Лампа накаливания: устройство, характеристики и принцип работы

Содержание

Современный мир невозможно представить без электричества. А ведь сравнительно недавно, каких-то двести лет назад, о нем можно было только мечтать. Освещение домов в темное время суток было доступно лишь состоятельным людям: жизнь простых крестьян и горожан зависела от солнечного света. Изобретение лампочки положило конец этому неравенству. Привычный для нас прибор сконструировали далеко не сразу. Давайте вспомним, какой путь прошли изобретатели, чтобы в домах было всегда светло.

Кто и когда первым в мире изобрел электрическую лампочку.

Все изменилось с изобретением электричества. Постепенно изобретатели нашли способ безопасно, ярко и дешево осветить дома всех людей.

В вопросе первенства изобретения лампочки, как и во многих других, отечественная и мировая точка зрения различаются. В России принято считать первооткрывателями Павла Николаевича Яблочкина и Александра Николаевича Лодыгина. Ученые придумали разные типы осветительных приборов. Яблочкин в 1875-1876 годах первым сконструировал дуговую лампу. Однако в дальнейшем ее признали неэффективной. Лодыгин же двумя годами ранее (1874 год) получил первый патент на лампу накаливания.

В мире же считается, что первая лампочка изобретена Томасом Эдисоном. Свой патент американский ученый получил в 1879 году, на пять лет позже Лодыгина. Эдисон после долгих экспериментов сконструировал прибор, горевший почти 40 часов — максимально возможный срок для того времени. Кроме этого, изобретатель добился удешевления производства, чтобы лампочку мог позволить себе каждый человек.

В вопросе первенства изобретения лампы нет однозначного ответа. Множество ученых в разных странах трудились над ней, но далеко не все патентовали свои открытия. Электрическую лампочку однозначно можно назвать коллективным детищем мирового научного сообщества.

Сфера использования

Не так давно лампы накаливания присутствовали в различных сферах жизни, в быту и на предприятиях. Это обуславливается простой их монтажа, эксплуатации и обслуживания. Используются в таких сферах:

  • Общего предназначения для внутреннего и наружного освещения в частных домах, квартирах, офисах.
  • Местного применения – для подсветки рабочих мест.
  • Также есть специальные автомобильные лампы накаливания.
  • Устанавливаются в поездах, на судах, и в самолетах.
  • Миниатюрные ЛН применяются в фонариках, шкалах приборов.
  • Сверхминиатюрные в отдельных медприборах, пультах управления.
  • Также есть коммутационные, маячные, кинопроекционные.

Достоинства и недостатки ламп накаливания.

Достоинства:

  • невысокая стоимость;
  • мгновенное зажигание при включении;
  • небольшие габаритные размеры;
  • широкий диапазон мощностей.

Недостатки:

  • большая яркость (негативно воздействует на зрение);
  • небольшой срок службы — до 1000 часов;
  • низкий КПД. (только десятая часть потребляемой лампой электрической энергии преобразуется в видимый световой поток) остальная энергия преобразуется в тепловую.

Характеристики

Лампы накала обладают такими характеристиками:

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

Принцип действия

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

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

Конструкция

Конструкция
Конструкция ламп накаливания

Устройство всех ЛН схоже, в них содержаться:

  1. Рабочая часть – нить из вольфрамовой проволоки, свернутая в спираль. Удельное сопротивление этого металла в 3 раза больше, чем у меди. Вольфрам используется, потому что он тугоплавкий и можно максимально уменьшить сечение нити. За счет этого повышается электрическое сопротивление. Питание спираль получает от электродов.
  2. Спираль удерживают элементы из молибдена. Он также тугоплавкий, имеет низкий коэффициент теплового расширения.
  3. Колба из стекла. Внутри ее инертный газ, что не дает сгореть нити накала. Именно поэтому такие лампы не вакуумные, именно газ создает давление внутри колбы.
  4. Электроды соединяются с контактными элементами цоколя с помощью медных проводников.
  5. Цоколь. Такой элемент есть во всех рассматриваемых лампочках, за исключением специальных автомобильных. Резьба на цоколе и его размер могут быть различными.

Цоколь

Самые привычные для нас лампочки с резьбовым цоколем, размеры их стандартизированы. Для моделей, что используются в бытовых условиях, востребованы Е 14, Е 27 и Е 40. Реже используются для таких источников света без резьбы, но они распространены в автомобильном деле.

