Из чего состоит и как устроена лампа накаливания: особенности конструкции, принцип работы, схема подключения

Первый электрический осветительный прибор, который изобрели в конце 18 века – лампа накаливания (ЛН). Этот источник света до сих пор пользуется популярностью при организации освещения жилых, производственных помещений, улиц и т. д.

Это устройство имеет простую конструкцию и принцип работы.

На рынке осветительных приборов представлены разные виды лампочек с нитью накала.

Несмотря на то, что сейчас все большую популярность приобретают энергосберегающие лампочки, приборы с нитью накаливания не спешат сдавать позиции.

Содержание

• 1 Конструкция лампы накаливания
• 2 Принцип работы
• 3 Разновидности
• 4 Маркировка
• 5 Достоинства
• 6 Недостатки
• 7 Основные выводы

Конструкция лампы накаливания

Устройство разных видов ламп накаливания незначительно отличается, однако можно выделить 3 общих элемента: тело накаливания, стеклянная колба и токовые вводы. Они отличаются конструкцией держателей (крючки) тела накала, типом цоколей, некоторые из них могут быть бесцокольными.

Чтобы избежать разрушения колбы при разрыве спирали во время работы, ЛН оснащена ферроникелевым пpeдoxpaнителем, который обычно располагают в ее ножке. На участке разрыва тела накала образуется электродуга, из-за которой остатки спирали расплавляются, попадают на стеклянную поверхность, тогда повышается риск нарушения ее целостности. Пpeдoxpaнители помогают остановить процесс плавления. Однако сейчас они используются редко, так как их эффективность низкая.

Электрическая лампа имеет такие основные элементы:

• колба;
• тело накаливания;
• электроды (токовводы) по обеим сторонам спирали;
• крючки, которые удерживают спираль;
• ножка;
• токовый ввод;
• цоколя;
• изолятор цоколя;
• контакт на дне цоколя.

Колба из стекла защищает спираль от разрушительного действия воздуха, при ее разрушении нить накала окисляется и быстрее разрывается. Состав колбы устройства отличается, ее полость может быть заполнена вакуумом или смесью газов. Первые ЛН выпускали с безвоздушной емкостью, однако их мощность низкая. Для наполнения современной лампочки используется азотно-аргоновая смесь или только аргон. Некоторые виды устройств могут содержать криптон или ксенон. Теплоотдача прибора зависит от молярной массы вещества, которым наполнена колба.

Это интересно! В отдельную категорию входят галогеновые лампочки, колба которых заполнена специальными газами. Во время работы устройства из спирали испаряется металл, который вступает в реакцию с галогенами. Полученное в результате их взаимодействия вещество разрушается под влиянием высокой температуры, и оседает на поверхность тела накала. Как следствие, увеличивается КПД, а также срок эксплуатации устройства.

Купите сейчас:

В зависимости от функционального назначения, форма спирали ЛН отличается: проволока с круглым сечением или ленточный проводник.

Накал и свечение первых устройств обеспечивали угольные стержни, современные лампы накала оснащены вольфрамовой спиралью. Проводник может быть создан из сплава металлов (осмий и вольфрам).

Боле новые модели оснащены биспиралями или триспиралями, которые получают в результате повторного закручивания. Такие устройства имеют высокий КПД и выделяют меньше тепла.

Форма и размер цоколя лампы накаливания стандартные, поэтому проблем с заменой осветительного элемента после его поломки обычно не возникает. Чаще всего применяются источники света с цоколем Е14, Е27, Е40. Буква Е в маркировке обозначает фамилию изобретателя (Эдисон), а цифра после – наружный диаметр в мм.

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.

Это интересно! Когда лампа теряет герметичность, то вольфрамовая спираль при контакте с воздухом окисляется и появляется белый налет. Поэтому тело накала заключают в воздухонепроницаемую колбу, и заполняют ее инертными газами, которые замедляют скорость его разрушения. Вольфрамовая нить маломощных лампочек (до 25Вт) находится в вакуумной среде.

Разновидности

Прежде чем ознакомиться с видами ЛН, нужно изучить их хаpaктеристики:

1. Мощность бытовых ламп колeблется от 25 до 150 Вт, а других – до 1000 Вт.
2. Температура разогрева тела накала – до 2900 – 3000° С.
3. Светоотдача – от 9 до 19 Лм/1 Вт. Эта хаpaктеристика имеет свой диапазон, например, лампочка на 40 Вт может излучать световой поток 415 – 460 Лм.
4. Напряжение 220 – 230 В и 127 В.
5. Диаметр цоколя – 14 мм для Е14, 27 мм для Е27, 40 мм для Е40.
6. Тип цоколя – винтовой, штырьковый (с одним или двумя контактами).
7. Срок эксплуатации – 1000 часов (если напряжение 220В) или 2500 часов (при 127В).

Основные параметры разных видов ламп накаливания отличаются.

В продаже имеются устройства разного виды, которые различают по форме, наполнению или покрытию колбы, назначению и т. д.

С учетом наполнителя и покрытия внутренней поверхности колбы выделяют такие разновидности лампочек:

1. Вакуумные – это самые простые устройства с низкой мощностью.
2. Аргоновые – наполненные аргоном.
3. Криптоновые – закачан одноименный газ.
4. Ксенон-галогенная с инфpaкрасным отражателем.
5. Лампы с покрытием из люминофора, который преобразует инфpaкрасные лучи в видимый свет.

В зависимости от функционального излучения различают такие типы ламп:

• общего назначения. Это самая большая группа устройств, которые применяются для общего, местного и декоративного освещения. Прибор местного назначения имеет такую же конструкцию, как общего. Отличается он тем, что рассчитан на меньше напряжение. Устанавливают местные лампочки в переносные светильники, станки и т. д.;

Это интересно! Сейчас производство ламп накаливания сокращается с целью экономии электроэнергии.

• декоративные лампочки отличаются от обычных формой колб и размещением тела накаливания. Часто применяются для украшения дизайна в стиле ретро;
• иллюминационные. Колбы этих устройств окрашены в разные цвета с помощью неорганического пигмента или цветных лаков. Обычно их мощность низкая – до 25 Вт;
• зеркальные. Колба лампы накаливания имеет особую форму, изнутри она частично покрыта тонким слоем распыленного алюминия. Эти устройства излучают более направленный световой поток;
• сигнальные. Это маломощные лампочки, которые устанавливают в светосигнальные приборы. Сейчас их заменяют светодиодами;
• трaнcпортные. Это большая группа ламп, которые используются для установки в автомобили, мотоциклы, самолеты, морские судна и т. д. Они прочные, имеют специальный цоколь и рассчитаны на электрическую сеть от 6 до 220 В;
• двухспиральные. Их применяют в автомобилях (одна нить отвечает за ближний свет, а вторая за дальний), самолетах, железнодорожных светофорах.

Известно еще несколько видов специальных ламп накаливания (прожекторные, коммутаторные, фотолампа и т. д.), которые сейчас все больше замещаются экономками.

Маркировка

Все виды ламп имеют свое буквенное обозначение, но не стоит его путать с типом цоколей, например, Е27.

Маркировка лампочек с нитью накала содержит:

1. Первые буквы (от 1 до 4) обозначают важные физические свойства или особенности конструкции: В-вакуумная, Г – газополная моноспиральная с аргоновым наполнением, Б – газополная биспиральная, К – наполненная криптоном, МТ – колба с матовым покрытием и т. д. Специальные лампы накаливания не имеют этих букв в маркировке.
2. Вторая часть обозначения состоит из 1 – 2 букв и указывает на предназначение прибора: А – автомобильная лампа, Ж – железнодорожная, КМ – коммутаторная, ПЖ – прожекторная и т. д.
3. Первая циферная часть указывает на номинальное напряжение и мощность, а вторая – номер разработки, если она осуществлена повторно. Например, Б235 – 245 – 60 обозначает, что лампа биспиральная, питается от напряжения 245 В, рассчитана на 60 Вт.

Если человек умеет расшифровать маркировку, то он сможет подобрать подходящую лампочку накаливания.

Достоинства

Лампы накаливания имеют такие преимущества:

1. Низкая стоимость по сравнению с другими видами ламп (люминесцентные, светодиодные).
2. Компактные размеры.
3. Работают при незначительных перепадах напряжения.
4. Функционируют без специального оборудования, излучают свет сразу после включения (не нужно время на разогрев).
5. При работе на переменном токе мерцание присутствует, но человеческий глаз его не улавливает.
6. Излучают свет, который приятен для человеческого зрения, коэффициент цветопередачи на высоком уровне.
7. Обычная лампочка может работать при низких температурах, поэтому ее применяют для освещения улицы.
8. Не содержит токсических веществ в колбе, поэтому ее можно выбрасывать в мусор.
9. Работают беззвучно (нет шума, треска, гула), отсутствуют радиопомехи.
10. Прибор не чувствителен к полярности подключения.
11. Нить накала прибора испускает сравнительно мало УФ-лучей.

Это основные преимущества ламп накаливания.

Недостатки

Минусов у лампочки накаливания тоже достаточно:

1. Прибор излучает много тепла и мало света.
2. Срок службы сравнительно короткий, особенно при скачках напряжения.
3. При низком напряжении свет становиться тусклым.
4. Израсходует большое количество электрической энергии.
5. Существует риск пожара, так как поверхность вокруг лампочки может повышаться до 330°С.
6. Колба может взорваться и травмировать осколками рядом находящихся людей.
7. Обычные лампочки хрупкие к вибрациям и очень громким звукам.

Важно! Недостатки ламп накаливания объясняют снижение их популярности в последнее время. Теперь их заменяют более прочные, долговечные и экономные светодиоды.

Основные выводы

До недавнего времени лампы с нитью накала широко применялись в разных сферах жизни, но сейчас их активно вытесняют современные источники света. Однако многие потребители до сих пор остаются верными ЛН. Если вы из их числа, то при выборе лампочки учитывайте ее важные хаpaктеристики и маркировку. Также вам следует учитывать, что приборы с телом накала отличаются формой колбы, ее покрытием, наполнением, а также функциональным назначением. К основным плюсам лампочки накаливания относят низкую цену, простоту использования, приятную цветовую температуру, а к недостаткам – короткий ресурс работы, большие траты электроэнергии, ЛН выделяет много тепла и мало света. Использовать лампочку накаливания для освещения жилого помещения или нет – выбор за вами.