Лампа накаливания: устройство, принцип работы, виды и технические характеристики

Принцип работы

Работает лампочка накаливания за счет нагревания вещества во время протекания тока сквозь него. Электричество проходит через тугоплавкий проводник, разогревая его. Температура нагрева зависит от того, какое напряжение подведено к лампочке. Согласно закону Планка, разогретый излучающий проводник может создавать электромагнитное излучение. Чем выше температура, тем меньше длина волн. Видимое излучение, которое способен уловить человеческий глаз, появляется, когда проводник нагревается до нескольких тысяч градусов. Если прибор разогреть до 5000 К (Кельвин), то появиться нейтральный свет, при снижении температуры в спектре преобладают излучения от желтого до красного.

Большая часть энергии приборов с нитью накала преобразуется в тепло, а незначительное количество в свет. Однако человек способен уловить свет только определенного спектрального состава. Чтобы повысить ярость освещения, нужно повышать температуру тела накала, которое имеет свой максимум (3000°С). При дальнейшем нагреве спираль начнет деформироваться и плавиться. Однако даже предельной температуры удается достигнуть не всегда, особенно, если определенные условия окружающей среды во время работы лампочки накаливания не соблюдены.

Неисправности и ремонт

Лампы, как правило, не ремонтируются. Они просто заменяются при выходе из строя или поломках. Впрочем, народным умельцам это не мешает практиковать кустарные методы ремонта, заключающиеся в переборке конструкции.

Иные неисправности связаны с некорректным напряжением или работой вспомогательного оборудования:

Мерцание при выключенном свете – присуще светодиодным или энергосберегающим типам. Свидетельствует о том, что используется несовместимый вид выключателя. Ремонт требует замены арматуры или подбора иного типа ламп.
Перегорание – среди причин выделяются частые скачки напряжения в сети. Также проблема проявляется при несоответствии эксплуатационного типа напряжения. Для решения устанавливаются стабилизаторы напряжения или замена устройств на низковольтные.
Потухание при включении – свидетельствует о перегрузке трансформатора. Распространено в галогенных моделях. Ремонт требует замены или увеличения количества применяемых трансформаторов.

Преимущества и недостатки

Лампы накаливания обладают собственными достоинствами и недостатками.

Достоинства:

Легкость изготовления. Поэтому цена на них соответствующая.
Легкость применения. Не требуется установка дополнительных элементов при включении в сеть. Часто лампы мощностью 150 Вт применяются в освещении теплиц. Их свет близок к естественному. Кроме освещения, они дают и тепло.
Не влияет на зрение человека.
Не требуется время для разогрева.
Выдерживает перепады температур.
Утилизируется как бытовой отход.
В состав не входят вредные элементы.

Недостатки:

Короткий срок эксплуатации.
Зависимость от перебоя в сети, частого включения/выключения – это является причиной разрыва спирали в лампах накаливания. Чтобы исключить трудности с напряжением, устанавливаются стабилизаторы.
Низкий уровень коэффициента полезного действия. Это связано с расходом большей части энергии на тепло.
Пожароопасность. Так как вокруг лампы образуется скопление тепла.
Хрупкость.
Есть вероятность разрыва корпуса, что может привести к травмированию.

При покупке лампочки накаливания стоит учитывать все достоинства и недостатки, чтобы избежать малоприятных факторов при эксплуатации.

Советуем посмотреть видео:

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.

Оптимальный выбор для разных помещений

Специалисты, занимающиеся оформлением интерьеров, советуют применять для подвесных или натяжных потолков компактные светодиоды или низковольтные миниатюрные галогенки.

Важно также учесть, что мощность ламп должна соответствовать аналогичному показателю светильника или быть ниже. Нарушение этого правила может привести к серьезным последствиям. В люстрах и других подвесных конструкциях могут использоваться практически все виды осветительных приборов

Если светильники выполнены из легкоплавких материалов лучше воспользоваться LED- либо люминесцентными источниками

В люстрах и других подвесных конструкциях могут использоваться практически все виды осветительных приборов. Если светильники выполнены из легкоплавких материалов лучше воспользоваться LED- либо люминесцентными источниками.

Оптимальным вариантом для бра считаются небольшие галогенки, люминесцентные модели или традиционные лампы накаливания. Часто в подобных приборах применяют декоративные модификации с колбами в виде капель, языков пламени, шаров.

Для подсветки подойдут небольшие светодиодные лампочки или компактные галогеновые, работающие от трансформатора.

В гостиных обычно применяется комбинация нескольких осветительных приборов. Потолочная или подвесная люстра дополняется бра, торшером, декоративной настольной лампой, а также встроенными светильниками.

Основной прибор желательно оснастить диммером, что позволит приглушать его интенсивность.

В таблице собраны значения уровня освещенности, требуемого по СНиП 23-05-2010. Показатели приводятся в люменах

В прожекторах для наружного освещения преимущественно используются линейные галогенные устройство. Световое оформление двора или участка возможно также с применением светодиодов, в том числе и работающих от солнечных батарей, либо мощных ламп накаливания.

В подвале и погребе, где обычно повышенный уровень влажности, необходимо использовать светильники с гидроизоляцией и полностью закрытым патроном.

Чтобы не допустить короткого замыкания, желательно применять понижающий трансформатор. В качестве осветительного прибора в этом случае лучше всего подойдет один или два 12-вольтных светодиодных источника.

Аналогичные требования предъявляются и к световым устройствам в ванных комнатах. Как правило, для освещения пространства используются галогенные/светодиодные модели, а также лампы накаливания.

Для оборудования рабочего места школьника обычно применяется гибкая настольная лампа, позволяющая изменять направление светового луча. Как правило, в него вставляется традиционное устройство накаливания мощностью 60 вольт с прозрачной или матовой колбой.

При недостатке света желательно добавить также подсветку встроенными галогенными лампами.

Особого внимания требует выбор источника света для теплиц. Как показали исследования ученых, для растений особенно полезны красная и синяя область спектра. Первая оказывает мощное влияние в период цветения и завязи овощей, вторая – способствует их активному росту и развитию.

Воспроизвести эту световую гамму легче всего с помощью специальных светодиодных светильников. Их можно сделать самостоятельно или приобрести в магазине.

Таблица, позволяющая легко вычислить необходимую мощность разных видов ламп. С ее помощью можно легко создать уровень освещения, требуемый актуальным СНиП

Выбирая модель, следует обратить внимание и на оттенок испускаемых лучей. Как правило, этот фактор зависит от предпочтений пользователей

Тем не менее дизайнеры рекомендуют выбирать для гостиной или спальни «уютный» теплый свет, тогда как для кабинета или служебных помещений — холодноватый.

Определяя мощность лампы, нужно учитывать не только площадь комнаты, для которой она предназначена, но и степень естественного уровня освещения: в затемненных пространствах с окнами на север устанавливаются более сильные приборы.

Оказывает влияние на выбор и цветовое решение интерьера: для помещений с темными стенами необходимы более мощные светильники.

Оборудование для производства ламп накаливания

Для производства ламп накаления требуется иметь достаточно современное и качественное оборудование. Главная трудность заключается в работе с газом и вакуумом. Кроме того, для производства вольфрамовой нити требуется специальная машина, которая производит нить с толщиной в 0,4 мкр. Более того, вольфрам – довольно дорогостоящий материал и затраты на этот металл не всегда окупаются одной лишь продажей лампочек. Далее, следует учитывать и производства стекла – колбы. Для этого тоже существуют специальные стеклодувные машины. Процесс создания лампы требует большой точности складывания лампочек. Если процесс выполняется неправильно на одном этапе (изготовления колбы, термального тела или цоколя), то есть все шансы, что такая лампочка не прослужит долго.

Таким образом, производство ламп является процессом, который вот уже более полутора века совершенствуется и упрощается. Сегодня мы имеем несколько видов ламп, в зависимости от их назначения. Совсем недавно в моду начали входить энергосберегающие лампочки, которые имеют более высокий КПД, а также долговечность. Кроме того, яркость такой лампочки в несколько раз превосходит яркость традиционной. Как бы там ни было, но лампа и до сих пор, несмотря на свою простоту, остается чуть ли не единственным изобретением, которое человечеству несет свет!

Технические характеристики

Техническая информация по люминесцентным приборам включает данные о мощности работы, типе цоколя, сроке службы и т.д.

Показатели срока годности люминесцентных приборов варьируются от 8 до 12 тыс. часов. Характеристики зависят от типа лампы. Устройства Т8 и Т12 работают 9-13 тыс. часов, лампы Т5 — 20 тыс. часов.

Световая эффективность устройств составляет 80 Лм/Вт. Выделение тепла при горении невысокое, ветроустойчивость — средняя, положение горения — горизонтальное. Параметры допустимой температуры окружающей среды для ламп составляют +5…+55°С. Оптимальные характеристики эксплуатации — +5… +25°С. Устройства, имеющие покрытие из амальгамы, используются при +60°С.

Показатели цветовой температуры приборов варьируются в зависимости от модели в пределах от 2000 до 6500 К. КПД светильника составляет 45-75%.

Основные виды и характеристики

К основным видам ламп накаливания относятся:

Лампы общего назначения. Обозначают аббревиатурой ЛОН. Обычно это устройства с мощностью 25, 40, 60, 75 и 100 Вт. Самые распространенные – 60 Вт. Но промышленно выпускаются ЛОН мощностью 150, 200, 500 и даже 1000 Вт.
Галогенные лампы накаливания. Производят для работы от высоковольтной сети 220 или 110 В и от низковольтной. В этом случае они питаются от понижающего трансформатора.

Низковольтная лампа накаливания

Разновидности низковольтных галогенных ЛН:

капсюльные, имеют вид полностью стеклянных трубок с разными цоколями – торцовыми штыревыми GY6,35 или G4;
рефлекторные, имеющие светоотражающий элемент, диаметром от 35 до 111 мм, цоколь GZ10 с вариантами.

Высоковольтные. Основное напряжение 220-230 В, 50 Гц. У этих ламп вариантов исполнения больше:

линейные в виде трубки из стекла с цоколями R7S;
цилиндрические – цоколи E27, E14 или B15D;
с вынесенной или дополнительной колбой.

В последней модели внутри лампы жестко смонтирована малогабаритная галогенная лампа-капсюль или трубка. Она приварена к центральному стержню обычной колбы ЛОН, имеет гибкие выводы, соединенные со стандартным цоколем Эдисона Е27 или Е14. При потреблении мощности 70-100 Вт она обеспечивает световой поток на 20-30% больше, чем обычная лампа накаливания.

Срок службы галогенных моделей составляет от 4-5 до 10-12 тыс. часов.

Декоративные лампы

В последние годы появились ретро-лампы, имитирующие старинные ЛН Эдисона.

Кроме того, они формой колбы имитируют «свечу», «свечу на ветру», «шишку», «грушу», «шар» и т.д.

Лампы Эдисона – с цветовой температурой 2000 K, с разными по форме нитями накаливания, с разными колбами.

Зеркальные

Зеркальные лампы имеют часть колбы, покрытую изнутри отражающим слоем. Чаще всего это напыление из металла – серебра, алюминия, золота и пр. Этот слой может быть тонким, полупрозрачным или толстым, непрозрачным.

Зеркальная инфракрасная лампа.

Зеркальные конструкции используют в производстве для абсолютно чистого технологического нагрева, например, в полупроводниковом производстве с высочайшей чистотой материалов. В этом случае недостаток ламп накаливания – большой поток ИК-излучения – становится их непревзойденным достоинством.

Сигнальные

Сигнальные лампы – это мигающие источники света. Обычно в виде проблесковых маячков, например, на служебных автомобилях, на самолетах и вертолетах, для передачи световых сообщений на флоте и т.п. Имеют тонкую нить накаливания, обеспечивающую быстрый набор яркости.

Транспортные

Этот вид ламп предназначен для использования на разных видах транспорта – автомобилях, железной дороге и в метро, речных и морских судах. Главное требование к ним – стойкость к вибрациям и ударам. Для этого нить накаливания делают короткой и устанавливают на множестве поддерживающих элементов. Цоколи таких ламп – байонетные Свана, штифтовые или софитные. Они не дают устройству выкрутиться и выпасть из патрона.

Лампы транспортные со штифтовым цоколем.

Транспортные, автомобильные лампы с разными видами невыпадающих цоколей: д), е), ж) – со штифтовыми, з) с софитным.

Иллюминационные

Из названия понятно, что лампы используют для иллюминации. Поэтому их колбы изготавливают из стекла разных цветов – синего, зеленого, желтого, красного и т.д.

Иллюминационные лампы разного цвета с резьбовым цоколем Эдисона E27.

Двухнитевые

Схема такой лампы накаливания: в одной колбе две отдельные нити накаливания. Например, в автомобильной фаре двухнитевая лампа используется так:

при подаче напряжения на одну нить включается ближний свет – поток света «прижат» к полотну дороги и луч распространяется на несколько десятков метров;
после переключения на вторую нить свет поднимается и его дальность может достигать сотен метров, а поток будет значительно больше.

Такие лампы могут быть и в заднем фонаре. Первая нить – для габаритных огней, вторая – для стоп-сигнала.

В светофорах двухнитевые лампы повышают их надежность. Дублирование позволяет устройству работать или с одной нитью, или включать вторую, после того как первая перегорела. А, например, на железных дорогах надежность сигнализации – это гарантия безопасности перевозок.

Общего, местного назначения

Лампы разного назначения.

Верхний ряд, слева направо – лампа с цоколем Е14 – для люстр, бра и малогабаритных светильников; с цоколем Е27 – общего назначения; зеленая, красная, желтая – иллюминационные.

Нижний ряд: синяя – медицинского назначения для процедур; зеркальная с отражателем – для фоторабот или специального освещения, с виолевым стеклом, две крайние – декоративные с колбой «свеча» и цоколями Е27 и Е14.

Светоотдача и мертвая зона

Помимо малого нагрева филаменты обладают еще одним
преимуществом – высокая светоотдача. Он доходит до 120 Лм/Вт.

При этом угол рассеивания лампочек достигает 360 градусов. В то время как в обычных светодиодных он не превышает 120-270 градусов.

Секрет №6
Говоря про большие углы освещенности, многие почему-то умалчивают, а может и не знают, про так называемую “мертвую зону”.

Когда филаментная лампочка висит вниз колбой, у нее по центру появляется пятно, которое раза в два темнее, чем весь освещаемый периметр. Диаметр пятна достигает 50см на удалении в 1,5 метра от самой лампочки.

Форма пятна – это четырехлистник, который образуется от
нитей светодиодов сходящихся наверху вместе.

Чем он шире, тем больше это пятно.

Кроме прямых нитей, выпускаются модели с дугообразной и
спиральной формой.

Они дороже и их чаще всего используют в качестве декоративной подсветки под Новый Год.

Филаментные лампы идеально подходят для хрустальных
светильников и люстр. В них как раз-таки важен нитевидный источник света,
который при отражении будет играть на гранях хрусталя.

Матовые экономки в таких люстрах смотрятся нелепо. Свет
получается “мертвый”, а висюльки не сияют.