Интересно! В Америке и Канаде используются другие стандарты цоколей по причине иного напряжения в сети. Для них привычные размеры резьбы в мм: 12, 17, 26 и 39. При отражении размера цоколя на лампочке перед цифрами стоит так же как и у нас литера Е.

Цоколи
Цоколи ламп накаливания

Маркировка

Разобраться в маркировке ламп накаливания несложно, основные обозначения, которые можно встретить:

  • Специфика конструкции и свойства. «Б» указывает на аргоновую биспиральную ЛН, «В» – на содержание внутри вакуума, «Г» – на то, что в лампу закачан газ, «БК» – биспиральная криптоновая, «МЛ» – молочный цвет колбы, «МТ» – матовая, «О» – опаловая.
  • О назначении лампочки расскажет вторая часть маркировки. «Ж» – железнодорожная, «КМ» – коммутационная, «СМ» – для самолетов, «А» – для автомобилей, «ПЖ» – лампа высокой мощности для использования в прожекторах.
  • Форму обозначают так: «А» – абажур, «Д» – декоративная, «В» – витая.
  • Первые цифры – это номинальное напряжение.

Коэффициент полезного действия и долговечность

Существенные недостатки таких ламп – это небольшой срок эксплуатации и низкий коэффициент полезного действия. Под КПД подразумевается соотношение мощности и заметного человеку излучения. Как помним, нить разогревается до 2700 К, в этом случае ее КПД около 5%. Вся остальная энергия, которая, кстати, в полном объеме превращается в излучение, припадает на инфракрасный спектр, который невидим для человека. Мы воспринимаем его как тепло.

Теоретические повысить КПД до 20% можно, для этого следует увеличить температуру нити накала до 3400 К, получаемый свет в этом случае будет в 2 раза ярче, правда, срок эксплуатации уменьшается на 95%.

Если мощность снижать, то период эксплуатации ламп накаливания может увеличиваться в 5 и более раз. Уменьшение напряжения при этом снижает КПД, но использовать лампочку получиться в 1000 раз дольше. Этот эффект используется при создании надежного дежурного освещения. Конечно, это возможно, только если нет критических требований к освещенности.

Виды ламп и их функциональное назначение

Существует много ламп накаливания, классификация их происходит по функциональному назначению и конструкционным особенностям.

Общего, местного предназначения

Вплоть до 1970 года их называли нормально-осветительными. Эта группа является самой массовой среди обычных ЛН. Ранее успешно использовались как для общего, так и для декоративного освещения дома, в офисах, других учреждениях. На данный момент во многих странах, в том числе в России, их выпуск ограничивается.

Что касается лампочек местного назначения, то они по конструкции такие же, как и общего, но рассчитаны они на пониженное рабочее напряжение. Использоваться могут в ручных переносных светильниках, для освещения станков, верстаков и т. д.

Лампа
Лампа общего назначения

Декоративные

Основная их особенность – это фигурная колба, размеры ее могут быть очень разными, также как и расположение внутри нити накаливания. Подобные модели сегодня очень востребованы, но выполняют не так роль освещения, как декора, в особенности в винтажных или ретро дизайн-проектах. Внешний вид подобной лампы очень оригинален.

Декоративные лампы
Варианты исполнения декоративных ламп

Иллюминационные

Колба у них окрашена в разные цвета, в зависимости от целевого использования. Удобны для оснащения иллюминационных установок. Краска в основном наносится на колбу внутри, для этого применяются неорганические пигменты. Значительно реже такие лампы красят снаружи. Мощность их небольшая, варьируется в пределах 10–25 Вт. Необходимый эффект они дают только первое время, далее цвет их меняется, теряет яркость.

Лампа накала
Иллюминационная лампа может быть разной мощности

Сигнальные

Применялись в разных светосигнальных приборах. На данный момент из этой сферы их вытесняют светодиодные лампы.

Сигнальная лампа
Вариант исполнения сигнальной лампы

Зеркальные

Колба такой лампы имеет специфическую форму, внутри она покрыта тонким слоем алюминия. За счет этого создается зеркальный эффект, также есть прозрачная часть. Основная задача таких ламп – распределение светового потока с целью сосредоточения в пределах определенной зоны. Удобно их использовать в витринах магазинов, в торговых залах. Именно такие лампы используются для обогрева новорожденных птенцов и других животных.

Лампа накаливания
Зеркальная лампа накаливания

Транспортные

Эта группа очень обширная, используется в разных транспортных средствах, для фар или другой подсветки. Востребованы для:

  • Автомобилей.
  • Мотоциклов.
  • Тракторов.
  • Самолетов и вертолетов.
  • Речных и морских судов.

Такие лампы имеют ряд особенностей, среди них:

  1. Высокая прочность.
  2. Стойкость к воздействию вибрации.
  3. Специальные цоколи, за счет чего удается быстро менять вышедшую из строя лампу.
  4. Они рассчитаны на питание от электрической сети ТС.
Автолампы
Автомобильные лампы накаливания

Двухнитевые

Это подтип специальной лампы накаливания, которые используются в:

  • Автомобилях. Так, лампы для фар могут иметь 2 нити накала. Одна из них идет на ближний свет, вторая – на дальний. Аналогичная ситуация и для задних фонарей, только тут отдельные нити для габаритов и для стоп-сигналов.
  • Самолетах. В отдельных моделях в посадочно-рулежной фаре.
  • Ж/д светофорах. Тут двухнитевые лампы – это элемент безопасности и подстраховки, если перегорит одна, то вторая сможет продолжать подавать сигнал.
Важно! Есть и другие варианты ламп, например, имеющие специальный спектр излучения, нагревательные, проекционные и другие. Но сегодня они активно вытесняются другими типами лампочек.
Двухнитевая ЛН
Двухнитевая автомобильная лампа накаливания

Характеристики ламп накаливания.

Световой поток – это физическая величина, характеризующая количество «световой» мощности в соответствующем потоке излучения.

Световая отдача – это отношение излучаемого источником светового потока к потребляемой им мощности измеряется в люменах на ватт (лм/Вт). Является показателем эффективности и экономичности источников света.

Люмен – это единица измерения светового потока, световая величина.

Световой поток и световая отдача ламп накаливания.

Тип, мощность, Вт  Световой поток

(люмен)

Световая отдача

(лм/ватт)

Лампа

накаливания

5 Вт

20 4
Лампа

накаливания

10 Вт

50 5
Лампа

накаливания

15 Вт

90 6
Лампа

накаливания

25 Вт

220 8
Лампа

накаливания 40 Вт

420 10
Лампа

накаливания

60 Вт

710 11
Лампа

накаливания 75 Вт

935 12
Лампа

накаливания

100 Вт

1350 13
Лампа

накаливания

150 Вт

1800 12
Лампа

накаливания

200 Вт

2500 13
Солнце 3,63•1028 93
Идеальный

источник

света

683,002

Сравнительная таблица соотношения светового потока к потребляемой мощности различных типов ламп.

Лампа 

накаливания,

 мощность,

 Вт

Л.Л лампа,
мощность,
 Вт
Светодиод.

лампа,

 мощность

 Вт 

Световой

поток,

Лм

20 Вт 5-7 Вт 2-3 Вт Около 250 Лм
40 Вт 10-13 Вт 4-5 Вт Около 400 Лм
60 Вт 15-16 Вт 8-10 Вт Около 700 Лм
75 Вт 18-20 Вт 10-12 Вт Около 900 Лм
100 Вт 25-30 Вт 12-15 Вт Около 1200 Лм
150 Вт 40-50 Вт 18-20 Вт Около 1800 Лм
200 Вт 60-80 Вт 25-30 Вт Около 2500 Лм

Характеристики различных видов ламп по светопередаче.

  • ЛН — лампы накаливания;
  • ГЛН — галогенный лампы;
  • КЛЛ — компактно люминесцентные лампы;
  • МГЛ — металлогалогенные лампы;
  • ЛЛ — люминисцентные лампы;
  • Светодиоды — светодиодные лампы.

Характеристики различных типов ламп накаливания.

Напряжение на лампе — U, Вольт;

Мощность лампы — W, Вт;

Световой поток – Лм, Люмен.

Лампы накаливания общего назначения (стандартные).

Лампа накаливания общего назначения

Тип лампы U, В W, Вт Лм Срок

службы

ч.

Длина

мм

Диам.

мм

Тип

цоколя

Б 220-230-25-1 225 25 200 1000 105 61 E27
Б 220-230-40-1 225 40 430 1000 105 61 E27
Б 220-230-60-1 225 60 730 1000 105 61 E27
Б 220-230-75-1 225 75 960 1000 105 61 E27
Б 220-230-100 225 100 1380 1000 105 61 E27
Б 220-235-40-2 230 40 335 1000 98 51 E27
Б 225-235-60-2 230 60 655 1000 98 51 E27
Б 225-235-100-2 230 100 1203 1000 98 51 E27
Б 235-245-150-1 240 150 2180 1000 130 71 E27
РН 220-230-15-4 225 15 90 600 65 22 E14
РН 220-230-200-1 225 200 2950 1000 145 71 E27
РН 220-230-300 225 300 3350 1000 140 91 E27
РН 230-240-300 235 300 4800 1000 200 200 E40
РН 215-225-500 220 500 8400 1000 240 132 E40

Лампы накаливания общего назначения (миньоны).

Тип лампы U,В W,Вт  Лм Срок

Службы

Ч.

Длина

мм

Диам.

мм

Тип

цоколя

ДС 220-230-40 225 40 400 1000 103 36 E14
ДС 220-230-60 225 60 680 1000 103 36 E14
ДСО 235-245-40 240 40 395 1000 103 31 E14
ДСО 235-245-60 240 60 670 1000 103 36 E14

Лампы накаливания общего назначения (зеркальные).

Лампа накаливания общего назначения (зеркальная)

Тип лампы U,В W,Вт Лм Срок

службы

Ч.

Длина

мм

Диам.

мм

Тип

цоколя

3К 220-230-40(R63) 225 40 450 1000 102,5 63,5 E27
3Д 220-230-60(R80) 225 60 200 1000 116 81 E27
3Д 220-230-75(R80) 225 75 280 1000 116 81 E27
3Д 220-230-100(R80) 225 100 410 1000 116 81 E27

Лампы накаливания общего назначения (матовые).

Тип лампы U,В W,Вт Лм Срок

Службы

Ч.

Длина

мм

Диам.

мм

Тип

цоколя

БО 230-240-40 235 40 420 1000 105 61 E27
БО 230-240-60 235 60 710 1000 105 61 E27
БО 230-240-100 235 100 1360 1000 105 61 E27

Лампы накаливания для местного освещения.

Лампа накаливания для местного освещения

Тип лампы U,В W,Вт Лм Срок

Службы

ч

Длина

мм

Диам.

мм

Тип

цоколя

МО 36-25 36 25 300 1000 108 61 E27
МО 12-40 12 40 620 1000 108 61 E27
МО 36-40 36 40 580 1000 108 61 E27
МО 36-60 36 60 950 1000 108 61 E27
МО 36-100 36 100 1590 1000 108 61 E27

Лампы кварцевогалогенные (КГ).

Лампа кварцевогалогенная

Тип лампы U,В W,Вт Лм  К Срок

службы

Ч.

Длина

мм

Диам.

мм

Тип

цоколя

КГ 220-500-1 220 500 14000 3200 2000 132 11 R7s
КГ 220-1000-5 220 1000 22000 3200 2000 189 12 R7s
КГ 220-1500 220 1500 33000 3200 2000 254 12 R7s
КГ 220-2000-4 220 2000 44000 3200 2000 335 12 R7s

Схемы включения ламп накаливания.

Монтажная схема включения однолампового светильника с розеткой.

Принципиальная схема включения одной лампы с выключателем и штепсельной розеткой.

Принципиальная схема включения двух ламп с индивидуальными выключателями.

Срок годности

Срок службы изделия зависит от его качества. ЛН нужно хранить в картонной коробке. Это нужно для того, чтобы случайно не разбить ее или чтобы она не дала незаметную трещину, которая испортит всю работу. Из-за такой трещины газ будет испаряться, в итоге после того, как лампочка будет вкручена в плафон, она поработает не больше 2-3 часов. Нужно соблюдать правила безопасности при вкручивании лампы в плафон. Нельзя допускать детей к этому процессу, а также желательно полностью выключать подачу электричества в помещении.

Обратите внимание! Использованные лампочки необходимо правильно утилизироваться, выкидывать вместе с пищевыми отходами их не разрешается. В каждом городе есть специальные баки, для таких отходов.

Если соблюдать все правила хранения и использования, то лампа прослужит максимально долго, без дефектов.

Перед покупкой лампы желательно получить консультацию специалиста. Не рекомендуется отдавать выбор неизвестному производителю, так как могут попасться бракованные изделия, которые не будут работать положенный срок, или вообще разорвутся под напряжением. Качественные производители всегда дают гарантию не менее 30 дней на лампы накаливания. Покупатель имеет полное право обмена изделия или возврата средств, если работа лампы была менее 10 часов или она перегорела моментально.

Источники: https://vamfaza.ru/istoria-lampi/; https://lampaexpert.ru/vidy-i-tipy-lamp/nakalivaniya/nakalivaniya-i-eyo-osobennosti; https://rusenergetics.ru/svet/lampa-nakalivaniya

Ссылка на основную публикацию

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: