А как работает лампочка

Конструкция, технические параметры и разновидности ламп накаливания

Лампа накаливания – первый электрический осветительный прибор, играющий важную роль в жизнедеятельности человека. Именно она позволяет людям заниматься своими делами независимо от времени суток.

По сравнению с остальными источниками света такое устройство характеризуется простотой конструкции. Световой поток излучается вольфрамовой нитью, расположенной внутри стеклянной колбы, полость которой заполнена глубоким вакуумом. В дальнейшем для увеличения долговечности вместо вакуума в колбу стали закачивать специальные газы — так появились галогеновые лампы. Вольфрам — термостойкий материал с большой температурой плавления. Это очень важно, поскольку для того, чтобы человек увидел свечение, нить должна сильно нагреться за счет проходящего через нее тока.

Лампа накаливания отличается простотой конструкции

История создания

Интересно, что в первых лампах использовался не вольфрам, а ряд других материалов, включая бумагу, графит и бамбук. Поэтому, несмотря на то, что все лавры за изобретение и усовершенствование лампы накаливания принадлежат Эдисону и Лодыгину, приписывать все заслуги только им — неправильно.

Писать о неудачах отдельных ученых не станем, но приведем основные направления, к которым прилагали усилия мужи того времени:

Поиски лучшего материала для нити накаливания. Нужно было найти такой материал, который одновременно был устойчив к возгоранию и характеризовался высоким сопротивлением. Первая нить была создана из волокон бамбука, которые покрывались тончайшим слоем графита. Бамбук выступал в качестве изолятора, графит — токопроводящей среды. Поскольку слой был малым, то существенно возрастало сопротивление (что и требовалось). Все бы хорошо, но древесная основа угля приводила к быстрому воспламенению.
Далее исследователи задумались над тем, как создать условия строжайшего вакуума, ведь кислород — важный элемент для процесса горения.
После этого нужно было создать разъемные и контактные компоненты электрической цепи. Задача усложнялась из-за использования слоя графита, характеризующегося высоким сопротивлением, поэтому ученым пришлось использовать драгоценные металлы — платину и серебро. Так повышалась проводимость тока, но стоимость изделия была чересчур высока.
Примечательно, что резьба цоколя Эдисона используется и по сей день — маркировка E27. Первые способы создания контакта включали пайку, но при таком раскладе сегодня говорить о быстро заменяемых лампочках было бы сложно. А при сильном нагреве подобные соединения быстро бы распадались.

В наше время популярность подобных ламп падает в геометрической прогрессии. В 2003 году в России была увеличена амплитуда питающего напряжения на 5 %, к сегодняшнему дню этот параметр составляет уже 10 %. Это привело к сокращению срока эксплуатации лампы накаливания в 4 раза. С другой стороны, если вернуть напряжение на эквивалентное значение вниз, то существенно сократится отдача светового потока — до 40 %.

Вспомните учебный курс — еще в школе преподаватель физики ставил опыты, демонстрируя, как увеличивается свечение лампы при повышении силы тока, подающегося на вольфрамовую нить. Чем выше сила тока, тем сильнее выброс излучения и больше тепла.

Принцип действия

Принцип работы лампы построен на сильном нагреве нити накаливания за счет проходящего через нее электрического тока. Для того чтобы твердотельный материал начал излучать красное свечение, его температура должна достигнуть 570 град. Цельсия. Излучение будет приятным для глаз человека только при увеличении этого параметра в 3–4 раза.

Подобной тугоплавкостью характеризуются немногие материалы. За счет доступной ценовой политики выбор был сделан в пользу вольфрама, температура плавления которого составляет 3400 град. Цельсия. Чтобы повысить площадь светового излучения, вольфрамовая нить скручивается в спираль. В процессе эксплуатации она может нагреваться до 2800 град. Цельсия. Цветовая температура такого излучения равна 2000–3000 К, что дает желтоватый спектр — несопоставимый с дневным, но в то же время не оказывающий негативного воздействия на зрительные органы.

Разогретая до высокой температуры вольфрамовая нить

Попадая в воздушную среду, вольфрам быстро окисляется и разрушается. Как уже говорилось выше, вместо вакуума стеклянная колба может заполняться газами. Речь идет об инертных азоте, аргоне или криптоне. Это позволило не только повысить долговечность, но и увеличить силу свечения. На срок эксплуатации влияет то, что давление газа препятствует испарению вольфрамовой нити из-за высокой температуры свечения.

Строение

Обычная лампа состоит из следующих конструктивных элементов:

колба;
вакуум или инертный газ, закачиваемый внутрь нее;
нить накала;
электроды — выводы тока;
крючки, необходимые для удерживания нити накала;
ножка;
предохранитель;
цоколь, состоящий из корпуса, изолятора и контакта на донышке.

Помимо стандартных исполнений из проводника, стеклянного сосуда и выводов, существуют лампы специального назначения. В них вместо цоколя используются другие держатели или добавляется дополнительная колба.

Конструкция лампочки накаливания

Предохранитель обычно изготавливается из сплава феррита и никеля и помещается в разрыв на одном из выводов тока. Зачастую он расположен в ножке. Его основное предназначение — защита колбы от разрушения в случае обрыва нити. Связано это с тем, что в случае ее обрыва образуется электрическая дуга, приводящая к плавлению остатков проводника, которые попадают на стеклянную колбу. Из-за высокой температура она может взорваться и вызвать возгорание. Впрочем, долгие годы доказали низкую эффективность предохранителей, поэтому они стали эксплуатироваться реже.

Колба

Стеклянный сосуд используется для защиты нити накаливания от окисления и разрушения. Габаритные размеры колбы подбирают в зависимости от скорости осаждения материала, из которого производится проводник.

Газовая среда

Если раньше вакуумом заполнялись все без исключения лампы накаливания, то сегодня такой подход применяют лишь для маломощных источников света. Более мощные устройства заполняются инертным газом. Молярная масса газа влияет на излучение тепла нитью накаливания.

В колбу галогенных ламп закачиваются галогены. Вещество, которым покрыта нить накала, начинает испаряться и взаимодействовать с расположенными внутри сосуда галогенами. В результате реакции образуются соединения, которые повторно разлагаются и вещество вновь возвращается на поверхность нити. Благодаря этому появилась возможность повысить температуру проводника, увеличив коэффициент полезного действия и срок эксплуатации изделия. Также такой подход позволил сделать колбы более компактными. Недостаток конструкции связан с изначально малым сопротивлением проводника при подаче электрического тока.

Схема работы галогеновых ламп накаливания

Нить накала

По форме нить накаливания может быть разной — выбор в пользу той или иной связан со спецификой лампочки. Зачастую в них применяют нить с круглым сечением, закрученную в спираль, гораздо реже — ленточные проводники.

Современная лампа накаливания работает от нити из вольфрама или осмиево-вольфрамового сплава. Вместо обычных спиралей могут закручиваться биспирали и триспирали, что стало возможным за счет повторного закручивания. Последнее приводит к уменьшению теплового излучения и повышению КПД.

Технические характеристики

Интересно наблюдать за зависимостью световой энергии и мощности лампы. Изменения не линейны — до 75 Вт световая отдача увеличивается, при превышении — снижается.

Одно из преимуществ таких источников света – равномерное освещение, поскольку практически во всех направлениях свет излучается с одинаковой силой.

Наибольшая световая отдача у ламп накаливания мощностью 75 Вт

Еще одно достоинство связано с пульсированием света, которое при определенных значениях приводит к значительной утомляемости глаз. Нормальным значением считают коэффициент пульсации, не превышающий 10 %. Для ламп накаливания параметр максимум достигает 4 %. Самый худший показатель — у изделий мощностью 40 Вт.

Среди всех доступных электрических осветительных приборов лампы накаливания нагреваются сильнее. Большая часть тока преобразуется в тепловую энергию, поэтому прибор больше похож на обогреватель, чем на источник света. Световая отдача находится в диапазоне от 5 до 15 %. По этой причине в законодательстве прописаны определенные нормы, запрещающие, к примеру, использовать лампы накаливания более 100 Вт.

Обычно для освещения одной комнаты достаточно лампы на 60 Вт, которая характеризуется небольшим нагревом.

При рассмотрении спектра излучения и сравнении его с естественным освещением можно сделать два важных замечания: световой поток таких ламп содержит меньше синего и больше красного света. Тем не менее, результат считается приемлемым и не приводит к утомлению, как в случае с источниками дневного света.

Световой поток ламп накаливания не утомляет глаза

Эксплуатационные параметры

При эксплуатации ламп накаливания важно учитывать условия их использования. Их можно применять в помещениях и на открытом воздухе при температуре не менее –60 и не более +50 град. Цельсия. При этом влажность воздуха не должна превышать 98 % (+20 град. Цельсия). Устройства могут работать в одной цепи с диммерами, предназначенными для регулирования световой отдачи за счет изменения интенсивности света. Это дешевые изделия, которые могут быть самостоятельно заменены даже неквалифицированным человеком.

Существует несколько критериев для классификации ламп накаливания, которые будут рассмотрены ниже.

В зависимости от эффективности освещения лампы накаливания бывают (от худших к лучшим):

вакуумные;
аргоновые или азот-аргоновые;
криптоновые;
ксеноновые или галогенные с установленным отражателем инфракрасного излучения внутрь лампы, что увеличивает КПД;
с покрытием, предназначенным для преобразования инфракрасного излучения в видимый спектр.

Намного больше разновидностей ламп накаливания, связанных с функциональным назначением и конструктивными особенностями:

Общее назначение — в 70-х гг. прошлого столетия они назывались «нормально-осветительными лампами». Самая распространенная и многочисленная категория — изделия, применяемые для общего и декоративного освещения. С 2008 года выпуск таких источников света существенно сократился, что было связано с принятием многочисленных законов.
Декоративное назначение. Колбы таких изделий выполняются в форме изящных фигур. Чаще всего встречаются свечеобразные стеклянные сосуды с диаметром до 35 мм и сферические (45 мм).
Местное назначение. По конструкции идентичны первой категории, но питаются от уменьшенного напряжения — 12/24/36/48 В. Обычно применяются в переносных светильниках и приборах, освещающих верстаки, станки и т. п.
Иллюминационные с окрашенными колбами. Зачастую мощность изделий не превышает 25 Вт, а для окрашивания внутренняя полость покрывается слоем неорганического пигмента. Гораздо реже можно встретить источники света, наружная часть которых окрашивается цветным лаком. В таком случае пигмент очень быстро выцветает и осыпается.

Зеркальные. Колба выполнена в специальной форме, которая покрыта отражающим слоем (к примеру, методом распыления алюминия). Данные изделия используются для перераспределения светового потока и повышения эффективности освещения.
Сигнальные. Их устанавливают в светосигнальные изделия, предназначенные для отображения какой-либо информации. Характеризуются низкой мощностью и рассчитаны на продолжительную эксплуатацию. На сегодняшний день практически бесполезны из-за доступности светодиодов.
Транспортные. Еще одна обширная категория ламп, используемых в транспортных средствах. Характеризуются высокой прочностью, устойчивостью к вибрациям. В них применяют специальные цоколи, гарантирующие прочное крепление и возможность быстрой замены в стесненных условиях. Могут питаться от 6 В.
Прожекторные. Высокомощные источники света до 10 кВт, характеризующиеся высокой световой отдачей. Спираль укладывается компактно, чтобы обеспечить лучшую фокусировку.
Лампы, применяемые в оптических приборах, — к примеру, кинопроекционная или медицинская техника.

Специальные лампы

Также существуют более специфические разновидности ламп накаливания:

Коммутаторные — подкатегория сигнальных ламп, применяемых в коммутаторных панелях и выполняющих функции индикаторов. Это узкие, продолговатые и малогабаритные изделия, имеющие параллельные контакты гладкого типа. За счет этого могут помещаться в кнопки. Маркируются как «КМ 6-50». Первое число указывает на вольтаж, второе — ампераж (мА).
Перекальная, или фотолампа. Данные изделия используются в фототехнике для нормированного форсированного режима. Характеризуется высокими световой отдачей и цветовой температурой, но малым сроком эксплуатации. Мощность советских ламп достигала 500 Вт. В большинстве случаев колба матируется. Сегодня практически не используются.
Проекционные. Применялись в диапроекторах. Высокая яркость.

Двухнитевая лампа бывает нескольких разновидностей:

Для автомобилей. Одна нить используется для ближнего, другая — для дальнего света. Если рассматривать лампы для задних фонарей, то нити могут использоваться для стоп-сигнала и габаритного огня соответственно. Дополнительный экран может отсекать лучи, которые в лампе ближнего света могут слепить водителей встречных автомобилей.
Для самолетов. В посадочной фаре одна нить может использоваться для малого света, другая — для большого, но требует внешнего охлаждения и непродолжительной эксплуатации.
Для железнодорожных светофоров. Две нити необходимы для повышения надежности — если перегорит одна, то будет светиться другая.

Продолжим рассматривать специальные лампы накаливания:

Лампа-фара — сложная конструкция для подвижных объектов. Используется в автомобильной и авиационной технике.
Малоинерционная. Содержат тонкую нить накаливания. Применялась в звукозаписывающих системах оптического типа и в некоторых видах фототелеграфа. В наше время используется редко, поскольку есть более современные и улучшенные источники света.
Нагревательная. Применяется в качестве источника тепла в лазерных принтерах и копирах. Лампа имеет цилиндрическую форму, закрепляется во вращающемся металлическом валу, к которому прикладывается бумага с тонером. Вал передает тепло, что приводит к расплыванию тонера.

Электрический ток в лампах накаливания преобразуется не только в видимый для глаза свет. Одна часть идет на излучение, другая трансформируется в тепло, третья — на инфракрасный свет, который не фиксируется зрительными органами. Если температура проводника составляет 3350 К, то КПД лампы накаливания составит 15 %. Обычная лампа на 60 Вт с температурой 2700 К характеризуется минимальным КПД — 5 %.

Коэффициент полезного действия усиливается степенью нагрева проводника. Но чем выше будет нагрев нити, тем меньше срок эксплуатации. К примеру, при температуре 2700 К лампочка просветит 1000 часов, 3400 К — в разы меньше. Если повысить напряжение питания на 20 %, то свечение усилится в два раза. Это нерационально, поскольку срок эксплуатации сократится на 95 %.

Характеристики различных типов ламп накаливания

Плюсы и минусы

С одной стороны, лампы накаливания являются самыми доступными источниками света, с другой – характеризуются массой недостатков.

низкая стоимость;
нет необходимости в применении дополнительных приспособлений;
простота использования;
комфортная цветовая температура;
устойчивость к повышенной влажности.

недолговечность — 700–1000 часов при соблюдении всех правил и рекомендаций по эксплуатации;
слабая световая отдача — КПД от 5 до 15 %;
хрупкая стеклянная колба;
возможность взрыва при перегреве;
высокая пожарная опасность;
перепады напряжения существенно сокращают срок эксплуатации.

Как увеличить срок службы

Существует несколько причин, по которым может уменьшиться срок эксплуатации данных изделий:

перепады напряжения;
механические вибрации;
высокая температура окружающей среды;
разрыв соединения в проводке.

Вот несколько рекомендаций по продлению срока службы ламп накаливания:

Выберите изделия, которые подходят для диапазона напряжения сети.
Перемещение осуществляйте строго в выключенном состоянии, поскольку из-за малейших вибраций изделие выйдет из строя.
Если лампы продолжают перегорать в одном и том же патроне, то его нужно заменить или починить.
При эксплуатации на лестничной площадке в электрическую цепь добавьте диод или включите последовательно две лампы одной мощности.
На разрыв цепи питания можно добавить устройство для плавного включения.

Технологии не стоят на месте, постоянно развиваются, поэтому сегодня на смену традиционным лампам накаливания пришли более экономичные и долговечные светодиодные, люминесцентные и энергосберегающие источники света. Главными причинами выпуска ламп накаливания остается наличие менее развитых с технологической точки зрения стран, а также хорошо налаженное производство.

Приобретать такие изделия сегодня можно в нескольких случаях — они хорошо вписываются в дизайн дома или квартиры, либо вам нравится мягкий и комфортный спектр их излучения. Технологически — это давно устаревшие изделия.

Лампа накаливания: характеристики и особенности.

Лампа накаливания – самая дешевая из представленных на рынке осветительных приборов. Несмотря на активную пропаганду энергосберегающих приборов, многие люди продолжают пользоваться этим надежным электрическим источником света.

Устройство и принцип работы.

С начала XX века устройство лампы практически не изменилась. Она состоит из нескольких элементов:

стеклянная колба;
инертный газ;
вольфрамовая нить накаливания;
держатель для нити накаливания;
токовводящие электроды;
предохранитель;
цоколь.

Колба герметизирует и защищает нить накала от воздействия атмосферы. Для изготовления источника света с вольфрамовой спиралью обычно используют известковое стекло.

В качестве инертного газа чаще всего применяют недорогую смесь азота и аргона, чистый аргон или криптон.

Тело накаливания для бытовых лампочек изготавливается из вольфрамовой проволоки, которую закручивают в спираль. Это делают для уменьшения размера изделия и увеличения площади излучения.

В качестве держателей для нити накаливания применяют молибденовые крючки.

Часто конструкцией предусмотрен предохранитель. Он состоит из ферроникелевого сплава, который вваривается в один из токовводящих электродов. Назначение предохранителя – предотвратить взрыв колбы при перегорании нити накаливания.

Цоколь состоит из металлического корпуса, стеклянного изолятора и токопроводящего контакта.

Принцип работы лампы достаточно прост. Свечение возникает благодаря прохождению электрического тока через нить накаливания. Чтобы световое излучение стало видимым для человеческого глаза, спираль должна нагреться до температуры 570°С. А рабочая температура нити накала достигает 3000°С. При нажатии на выключатель вольфрамовая спираль начинает нагреваться и светиться.

Почему их называют лампами Ильича?

За этим бытовым осветительным прибором на территории нашей страны закрепилось название лампа Ильича. Не каждый светильник достоин такого имени. Лишь голую лампочку на проводе без плафона можно назвать именем Ленина. Дело в том, что одной из первых задач молодой советской власти была электрификация страны. В 1920 году Владимир Ильич Ленин приехал в деревню Кашино на запуск электростанции. Там он побеседовал с крестьянами, сфотографировался с ними и провел митинг. Это, казалось бы, рядовое событие, нашло отражение в советской литературе и кино. А простой светильник, свисающий на проводе с потолка, стали называть лампой Ильича. Позже этот термин приобрел иронический оттенок, как пример проблемы, решенной на скорую руку.

Виды ламп накаливания, область применения и электрические характеристики.

Классификация данных осветительных приборов.

Общего назначения. Предназначены для общего, местного и декоративного освещения в домах и офисах.
Местного освещения. Подобны предыдущей группе, но с низким напряжением (12, 24, 36 В). Применяются для подсветки рабочих мест, в том числе и на специальных станках.
Декоративные модели. Изготавливаются со специальными фигурными колбами (в виде свечей, шаров и др.). Применяются для украшения интерьера в квартирах и общественных зданиях.
Иллюминационные. Выпускаются с ярко окрашенными колбами. Имеют малую мощность. Применяются в иллюминационных установках.
Сигнальные. Прибор малой мощности, но долгого срока службы. Используются в светосигнальных устройствах.
Зеркальные. Изготавливаются с колбой специальной формы, покрытой отражающим слоем из алюминия. Применяются для локализации местного освещения в определенную точку.
Транспортные. Предназначены для различных видов транспорта. Выпускаются с высокой механической и вибрационной стойкостью. Имеют специальный цоколь.
Лампы для оптических приборов (измерительных, медицинских и др.).
Прожекторные лампы. Имеют большую мощность (до 10кВт) и световую отдачу.
Специальные:

коммутаторные (миниатюрные, маломощные);
фотолампы (сейчас практически не используются);
проекционные (для кинопроекторов);
двухнитевые и лампы-фары для автомобилей, самолетов и железнодорожных светофоров;
нагревательные и лампы специального спектра излучения для различной техники (принтеры, сушильные камеры и др.).

Номенклатура осветительных приборов определяет их характеристики.

Диапазон мощности составляет от 0,1 Вт до 23 кВт. Для бытовых лампочек интервал значительно уже: от 15 до 150 Вт.
Цветовая температура находится в интервале от 2100 до 3000 К, что весьма близко к естественному солнечному спектру.
Коэффициент полезного действия у ламп накаливания довольно низкий: примерно 5%. Это обусловлено тем, что большая часть электроэнергии расходуется на тепловой нагрев нити накаливания и невидимое глазу инфракрасное излучение.
При работе осветительный прибор не требует дополнительных устройств для ограничения тока. Он подключается напрямую к электрической сети. Это связано со свойствами вольфрама. Он имеет положительный коэффициент температурного расширения. Значит, с ростом температуры увеличивается электрическое удельное сопротивление: стабилизация потребляемой мощности осветительного пробора достигается автоматически.
Световой поток или яркость свечения у лампы накаливания зависит от мощности. Для бытовых приборов он находится в рамках 90−2200 лм. Световая отдача при этом составляет 9−15 лм/Вт.
Индекс цветопередачи Rа 100. Следовательно, цвета предметов не искажаются.
Важной для потребителя характеристикой является размер и тип цоколя лампы. Чаще всего у бытовых осветительных приборов встречается резьбовой цоколь. Кроме него выпускают лампы со штифтовым одно- или двухконтактным цоколем. В зависимости от размера в Европе выпускают цоколи Е14, Е27 и Е40. Цифра соответствует диаметру цоколя в миллиметрах. В странах с меньшим напряжением сети (110В) лампы меньше. Цоколи для них имеют размеры Е12, Е17, Е26 и Е39.

Преимущества и недостатки.

Достоинств у лампы накаливания больше, чем недостатков.

Низкая цена осветительного прибора. Дешевле пока не производят.
Небольшой размер, эргономичная форма.
Низкая чувствительность к перепадам напряжения.
Моментальное свечение при включении в сеть.
Не вредно для глаз: мерцание человеческим глазом не фиксируется.
Возможность использования димеров – регуляторов яркости.
Спектр света максимально близок к естественному солнечному освещению.
Свечение не искажает цвета предметов.
Постоянный спектр излучения.
Надежность при работе в условиях, отличающихся от нормальных: низкие или высокие температуры, конденсат в атмосфере.
Широкий диапазон рабочих напряжений.
Легкая и безопасная утилизация.
Простота электрической схемы. Лампа подключается напрямую к сети без дополнительных регулирующих приборов.
Устойчивость к ионизирующей радиации и электромагнитным импульсам.
Не создает помех для радиочастот.
Не гудит при работе.
Может работать и от переменного, и от постоянного тока; не зависит от полярности.
Невысокий уровень ультрафиолетового излучения.

Маленький срок службы.
Невысокая световая отдача, которая зависит от напряжения.
Низкий коэффициент полезного действия: не более 5%.
Пожароопасность из-за сильного теплового нагрева колбы.
Хрупкость стеклянной колбы.
Возможность взрыва колбы.
Высокое потребление электроэнергии по сравнению с другими типами ламп.

Итоги.

Лампы накаливания служили человеку верой и правдой на протяжении всего XX века. В нынешнем столетии на смену приходят светодиодные и люминесцентные осветительные приборы. В нашей стране в рамках борьбы за энергоэффективность приняты программы, которые стимулируют развитие производства более современных источников света. Многие россияне уже отказались от использования ламп накаливания в своих квартирах. Тем не менее, некоторые их достоинства неповторимы. Например, для фото- и кинопроизводства незаменима высокая цветопередача. Многие специальные осветительные приборы пока работают только по старой технологии. Кто-то просто бережет свои глаза и использует лампу Ильича. А для помещений с кратковременным включением света раз в неделю лампа накаливания и вовсе самый экономически обоснованный вариант. Выбор остается за конкретным потребителем!

Часть 2. Классификация и характеристики

1. Лампы накаливания.
Классическая лампочка накаливания выглядит как сферический стеклянный шар из силикатного стекла (колба), внутри лампы находится вольфрамовая нить, при этом в полости лампы создан вакуум.
Принцип работы сводится к тому, что при прохождении электрического тока электроны разогревают вольфрамовую спираль и возникает электромагнитное тепловое излучение с эффектом свечения.
Средний КПД у таких ламп составляет около 6-8% в частности, КПД зависит от длины волны выпускаемого света, а она — от температуры нити накаливания, которая ограничена у обычных ламп.
Недостатком данных ламп является затуманивание колбы вследствие оседания вольфрама, вырвавшегося с поверхности нити накаливания лампы при высоких температурах.
Значительная длина нити накаливания лампы усложняет задачу фокусировки пучка света отражателем фары, что ограничивает видимость на дороге.
Некоторые разновидности ламп накаливания выпускались со сдвоенно спиралью.Маркировка таких ламп производится с использованием индекса R2.
Обычные классические лампочки хоть и пользовались до недавнего времени достаточно широкой популярностью, но, к сожалению, совершенно не практичны. Сейчас уже и в автомагазине практически невозможно встретить в продаже обычных лампочек накаливания, на смену которым пришли галогеновые лампы.

2. Галогенные лампы.
Галогенные лампы решили часть проблем, связанных с обычными лампочками.
Форма лампы позволяет использовать более короткую нить накаливания, колба лампы изготовлена из кварцевого стекла.
Колба наполнена инертным газом с парами галогена(йод, бром и другие). Применение такого наполнителя позволяет осуществить физико-химическую реакцию возвращения молекул вольфрама обратно на нить накаливания галогенной лампы.
Поэтому стекло галогенных ламп не мутнеет из-за оседания вольфрама и пропускает через поверхность колбы большее количество фотонов света.Галогенные лампы позволили поддерживать более высокую температуру нити накаливания, что изменило длину волны испускаемого спектра и повысило эффективность ламп.
Стекло галогенной лампы нельзя трогать руками.
При касании мы всегда оставляем отпечатки, а с ними жир и грязь, что в свою очередь вызывает неравномерное распределение температуры по кварцевой колбе галогенной лампы. При нарушении температурного режима колба может треснуть, и лампа выйдет из строя.
На сегодняшний день галогенные лампы имеют наиболее широкое применение в автомобилях.

3. Газоразрядные лампы.
Газоразрядные лампы появились самыми последними — в середине 90-х годов.
На вид они не отличаются от галогенных ламп, но принцип их работы совершенно другой.
Колба заполнена газом (чаще всего — это ксенон)
Поэтому лампы называются ксеноновыми. В ксеноне создаётся электрическая дуга между электродами.
Цветовая температура — это характеристика источника света, определяющая ощущаемый глазом цвет. Каждому цвету соответствует своя температура, измеряемая в градусах Кельвина (далее — К).
Глаз человека лучше всего видит при дневном свете.
Цветовая температура показывает, как должен быть нагрет газ внутри колбы, чтобы лампа светила тем или иным цветом.
Как правило, производители предлагают ассортимент из трёх основных видов цветовых температур:
• 4300 Кельвинов — "Бело-молочный"
• 5000 Кельвинов — "Белый"
• 6000 Кельвинов — "Голубой кристалл".

Чем выше цветовая температура, тем больше лампа будет отдавать в голубой свет, а чем меньше — тем в жёлтый. Также чем выше температура ксенона, тем меньше яркость излучаемого света.
Штатный ксенон, который ставится непосредственно на заводе, имеет цветовую температуру 4300 К. При установке ксенона с цветовой температурой 5000 К потеря в яркости невелика. Поэтому многие устанавливают среднее по цвету — 5000 К.
При цвете свечения ксенона 6000 К показатель освещенности сильно падает, и в плохую погоду (дождь, снег, слякоть) освещения будет не хватать.
Минусами газоразрядных ксеноновых ламп является необходимость установки дополнительного оборудования, обеспечивающего подачу напряжения до 20000 Вольт, необходимого для создания электрической дуги.
И как ни странно, к минусам можно отнести слишком высокую интенсивность испускаемого света, которая отрицательно сказывается на безопасности дорожного движения.
Установка ксеноновых ламп должна производится в условиях автосервиса.
Колбу газоразрядных ламп также запрещено трогать руками.

Обладая рядом преимуществ перед галогеном, ксеноновые и светодиодные лампы завоевали большую популярность.
Главное преимущество ксеноновой (газоразрядной) лампы — её световой поток, который примерно в два-три раза мощнее, чем у галогенной.
Цветовая температура света ксеноновой лампы намного выше, чем у галогенной, в результате чего видимость намного лучше, чем при свете галогенных фар.

Другие приятные особенности ксенона — повышенный срок службы, до 2000-3000 часов против 400-1000 у галогеновой лампы. Это результат отсутствия в ксеноновой лампе хрупкой нити, чувствительной к тряске. Кроме того, в рабочем режиме ксенон потребляет гораздо меньший ток, что положительно сказывается на ресурсе генератора автомобиля.
Ксеноновая лампа нагревается на 40% меньше, чем галогеновая.
Дело в том, что КПД галогеновой лампы 30%, именно эти 30% и преобразуются в световую энергию, остальные 70% потребляемой энергии идут в тепло.
Ксеноновые лампы работают по совершенно другому принципу, и лишь небольшая часть энергии уходит в тепло. Так что ксенон холоднее галогена, поэтому опасность оплавления фары при работе ксеноновой лампы отсутствует.
Из недостатков ксеноновых фар можно выделить следующие:
• Дороговизна. Высокая стоимость лампы, кроме этого, в случае замены ксеноновых ламп нужно менять их в паре (со временем спектр излучения ксеноновой лампы изменяется).
• Для розжига ксеноновой лампы нужно подать на лампу напряжение около 25000 Вольт и поддерживать его на уровне 80 Вольт с частотой 300 Гц. Поэтому подключить лампу прямо к бортовой сети не получится, а значит, лампа нуждается в дополнительном блоке розжига.
• Задержка при включении (время на розжиг).

4. Светодиодный лампы.

Одним из последних новшеств в производстве автомобильных ламп являются светодиодные лампы. Светодиодные лампы постепенно завоёвывают авторитет, благодаря интенсивному яркому свету и малой потребляемой мощности.
Качество света фар, как известно, напрямую зависит от двух составляющих — самой оптики и применяемых ламп.
Преимущества светодиодных ламп:
• Низкое энергопотребление сильно уменьшает нагрузку на электросеть автомобиля.
• Большой срок службы, от 50000 часов.
• Высокая надёжность при ударах и вибрациях из-за отсутствия нити накала.
• Большой световой поток, от 1800 до 3600 Люмен.
• Цветовая температура схожа с цветом ксенона, то есть свет белый, а не жёлтый.

Примечание.

Видимое излучение оцениваемое по световому ощущению, которое оно производит на человеческий глаз, называется световым излучением, а мощность такого излучения — световым потоком. единица светового потока — Люмен (Лм).

Для примера световой поток различных источников света:

• Лампа накаливания 100 Вт — 1350 Лм
• Галогенная лампа накаливания 230 В 70 Вт — 1170 Лм
• Газоразрядная лампа 35 Вт ("автомобильный ксенон") — 3000-3400 Лм
• Светодиод 40-80 Вт — 6000 Лм
• Светодиодная лампа (цокольная) 4500 К, 10 Вт — 860 Лм
• Солнце — 3,63х10^28 Лм

В последнее время светодиоды стали пользоваться большей популярностью в быту, несмотря на то, что по стоимости они минимум в 10 раз дороже привычных ламп накаливания. Основная причина этого — их экономичность. Срок службы светодиодного светильника может составлять до 10 лет, а его энергопотребление во много раз ниже "классики".
В автомобилях все эти преимущества особенно актуальны, так как чем ниже потребление тока, тем заметней снижается нагрузка на аккумулятор (АКБ). Да и менять перегоревшие лампы придётся гораздо реже. Светодиодные приборы сегодня можно встретить во многих иномарках, даже бюджетных. К примеру, их часто используют в стоп-сигналах, индикаторах, поворотниках и в приборных панелях. Светодиодам необходим номинальный рабочий ток. В самых простых случаях эту проблему решает резистор, а в более сложных придётся устанавливать дополнительные электронные узлы — источники тока.
При этом в пользу замены светодиодов множество факторов. Во-первых, такие лампы служат значительно дольше традиционных. Они выдерживают температуры от -30 до +70, куда меньше греются, потребляют значительно меньше электричества. Правильно устанавливаемая светодиодная лампа отличается большей устойчивостью к вибрациям и ударам, что весьма существенно для автомобиля, передвигающегося по российским дорогам.
Эксперты утверждают, что грамотно сконструированный светодиод от хорошего производителя будет работать без замены примерно столько же, сколько и весь автомобиль.
Так же советуют начать с замены традиционных ламп накаливания на светодиоды в габаритах, огнях подсветки багажника, освещения бардачка. Необходимо посмотреть цоколи использующихся в автомобиле ламп, чтобы подобрать аналогичные, но уже светодиодные. Кстати, при этом можно выбрать и температуру свечения, которая бывает теплой белой (ближе к жёлтому свечению ламп накаливания), просто белой и холодной белой (отдаёт в синеву).

Тонкости при установке светодиодов.

Если у автомобиля есть бортовая система самодиагностики, то установка светодиодов может активировать функцию предупреждения о перегоревших лампочках, так как бортовой компьютер увидит снижение потребляемого тока. Для того чтобы убрать этот сигнал, нужно подключить диагностический компьютер и внести корректировки. А можно просто не обращать внимание на предупреждения.
Замена в автомобиле ламп накаливания на светодиодные лампы позволит снизить нагрузку осветительных приборов на аккумулятор (АКБ) в среднем на 85%. Кроме того, можно сэкономить и на покупках самих лампочек, которые не нужно будет больше менять раз в год или пол года. Светодиоды значительно прочнее ламп накаливания.

Из чего состоит лампочка накаливания — схема и устройство. Как устроена лампа накаливания

Можно предположить, что чем ниже степень вольфрама/углеродной нити, тем меньше доля энергии, приближающейся к телу нити, вызывая видимое излучение. Ретро-лампы отличаются тем, что нагревают пряжу медленнее и слабее.

Из чего состоит лампочка накаливания — схема и устройство

Для создания искусственного освещения часто используются обычные лампы. Этот элемент известен всем в советский период. Стеклянная лампа, цоколь и спираль являются основными видимыми частями изделия. Как начинающим мастерам, так и экспертам интересно посмотреть, как изготавливаются лампы накаливания изнутри.

Этот продукт был разработан и усовершенствован многими учеными в разное время. Первая электрическая дуга была зажжена ученым Петровым в 1802 году. Изобретение состояло из двух угольных стержней, прикрепленных к полюсам гальванической батареи. В точке схождения наблюдался электрический разряд, а над элементами образовался яркий бант. По разным причинам использовать такие лампы в быту было невозможно — страдает конструкция из-за быстрого сгорания угольных стержней. Тем временем ученые всего мира начали понимать, что такое лампа.

Семьдесят лет спустя, в 1872 году, Лодыгин А.Н. получил патент на лампу накаливания. В качестве спирали он использовал стержень из литаргического углерода под стеклянным колпаком.

Уже в 1880 году, 10 мая, лампа Лодыгина использовалась для освещения петербургской дороги на Литейном мосту. Срок годности источника света составлял всего два месяца (пока не сгорели углеродные стержни).

В 1880 году в США Томас Эдисон представил усовершенствованную лампу накаливания Родена. Ему удалось удалить воздух из стеклянной лампы, что обеспечило более длительный период горения и более яркое свечение. Эдисон также разработал витой цоколь для вкручивания лампы в гнездо.

В 1910 году было решено переделать нить Вольфрами в катушку, чтобы продлить срок ее службы. Таким образом, изделие полностью функционировало в течение 1000 часов вместо первоначальных 50-100 часов.

Принцип теплового излучения также используется при производстве галогенных люминесцентных ламп.

Из чего состоит лампа

Структура и схема лампы накаливания выглядит следующим образом

стеклянная колба грушевидной или округлой формы;
тело накала (вольфрамовая или угольная нить), расположенное в ней на двух держателях-крючках;
два электрода;
предохранитель;
ножка;
цоколь (корпус) с изолятором;
его контакт (донышко).

Окисление вольфрамовой нити (спирали, тела нити) устраняется путем помещения ее в вакуум или газ. Стеклянные лампы заполнены.

Электротехнические параметры

Все лампы производятся с учетом различных тенденций. Из-за низкого специального сопротивления тугоплавкого металла вольфрама для осветительных элементов требуются длинные провода. Поэтому длина нити электрических ламп составляет до 50 микрометров. При включении света нить пропускает в 10-14 раз больше рабочего тока. Чем сильнее нагревается нить, тем выше сопротивление нити и тем ниже интенсивность мощности.

После того как вы узнали, что представляет собой лампа, важно понять, как она работает.

При включении света через донышко цоколя к телу накала проходит ток.
Вольфрамовая нить сильно разогревается после замыкания электрической цепи, что приводит к её свечению.
На этот момент температура нити достигает 570 градусов.
Таким образом спектр свечения лампочек сдвинут в сторону теплых температур.

Можно предположить, что чем ниже степень вольфрама/углеродной нити, тем меньше доля энергии, приближающейся к телу нити, вызывая видимое излучение. Ретро-лампы отличаются тем, что нагревают пряжу медленнее и слабее.

Они часто содержат средства защиты. Она состоит из сплава век, приваренных к одному из электродов, по которому проходит электричество. Цель защиты — предотвратить взрыв лампы в случае перегорания нити.

Как работает лампа накаливания

Ранее мы уже рассказывали вам об истории ламп накаливания и основных принципах их работы. В данной статье более подробно рассматривается конструкция этого осветительного прибора. Мы определим, какие типы ламп сегодня представлены на рынке, и проанализируем принципы производства света.

Содержание статьи:

Устройство лампы накаливания

Светильник состоит всего из восьми компонентов, каждый из которых подробно рассмотрен.

Лампа. Чаще всего используется обычное стекло, основная функция которого заключается в защите внутренних частей от внешних воздействий. Внутреннее пространство заполнено инертным газом, который представляет собой искусственный воздух или не подвергается нагреванию.

Витое металлическое основание является постаментом. Система «колпачок и трубка» была изобретена Томасом Эдисоном в 14 веке.

Нить — это та часть лампочки, которая излучала свет при нагревании.

Для фиксации нити используются два специальных крючка.

Крючки поочередно соединяются двумя электродами.

Электроды удерживаются в штенгеле — своеобразной ножке, вставленной в основание. Таким образом, все устройство удерживается в стеклянной колбе.

Конечно, на сегодняшнем рынке электротехники пьедесталы бывают разные, не из обычного стекла, без щелей, не из матов для более мягкого рассеивания света, то один, то другой, то третий, то третий, то третий, то третий, в котором все используют один и тот же принцип работы.

Как работает освещение с помощью ламп накаливания.

Электричество просачивается через основание и все остальные элементы, чтобы достичь вольфрамовой нити. Металл используется потому, что это самый дешевый расплавленный проводник. А благодаря вакууму, создаваемому в лампе, пряжа может гореть очень долго.

Длина и толщина пряжи напрямую влияет на мощность изделия. Чем длиннее и шире вольфрамовая нить, тем ярче лампа.

Виды ламп накаливания

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

Колбы могут быть шариковыми, роликовыми или трубчатыми. Это никоим образом не влияет на качество продукта. Все зависит от ламп, которые необходимо разместить, и общего дизайна интерьера.

Основные типы покрытий — прозрачные (простое стекло), матовые и зеркальные. Зеркальные, напротив, создают своеобразный акцент и поэтому идеально подходят для домашнего использования. Поэтому они подходят для витрин и других дизайнерских решений. .

Первый подход заключается в использовании более низких напряжений. Например, в люстре с шестью лампами 220 В, установленными параллельно, шесть ламп могут быть последовательно размещены на подключенных 36 В. Недостатком является то, что если лампы перегорают, то отключается весь свет.