Каков максимальный кпд лампы накаливания

УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ ЛАМПЫ НАКАЛИВАНИЯ

Лампа накаливания — это электрический источник освещения, в котором излучение световых волн осуществляет некоторое тело, разогретое до высокой температуры протекающим по нему током.

В качестве излучающего тела обычно используется спираль из тугоплавкого материала, имеющего большое удельное электрическое сопротивление. Таким материалом чаще всего является вольфрам.

Источники света с накальной спиралью имеют самое широкое применение:

  • в бытовых светильниках;
  • для освещения внутрицеховых и производственных территорий;
  • в светильниках наружного освещения;
  • в качестве сигнальных ламп различных щитов управления.

Из чего же состоит лампа накаливания?

В её конструкцию входит стеклянная колба, герметично соединённая с цоколем. Спираль находится внутри колбы. Ввиду того, что вольфрам при нагревании до температуры свечения склонен к активному окислению при контакте с кислородом воздуха, внутренность колбы вакуумируется, либо заполняется инертным газом.

Спираль подвешивается на специальных крючках-держателях и электродах, выполненных из тугоплавкого металла. Наружная часть электрода, соединяющегося с резьбой цоколя, сделана из медного провода и играет роль предохранителя. Работает предохранитель следующим образом.

В случае перегорания и разрыва спирали, имеющей высокую температуру, в месте разрыва возникает электрическая дуга. В момент зажигания дуги ток потребляемый лампой, возрастает и спираль расплавляется. Капли расплавленного вольфрама легко могут повредить колбу, а очутившись наружи способны вызвать пожар.

Цоколь лампочки накаливания общего назначения представляет собой цилиндр из металлического сплава с резьбой, служащий для вкручивания в патрон светильника и обеспечивающий электрический контакт с цепями питания. Наибольшее распространение получили цоколи трёх типоразмеров — Е14, Е27 и Е40.

Цифры в обозначениях указывают на наружный диаметр резьбовой части.

Цоколем Е14 оснащаются так называемые лампочки типа «миньон», использующиеся в бытовых декоративных светильниках и люстрах. Е27 — самый распространённый вид цоколя под стандартные патроны бытовых и производственных светильников.

Цоколем Е40 комплектуются лампочки накаливания повышенной мощности, предназначенные для промышленных и уличных осветительных приборов.

ХАРАКТЕРИСТИКА СПЕКТРА ЛАМП НАКАЛИВАНИЯ

Каждый источник света, в зависимости от принципа его действия, обладает определённым спектральным составом светового потока. Для оценки спектральных характеристик световых источников пользуются таким параметром, как цветовая температура.

За основу оценочных градаций принято излучение абсолютно чёрного тела, длина волны которого функционально связана с температурой нагрева тела. Цветовую температуру выражают в кельвинах, при этом её значение численно равно температуре нагрева абсолютно чёрного тела, при которой оно создаёт излучение соответствующей длины волны.

В соответствии с данной системой оценок, цветовая температура лампочек накаливания имеет следующее значение:

  • лампочка 40 Вт — 2200 К;
  • лампочка 60 Вт — 2680 К;
  • лампочка 100 Вт с вакуумной колбой — 2800 К.

Более низкое значение цветовой температуры соответствует тёплым тонам с преобладанием жёлтого оттенка, высокой температурой обладают источники холодного свечения с оттенками голубизны.

Вероятно, в значении цветовой температуры заключена одна из причин того, что «лампочка Ильича» до сих пор не может окончательно покинуть наши жилища и рабочие места.

Дело в том, что альтернативные источники света, появившиеся в последние годы (светодиодные и уже исчезающие газоразрядные приборы) обладают довольно неприятным холодным свечением.

По большому счёту ситуацию пока не спасают различные люминофоры, придающие их свету более тёплые цветовые оттенки.

Вторая причина видимо в цене — светодиодные источники света стоят практически на порядок дороже лампочек накаливания, и что самое обидное — заявленный производителем срок их службы далеко не всегда соответствует реальному.

Этот аргумент может перевесить даже потрясающую экономичность этих источников. Добиться же некоторой экономии, имея лампы накаливания, поможет только регулятор освещения.

Ну и последний фактор носит психологический характер. Переход на источники света, дороже традиционных в десять раз, и которые почти во столько же раз меньше потребляют электроэнергии, можно рассматривать как мини инвестицию.

Ведь затратив единовременно определённые средства на покупку светодиодных источников освещения, и заменив ими лампочки накаливания, мы начинает экономить на электроэнергии.

То есть, вложенные средства постепенно возвращаются к нам, и после полной окупаемости вложенных денег мы начинаем получать чистую прибыль в виде разницы в счетах на электричество. Видимо, не все наши соотечественники способны мыслить категориями бизнесменов.

КПД ЛАМП НАКАЛИВАНИЯ

Один из вариантов оценки эффективности источника света является их световой коэффициент полезного действия. Этот показатель определяет, какая часть подведённой к осветительному прибору электрической энергии преобразуется собственно в световой поток.

Для наглядного сравнения приведём данные по КПД ламп различного вида:

  • лампы накаливания — 4%;
  • люминесцентные лампы — 10%;
  • светодиодная лампа — 40%.

Таким образом, более 95% электроэнергии, потребляемой лампой накаливания, просто греет окружающий воздух.

Другой способ оценки энергоэффективности ламп заключается в сравнении световых потоков, создаваемых единицей затраченной мощности. Практически, это то же самое что и сравнение КПД, только подход осуществлён с другой стороны.

© 2012-2021 г. Все права защищены.

Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов

Сравнение светодиодных ламп с традиционными осветительными приборами

«У вас есть хорошие светодиодные лампы для дома?» – этот вопрос продавцы электротоваров слышат часто. Интерес покупателей к «ледам» (название произошло от аббревиатуры LED) подпитывают СМИ и реклама. Действительно ли так хороши светоизлучающие диоды? Чтобы понять это, сравним новые источники света с традиционными.

Конструктивные отличия

У всех ламп есть цоколь, и это, пожалуй, единственная часть конструкции, которая их объединяет. В остальном отличия традиционных приборов от светодиодных существенны.

Таблица 1. Особенности устройства ламп.

Вид осветительного прибора

Степень прочности конструкции

Содержание вредных веществ

И только светодиодная лампа не содержит хрупких и вредных для здоровья компонентов: вместо бьющейся колбы установлен ударостойкий пластиковый рассеиватель и прочный корпус. Даже если уроните случайно на пол – не разобьется. Лампа накаливания может треснуть даже при неосторожном выкручивании из патрона, так как большую ее часть занимает тонкостенная стеклянная колба. Люминесцентная и галогенная не намного прочнее: в их конструкции так же есть стекло, пусть и с более толстыми стенками. Если такой прибор разобьется, пары ртути или галогенов нарушат экологию помещения.

Сравнение основных характеристик светодиодных и энергосберегающих ламп

Выбор источников искусственного света на современном рынке столь велик, что неискушенному пользователю сложно разобраться в их характеристиках. Сравним основные из них.

Таблица 2. Параметры осветительных приборов.

Разновидность прибора освещения

Мощность, Вт

Световой поток, лм

Светоотдача, лм/Вт

Освещенность, лк (при напряжении 220 В)

Указанные в таблице светодиодные и энергосберегающие лампы сравнение выдерживают только по световому потоку. Он приблизительно одинаков у взятых для сравнения образцов. Но освещенность, в силу разного строения колбы и неодинакового угла рассеивания, различается. Мощность, то есть потребление электроэнергии в час, тоже сильно разнится. По этому показателю соотношение ламп накаливания и светодиодных ламп составляет 1:7,5. Это значит, что «леды» в 7-8 раз экономнее расходуют энергоресурсы. Но это лишь одно из множества их преимуществ.

Сравнение ламп по коэффициенту пульсации

Светодиоды превосходят все остальные источники освещения еще по одному параметру. Речь идет о мерцании ламп, которую отражает коэффициент пульсаций (%). Это одна из важнейших характеристик источника света, от величины которой зависит комфортность и безопасность освещения. Чем меньше коэффициент пульсации, тем лучше. Если он превышает 5-10 %, в организме начинаются негативные процессы: появляются головные боли к концу дня, быстрая утомляемость, бессонница.

Коэффициент пульсации освещения в офисных и других нежилых помещениях должен соответствовать установленным санитарным нормам, и это контролируется проверяющими органами. Дома мы сами должны следить за качеством света, если забота о здоровье семьи важна для нас.

Таблица 3. Типичные коэффициенты пульсации бытовых ламп.

Вид осветительного прибора

Коэффициент пульсации, %

Как видно из таблицы 3 , меньше всего могут пульсировать светодиоды. Но только те, в конструкции которых установлен качественный источник питания. Некоторые дешевые «леды» мерцают так, что это хорошо заметно глазу. Пользоваться такими приборами нельзя.

Но, даже если пульсации не фиксируются зрительно, это не значит, что их нет. Возможно, глаз не замечает колебаний светового потока, но они при этом превышают норму. Установить наличие низкочастотных пульсаций недопустимого уровня поможет люксметр с функцией пульсметра RADEX LUPIN. Этот прибор соответствует ГОСТу и обеспечивает высокую точность измерений.

Коэффициент полезного действия

Этот параметр (КПД) характеризует эффективность преобразования электрической энергии в световую. Чем он выше, тем меньше потери на тепло. Самый высокий коэффициент полезного действия у LED-ламп: КПД качественных моделей достигает 90 %. Светодиод преобразует энергию в свет напрямую, с минимальным выделением тепла.

Самым низким КПД отличаются лампы накаливания – 4-5 %. В процессе работы они существенно нагреваются, так как переводят в тепло более 90 % потребляемой мощности. КПД «галогенок» выше – 15-20 %. У люминесцентных осветительных приборов этот параметр зависит от вида колбы. Наиболее низкий коэффициент полезного действия у спиралевидных КЛЛ – 7-8 %. Эффективность их использования снижена также из-за потерь большей части световой энергии, которая уходит внутрь спирали. Поэтому при более высокой светоотдаче освещенность, создаваемая этими лампами, самая низкая (см. таблицу 2).

Индекс цветопередачи (CRI)

Раньше люди при покупке источников освещения интересовались только их мощностью и сроком службы. Современный покупатель более «подкован» в вопросах светотехники. Он знает, что такое световой поток, цветовая температура. Но и сегодня многие игнорируют такой важный показатель качества осветительного прибора, как индекс цветопередачи. Этот параметр отражает то, насколько точно освещаемый объект сохраняет свои естественные оттенки. За эталон берется индекс цветопередачи солнечного света, который равен 100.

У хороших светодиодных ламп для дома индекс цветопередачи составляет 85 и выше. Такое освещение приемлемо в быту, так как комфортно для глаз и достаточно хорошо передает оттенки предметов. Для музеев и торговых залов желательно подбирать светильники с максимально высоким CRI. К примеру, текстиль, меха и кожа выглядят особенно привлекательно при освещении LED-лампами теплого белого света (2700-3000 К) и CRI 90. Такие светильники недешевы, но расходы стоят того, так как привлекательный вид товара помогает увеличить продажи. Светильники с индексом цветопередачи от 90 устанавливают также в специализированных лабораториях и художественных студиях.

Выбирайте лампы с помощью многофункционального люксметра

Единственный способ проверить качество освещения – купить бытовой люксметр, например RADEX LUPIN. Он измеряет основные характеристики – яркость лампы, освещенность поверхности и коэффициент пульсации. Люксметр поможет установить:

  • верно ли производитель указал параметры осветительного прибора или лампы;
  • соответствует ли норме освещенность комнат квартиры, рабочего кабинета, детских комнат;
  • какова пульсация освещения в вашем доме и на рабочем месте.

Определить все это без люксметра-пульсметра невозможно. С помощью этого люксметра вы отберете самые хорошие светодиодные лампы для дома, и это будет технически обоснованный выбор. Качественные «леды» действительно превосходят остальные приборы освещения по большинству параметров. Они не нагревают воздух, не перегружают зрение, а также помогают экономить на оплате счетов за электроэнергию. Да и часто менять такие лампочки вам не придется: срок их службы составляет более 30000 часов.

Каков максимальный кпд лампы накаливания

Разнообразие источников света довольно велико, но наибольшее распространение и применение обрела лампа накаливания. Возникает вопрос: “Почему именно она получила такую огромную популярность и встречается на каждом шагу?” Однако, мы видим и другие лампы, а раз есть альтернативы ей, значит и недостатки найдутся.

Для того чтобы оценить все преимущества и недостатки, необходимо рассмотреть строение источника света.

Лампочка накаливания состоит из:

1 – тонкая стеклянная колба;
2 – пространство колбы;
3 – тело накала;
4 – держатели, предназначенные для удерживания тела накала;
5, 6 – токовые вводы (электроды);
7 – ножка;
8 – основание цоколя;
9 – контактное дно цоколя;
10 – изолятор.

Разнообразность форм колб в большинстве случаев объясняется эстетическим видом, а иногда возможностью удобной установки. Функцией колбы является защита тела накала от атмосферных осадков.

Изначально, когда электрические источники света только начали изготовлять, то в стеклянной колбе лампы создавался вакуум. Сейчас же такую технологию применяют только для малой мощности (до 25 Вт), а световые источники большей мощности наполняют инертным газом (аргон, азот, криптон). Наполнение колбы инертным газом или создание в ней вакуума делается по двум причинам :

– защита тела накала от влияния внешней среды, потому что на воздухе оно быстро окислится и выйдет из строя;
– для уменьшения потерь тепла, ведь имеет место теплопроводность материалов (для сбережения тепла производят выбор газа с большей молярной массой).

Правильно говорить, именно, «Тело накала» , потому как его исполнение очень разнообразно. Встречаются нити, спирали, двойные спирали. Наиболее часто используется нить накала – проволока круглого сечения.

В эпоху зарождения ламп накаливания, тело накала изготовлялось из угля, сейчас же выполняется исключительно из вольфрама, или же из осмиево-вольфрамового сплава, что бывает реже.

При подаче напряжения на лампочку, нить накала комнатной температуры, то есть сопротивление ее в десяток раз меньше рабочего. По этому, при включении происходит скачек тока (10-14 номинальных значений) . По мере нагрева токопроводящей нити, сопротивление возрастает, и ток понижается до номинального значения. Когда же тело накала изготовлялось из угля, характеристика была обратной, при нагреве сопротивление уменьшалось, и с ростом температуры лампочка светилась все ярче.

Цоколи ламп имеют очень широкий ряд исполнения, а их размеры стандартизованы. Цифры в названии означают наружный диаметр цоколя в мм. У бытовых ламп наибольшее распространение получили:

– цоколь Эдисона – Е14
– миньон – Е27

В некоторых странах принято напряжение сети 100 В, и во избежание случайного ввинчивания лампы не подходящего напряжения, изготавливаются лампы с иными цоколями.

Мы привыкли видеть резьбовые цоколи, но есть и цоколи без резьбы, удерживание таких устройств в патроне происходит за счет трения или нерезьбового сопряжения (применяются в автомобилях).

Рисунок 2 – а) резьбовой ; б) цоколь без резьбы

Принцип действия лампы накаливания основан на эффекте накаливания проводника при пропускании через него электрического тока. Когда ток протекает, температура тела накала резко увеличивается, и чем выше температура, тем ярче свет. Чем меньше температура тела накала, тем свет более «красный» – теплый, чем выше – ближе к белому свечению. Для получения видимого диапазона света, необходимо нагреть тело порядка нескольких тысяч градусов.

Температура Солнца – 5770 К, при такой температуре происходит выделение наибольшего количества видимого излучения. Но такое значение температуры недостижимо (любой известный материал плавится и протекание тока стает невозможным).

Лишь малая часть потребляемой из сети энергии превращается лампой накаливания в видимый свет, основная доля энергии расходуется на нагрев нити и излучения света в невидимом диапазоне для человеческого глаза. Чтоб увеличить коэффициент полезного действия (КПД) лампы накаливания, нужно увеличить температуру тела накала , но при этом она ограничивается температурой плавления материала.

Температура плавления, применяемых в лампах накаливания материалов: Вольфрам – (3410°C), Осмий – (3045°C).

Рабочая температура вольфрамовой нити находится обычно в пределах 2700-3000К .

Максимальный КПД лампы накаливания достигается при температуре нити – 3400К и составляет приблизительно 15%, а при номинальной температуре, которая составляет 2700К, всего каких-то 4-5%.

С увеличением температуры, КПД возрастает, а вот ее долговечность – уменьшается. Так, при температуре в 2700К, срок службы лампы накаливания составляет около 1000 часов, а при температуре 3400К – пару часов.

Пониженное напряжение уменьшает КПД в 4-5 раз, зато срок службы лампы увеличивается в сотни раз . Например, в таком режиме можно их использовать для дежурного освещения, где не требуется высокое качество освещения. В этом случае используют последовательное подключение лампочек, также возможный вариант – включение через диод, чтобы поступала только положительная полуволна (действующее значение напряжения и тока будет меньше, световая отдача уменьшится, появится мерцание, но срок службы лампы значительно возрастет, а также будет экономия электроэнергии).

Рисунок 3 – Влияние входного напряжения на световую отдачу и срок службы

На рисунке 3 представлены приближенные, но наглядные зависимости. Рассмотрим конкретную точку, от которой на оси проведены пунктирные линии. При увеличении питающего напряжения на 6,5% мы получаем увеличение световой отдачи на 20%, но при этом срок службы лампочки сокращается в 2 раза.

Срок эксплуатации лампы накаливания ограничивается, прежде всего, испарением материала тела накала. Испарение происходит неравномерно, то есть появляются проблемные участки, где меньшая толщина нити. При этом сопротивление на них еще больше повышается и износ в этих местах происходит интенсивней, пока тело накала не расплавится вовсе. Колба темнеет вследствие осаждения металла нити накала. Повышенное давление подавляет такой эффект и увеличивает срок службы и КПД.

Минусом рассмотренного вида ламп является малая световая отдача, она самая низкая из всех существующих электрических источников света и лежит в диапазоне 4-15 лм/Вт.

Принцип действия, устройство, характеристики и КПД лампы накаливания

Щелчок выключателя – и темная комната вмиг преобразилась, стали видны детали мельчайших элементов интерьера. Так мгновенно распространяется энергия от маленького устройства, заливая светом все вокруг. Что же заставляет создавать такое мощное излучение? Ответ сокрыт в названии осветительного прибора, который именуется лампой накаливания.

История создания первых осветительных элементов

Истоки возникновения первых ламп накаливания восходят к началу XIX столетия. Вернее сказать, лампа появилась чуть позже, но эффект свечения платины и угольных стержней под действием электрической энергии уже пытались наблюдать. Перед учеными возникло два сложных вопроса:

  • нахождение материалов высокого сопротивления, способных раскаляться под воздействием тока до состояния излучения света;
  • предотвращение быстрого сгорания материала в воздушной среде.

Наиболее плодотворными в этой области стали исследования и изобретения русского ученого Александра Николаевича Лодыгина и американца Томаса Эдисона.

Лодыгин предложил использовать в качестве элемента накаливания угольные стержни, которые находились в герметичной колбе. Недостатком конструкции была сложность выкачки воздуха, остатки которого способствовали быстрому сгоранию стержней. Но все же его лампы горели несколько часов, а разработки и патенты стали основой для создания более долговечных устройств.

Американский ученый Томас Эдисон, ознакомившись с работами Лодыгина, сделал эффективную вакуумную колбу, в которую поместил угольную нить из бамбукового волокна. Также Эдисон снабдил цоколь лампы резьбовым соединением, присущим современным лампам, и изобрел множество электротехнических элементов, таких как: штепсельный разъем, плавкий предохранитель, поворотный выключатель и многое другое. КПД лампы накаливания Эдисона был маленьким, хотя она могла работать до 1000 часов времени и получила практическое применение.

Впоследствии вместо угольных элементов было предложено использовать тугоплавкие металлы. Нить из вольфрама, применяемая в современных лампах накаливания, также была запатентована Лодыгиным.

Устройство и принцип действия лампы

Конструкция лампы накаливания принципиально не изменяется уже более сотни лет. Она включает в себя:

  • Герметичную колбу, ограничивающую рабочее пространство и наполненную инертным газом.
  • Цоколь, который имеет спиральную форму. Он служит для удержания лампы в патроне и электрического соединения ее с токоведущими частями.
  • Проводники, ведущие ток от цоколя к спирали и удерживающие ее.
  • Спираль накаливания, нагревание которой и создает излучение световой энергии.

Когда электрический ток проходит через спираль, она мгновенно нагревается до высочайших температур вплоть до 2700 градусов. Это обусловлено тем, что спираль имеет большое сопротивление току и на преодоление этого сопротивления расходуется много энергии, которая выделяется как тепло. Тепло раскаляет металл (вольфрам), и он начинает излучать фотоны света. Благодаря тому что колба не содержит кислород, в процессе нагрева не происходит окисление вольфрама, и он не перегорает. Инертный газ удерживает частички раскаленного металла от испарения.

Что такое КПД лампы накаливания

Коэффициент полезного действия показывает, какой процент затраченной энергии преобразуется в полезную работу, а какой нет. В случае лампы накаливания КПД невелик, так как всего 5-10% энергии идет на излучение света, остальная выделяется в качестве тепла.

КПД первых ламп накаливания, где телом накала выступал угольный стержень, был еще меньшим по сравнению с современными устройствами. Это обусловлено дополнительными потерями на конвекцию. Спиральные нити накала имеют более низкий процент этих потерь.

КПД лампы накаливания напрямую зависит от температуры нагрева спирали. Стандартно спираль лампы 60 Вт нагревается до 2700 ºС, при этом КПД всего 5%. Можно поднять величину нагрева до 3400 ºС, повысив напряжение, но это снизит срок службы устройства более чем на 90%, хотя лампа засветит ярче, и КПД возрастет до 15%.

Неправильно думать, что увеличение мощности лампы (100, 200, 300 Вт) ведет к увеличению КПД только потому, что повысилась яркость устройства. Лампа стала светить ярче за счет большей мощности самой спирали, а вследствие и большей световой отдачи. Но затраты энергии также возросли. Поэтому КПД лампы накаливания 100 Вт будет также в пределах 5-7%.

Разновидности ламп накаливания

Лампы накаливания бывают различного конструктивного исполнения и функционального назначения. Они делятся на осветительные приборы:

  • Общего применения. К ним относятся лампы бытового использования разной мощности, рассчитанные на сетевое напряжение в 220 В.
  • Декоративного исполнения. Имеют нестандартные типы колб в виде свечей, сфер и других форм.
  • Иллюминационного типа. Маломощные лампы с цветным покрытием для создания красочных иллюминаций.
  • Местного назначения. Устройства безопасного напряжения до 40 В. Применяют на производственных столах, для освещения рабочих мест станков.
  • С зеркальным покрытием. Лампы, создающие направленный свет.
  • Сигнального типа. Служат для работы в приборных панелях различных устройств.
  • Для транспорта. Широкая линейка ламп повышенной износостойкости и надежности. Характеризуются удобной конструкцией, предполагающей быструю замену.
  • Для прожекторов. Лампы повышенной мощности, доходящей до 10 000 Вт.
  • Для оптических устройств. Лампы для кинопроекторов и аналогичных устройств.
  • Коммутаторные. Применяемые в качестве сегментов индикатора цифрового отображения измерительных приборов.

Положительные и отрицательные стороны ламп с телом накала

Осветительные устройства накального типа имеют свои особенности. К положительным можно отнести:

  • мгновенный розжиг спирали;
  • экологическую безопасность;
  • небольшие размеры;
  • приемлемую цену;
  • возможность создавать устройства разной мощности и величины рабочего напряжения как переменного, так и постоянного тока;
  • универсальность применения.
  • низкий КПД лампы накаливания;
  • чувствительность к скачкам напряжения, снижающим срок эксплуатации;
  • малое время рабочих часов, не превышающих 1000;
  • пожароопасность ламп из-за сильного нагрева колбы;
  • хрупкость конструкции.

Другие типы осветительных приборов

Существуют осветительные лампы, принцип действия которых в корне отличается от работы ламп накаливания. К ним относятся газоразрядные и светодиодные лампы.

Дуговых или газоразрядных ламп существует большое множество, но все они основаны на свечении газа при возникновении дуги между электродами. Свечение происходит в спектре ультрафиолета, который потом преобразуется в видимый человеческому глазу посредством прохождения через люминофорное покрытие.

Процесс, происходящий в газоразрядной лампе, включают два этапа работы: создание дугового разряда и поддержание ионизации и свечения газа в колбе. Поэтому все типы таких осветительных приборов имеют систему управления током. Устройства люминесцентные имеют более высокий коэффициент полезного действия по сравнению с КПД лампы накаливания, но небезопасны, так как содержат пары ртути.

Светодиодные осветительные устройства являются наиболее современными системами. КПД лампы накаливания и светодиодной лампы несравнимы. У последней оно достигает 90%. Принцип действия светодиода основан на свечении определенного типа полупроводника под воздействием напряжения.

Чего не любит лампа накаливания

Срок службы обычной лампы накаливания будет сокращен, если:

  1. Напряжение в сети постоянно завышено от номинального, на которое рассчитан осветительный прибор. Это связано с увеличением рабочей температуры тела накала и, как следствие, повышенное испарение сплава металла, приводящего к выходу его из строя. Хотя КПД лампы накаливания при этом будет больше.
  2. Резко тряхнуть лампу во время работы. Когда металл раскален до состояния близкого к плавлению, а расстояние между витками спирали уменьшено вследствие расширения вещества, любое механическое, резкое движение может привести к незаметному глазу межвитковому замыканию. Это уменьшает общее сопротивление спирали току, способствует ее большему разогреву и быстрому перегоранию.
  3. Произойдет попадание влаги на разогретую колбу. В месте попадания возникает перепад температур, который производит разрушение стекла.
  4. Дотронуться пальцами до колбы галогенной лампы. Галогенная лампа является разновидностью лампы накаливания, но имеет значительно большую световую и тепловую отдачу. При касании на колбе остается невидимое жирное пятно от пальца. Под воздействием температуры жир сгорает, образуя нагар, препятствующий теплоотдаче. В результате этого в месте прикосновения стекло начинает плавиться и может лопнуть или вздуться, нарушая газовый режим внутри, что приводит к перегоранию спирали. Галогенные лампы накаливания КПД имеют выше, чем обыкновенные.

Как заменить лампу

Если лампа перегорела, но не разрушилась колба, то заменить ее можно после полного остывания. При этом следует отключить питание. При вкручивании лампы глаза не нужно направлять в ее сторону, особенно если выключить электричество не представляется возможным.

Когда колба лопнула, но сохранила форму, желательно взять хлопчатобумажную ткань, свернуть в несколько слоев и, обхватив ею лампу, постараться удалить стекло. Далее пассатижами с изолированными ручками аккуратно выкрутить цоколь и вкрутить новую лампу. Все операции необходимо проводить при отключенном напряжении питания.

Заключение

Несмотря на то что КПД лампы накаливания составляет мало процентов и у нее появляется все больше конкурентов, она актуальна во многих сферах жизни. Существует даже самая старая лампочка, непрерывно работающая более ста лет. Это ли не подтверждение и увековечивание гениальности мысли человека, стремящегося изменить мир?

Все о лампах накаливания

Появление ламп накаливания привело к значительному улучшению условий человеческой жизни. Лампы накаливания позволили отказаться от свеч и керосиновых ламп, чем значительно упростили людям жизнь.

Принцип действия лампы накаливания основывается на тепловом излучении. Сущность теплового излучения состоит в том, что при нагревании твердого тела оно начинает излучать энергию всех длин волн (сплошной спектр). При низких температурах тело излучает исключительно невидимые инфракрасные лучи, длина волн которых больше, чем у световых лучей. По мере повышения температуры тела происходит увеличение излучаемой телом лучистой энергии, а также меняется состав излучаемого спектра. При этом быстро увеличивается видимое излучение, световые лучи которого имеют более короткие волны. Тело начинает светиться сначала вишнево-красным, потом красным, оранжевым, и только потом белым цветом. Получения эффекта свечения в лампах накаливания добиваются благодаря использованию тугоплавкого металла – вольфрама, который нагревается электрическим током до температуры 2000 – 3000 0 К. Источники света, основанные на тепловом излучении, имеют очень низкий коэффициент полезного действия (КПД).

В современных лампах накаливания малой мощности только 7% потребляемой энергии превращается в видимый свет, а в лампах большой мощности – 10%. Остальная часть потребляемой электрической энергии затрачивается на тепловые потери и невидимые человеческому глазу излучения. Однако, лампы накаливания благодаря своей простоте, удобству и дешевизне по-прежнему используются в осветительных установках.

Устройство современной лампы накаливания показано ниже:

Лампы накаливания с вольфрамовой нитью изготавливают двух видов:

  • Вакуумные (пустотные) — в них воздух откачан из колб;
  • Газонаполненные – после откачки воздуха колба заполняется инертным газом (смесь азота и аргона или редких газов – криптона и ксенона).

Пустотные лампы, как правило, изготавливаются только на небольшие мощности (до 60 Вт). Это объясняется тем, что при нахождении газа в лампе с небольшим диаметром колбы и при сравнительно большой длине нити накала стали бы возникать лишние тепловые потери посредством конвекции. Лампы накаливания большой мощности изготавливают газонаполненными. Наличие газа в колбе создает лучшие условия для повышения температуры накала нити и увеличения светового потока. Газ, окружающий раскаленную нить, замедляет ее распыление, что повышает срок службы изделия.

Однако, повышение температуры нити имеет предел, обусловленный температурой плавления материала (для вольфрама 3400 0 С). При заполнении колбы криптоноксеновой смесью достигается максимальная температура нити и светоотдача, однако, ввиду трудностей получения редких газов такие лампы изготавливаются крайне редко.

Нити ламп имеют форму спирали, что делают минимальными потери через газовую среду.

Для ламп накаливания актуальными являются следующие характеристики: электрическая мощность, световой поток, средняя продолжительность горения, номинальное напряжение, световая отдача.

Номинальным напряжением «лампочки» называют напряжение, при котором она способна нормально работать. Как правило, эти напряжения указываются на колбе или цоколе. В осветительных установках большое распространение получили напряжения в 127 В и 220 В, а для ремонтного и местного освещения – 12 В и 36 В.

Световой поток лампы накаливания напрямую зависит от температуры нити и потребляемой мощности. Световая отдача характеризует экономичность ламп. Под световой отдачей подразумевают отношение излучаемого светового потока к потребляемой мощности:

Из формулы видно, что чем больше световой поток на единицу потребляемой мощности, тем выше экономичность. С увеличением мощности будет возрастать световая отдача и будет тем выше, чем меньше напряжение, на которое рассчитана лампа. У мощных ламп и ламп более низкого напряжения диаметр нити накала больше и, следовательно, допускает более высокую температуру.

Средний срок службы нормальных ламп составляет примерно 1000 часов горения при условии поддержания неизменного значения номинального напряжения. При этом в конце срока службы световой поток не должен быть ниже 90% номинального значения. Существенно влияет на срок службы изменение подводимого напряжения к зажимам.

В таблице ниже приведены изменения светового потока, срока службы и светоотдачи лампы накаливания в зависимости от подводимого напряжения:

Из таблицы видно, что при снижении напряжения в сети световая отдача и световой поток значительно уменьшаются, а срок службы возрастает. А при увеличении напряжения – наоборот, светоотдача растет, срок службы снижается.

Снижение напряжения питания, по сравнению с номинальным, приводит к изменению спектра излучения. При этом освещаемые предметы кажутся окрашенными в другие цвета. Например, предметы желтого цвета кажутся белыми, темно-синие – черными. Данное явление сильнее проявляется при использовании ламп накаливания малой мощности. Поэтому для нормальной эксплуатации важно иметь напряжение питания близкое к номинальному значению напряжения устройства.

Помимо обычных ламп накаливания применяют и зеркальные лампы, которые отличаются специфическим строением колбы. На внутренней поверхности колбы, около цоколя, наносят зеркальный слой из алюминия, а нижнюю часть матируют. Зеркальное открытие – хороший отражатель, благодаря которому более 50% излучаемого светового потока направляется вниз в виде концентрированного снопа света. В зависимости от формы светоотражающей колбы можно получить глубокое или широкое светораспределение. Таким образом, зеркальные лампы являются одновременно и светильником и источником света:

Применение зеркальных ламп без специальной осветительной арматуры для освещения производственных цехов (из-за возможных повреждений) не рекомендовано.

Существует также разновидность ламп накаливания с йодным циклом. В колбах таких устройств содержатся пары йода. Молекулы йода, нагретые до определенной температуры, соединяются с испаряющимися частицами вольфрама и образуют газообразное вещество. Последнее, соприкасаясь с раскаленной нитью, разлагается на вольфрам и йод, первый вновь включается в цикл работы, а вольфрам вновь оседает на нить, что способствует увеличению срока службы лампы накаливания. При этом такие устройства отличаются повышенной светоотдачей.

Достоинства и недостатки ламп накаливания

Электрическая лампа накаливания, все еще активно применяющаяся для искусственного освещения, имеет свои достоинства и недостатки.

К достоинствам относят:

  • Одинаково нормальная работа при работе от источника как переменного, так и постоянного тока;
  • Практически мгновенное зажигание при подаче питания независимо от температуры окружающей среды;
  • Незначительные габаритные размеры и при необходимости возможность изготовления любой формы;
  • Малая стоимость в виду простоты конструкции и изготовления;
  • Простота в эксплуатации;

Также имеются и недостатки:

  • Значительная чувствительность к колебаниям питающего напряжения;
  • Относительно небольшой срок службы (примерно 1000 часов);
  • Малый КПД (1,5% — 3%);
  • Незначительная светоотдача;
  • Затруднение в определении цветов при освещении;
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий