрой между двумя электродами. В углеродно-дуговый электрический свет был продемонстрирован еще в 1808 году, а в 1858 году английский физик и химик Майкл Фарадей изобрел первый паровой электрогенератор для управления большой угольной дуговой лампой для маяка Южного Форленда, но угольно-дуговая лампа была настолько яркий и требовал такой большой мощности, что никогда не получил широкого распространения; это было ограничено крупными объектами, такими как маяки, вокзалы и универмаги.

Более практичное освещение можно получить от лампы накаливания. В 1801 году английский химик Сэр Хэмфри Дэви продемонстрировал накал платиновых полосок, нагретых на открытом воздухе электричеством, но эти полосы прослужили недолго. Фредерик де Молейнс из Англии получил первый патент на лампу накаливания в 1841 году; он использовал порошкообразный уголь, нагретый между двумя платиновыми проволоками.

Коммерческая разработка лампы накаливания была отложена. Ртутный насос, изобретенный в 1865 году, обеспечивал необходимый вакуум и удовлетворительную углеродную нить.лампочка была разработана независимо английским физиком Сэр Джозеф Уилсон Свон в 1878 году и американский изобретатель Томас Альва Эдисон в следующем году.

К 1880 году оба подали заявки на патенты на свои лампы накаливания, и последовавшая судебная тяжба между двумя мужчинами была разрешена путем создания совместной компании в 1883 году. Однако Эдисон всегда получал большую заслугу в изобретении лампочки из-за его разработки линий электропередач и другого оборудования, необходимого для включения лампы накаливания в практическую систему освещения.

В колбе с углеродной нитью была на самом деле очень неэффективной, но она устраняла опасность возникновения сажи и пожара от газоугольных струй и, таким образом, вскоре получила широкое распространение.

Применение

Несмотря на то, что галогенные лампочки уступают в эффективности светодиодным и люминесцентным источникам света, они пользуются популярностью. В частности, лампы с диммерами 220 В легко заменяют стандартные лампочки накаливания.

Галогенные устройства применяют в качестве освещения для автомобилей. Такой источник света идеально подходит для этой сферы, поскольку обеспечивает высокую светоотдачу, длительность эксплуатации, стойкость к перепадам напряжения, имеет небольшую колбу. Галогенные светильники применяют также в прожекторах, рампах, для освещения при проведении фотосъемок и видеосъемок. Они используются в шелкографии и флексографической печати, при сушке материалов, отличающихся чувствительностью к ультрафиолету.

Перепады напряжения

Перепады напряжения влияют не только на срок службы галогенных ламп, но и на их световую эффективность. Так, падение напряжения на 5% приводит к уменьшению количества света приблизительно на 15% и ощутимому изменению температуры цвета. Так же неблагоприятен и рост напряжения. Для 12- вольтовой галогенной лампы повышение напряжения на 1 В (то есть на 8%), приводит к сокращению срока службы на 60%.

Из всех современных источников света галогенные лампы обладают наиболее качественной цветопередачей. Кроме того, галогенные лампы отличаются большой яркостью и направленным излучением. Их, конечно, только условно можно назвать энергосберегающими, тем не менее, по сравнению с лампами накаливания они имеют в несколько раз большую световую отдачу и удвоенный срок службы.

Все галогенные лампы условно делят на две больших группы: лампы низкого напряжения (низковольтные) – до 24 В и лампы сетевого напряжение – 220 В. Кроме этого, галогенные лампы различаются по конструкции и назначению.

Что нужно учитывать при подключении галогенных ламп

Длина выходного провода 12 В не должна превышать 2 м. При большей длине возможно возникновение потерь тока, отчего яркость ламп станет ощутимо ниже.

Во избежание перегрева трансформатора его следует располагать минимум в 20 см от любых источников выделения тепла. Избегать стоит и расположения трансформатор в полостях, объем которых составляет менее 11 литров.

Если же ввиду технических причин установка трансформатора в нишу небольших размеров оказывается неизбежна, суммарная нагрузка на устройство должна находиться на уровне до 75% от максимально возможного значения.

Ну и напоследок:

схема управления низковольтными галогенными лампами не должна включать в свой состав диммер (поворотный выключатель для плавного изменения яркости света).

При работе с такими источниками освещения корректность работы устройства нарушается, вызывая сокращение срока службы ламп.

на сайте:

1. Линейные галогенные лампы

Это самый старый тип галогенных ламп, которые были созданы еще в 60-х годах прошлого века. Лампы представляют собой кварцевую трубку с выводами с обеих сторон. Нить накала поддерживается в лампе с помощью специальных кронштейнов из проволоки. Лампы при своих небольших размерах имеют очень приличную мощность – 1 – 20 кВт. В помещениях такие лампы не используются из-за очень высокой яркости и большой потребляемой мощности. Основная их область применения – прожекторное освещение. Существуют современные линейные галогенные лампы заливающего света, которые используют не только в наружном, но и во внутреннем освещении. Эти лампы отличаются повышенной ударопрочностью.

Линейная галогенная лампа

Лампы выпускаются стандартной длины. Наиболее популярны галогенные линейные лампы длиной 78 и 118 мм. Большинство линейных галогенных ламп требуют обязательного горизонтального размещения в пространстве. Современные линейные галогенные лампы выпускаются двухцокольными с цоколем R7s (размещен с двух сторон лампы).