Иногда в колбу лампочки добавляют йод или бром для улучшения её функционирования. Атомы вольфрама после нагрева и испарения возвращаются обратно на нить накала, что позволяет значительно повысить её долговечность. Такой внутренний состав конструкции делает функционирование изделия более эффективным — срок службы может достичь 2000-3000 часов, а температура нити накала увеличивается, что в свою очередь повышает её осветительную способность.
Лампочки накаливания: технические характеристики, виды и советы по выбору
Прототип первой электрической лампочки был предложен инженером А. Н. Лодыгиным в 1874 году. Спустя пять лет американский изобретатель Томас Алва Эдисон усовершенствовал данное устройство, что позволило наладить его массовое производство. Эти два открытия кардинально изменили повседневную жизнь не только соотечественников ученых, но и людей по всему миру. На сегодняшний день на рынке освещения можно найти светодиоды, энергосберегающие лампы и множество других источников света, однако традиционная лампа накаливания по-прежнему остаётся популярной и востребованной. В данной статье мы подробнее рассмотрим это изобретение, а также предложим рекомендации по выбору надежной модели.
Принцип работы лампочки накаливания
За более чем столетнюю историю конструкции ламп накаливания практически не претерпели изменений, за исключением улучшения используемых материалов. Давайте кратко рассмотрим, как работает этот прибор, чтобы в дальнейшем мы смогли ознакомить вас с его характеристиками. Ниже представлен рисунок, изображающий строение лампы накаливания, материал взят из учебника по физике авторства Перышкина А. В.
Главным элементом, определяющим работу лампы, является тело накала. Оно соединено с электродами, и через него протекает электрический ток. При приложении напряжения нить начинает нагреваться и излучать свет.
Для обеспечения комфортного теплого желтого света температура внутри лампочки должна достигнуть как минимум 2500 градусов по Цельсию. Поэтому в качестве материала для изготовления тела накала используется вольфрам, который обладает высокой температурой плавления и прочностью. Чтобы увеличить поверхность излучения, проволока из вольфрама может быть закручена в спираль или использованы несколько металлических ленточек.
Защиту тела накала от воздействия внешней среды обеспечивает колба, изготовленная из натриево-кальциевого силикатного стекла. Мы привыкли видеть её в традиционной грушевидной форме, хотя модельный ряд включает также необычные изделия, такие как свечевидные, грибовидные и шаровые лампы.
Общая информация
Лампа накаливания, нередко обозначаемая аббревиатурой ЛН, представляет собой источник света искусственного происхождения. Это был первый осветительный электрический прибор, изобретенный ещё в конце XVIII века. Устройство и принцип действия лампы не отличаются сложностью. В настоящее время лампы накаливания представлены на рынке в различных исполнениях.
На заметку! Томас Эдисон считается официальным изобретателем лампы накаливания, хотя проектирование данного устройства было целью множества ученых. Один из них, А. Н. Лодыгин из России, в 1872 году получил патент на лампочку с угольной спиралью.
Конструкция и принцип действия
Если рассматривать упрощённое строение лампочки накаливания, то можно сказать, что такое устройство является электропроводником, помещённым в герметичную колбу из прозрачного стекла. При подключении к электрическому току элемент начинает сильно разогреваться. В результате этого происходят излучения как видимых, так и невидимых электромагнитных волн. Второй тип излучения делится на небольшое количество ультрафиолетовых волн и значительное количество инфракрасных, которые могут составлять примерно 90%. Скорость преобразования потребляемой электрической энергии в видимый свет составляет только от 5% до 15%. Данный показатель является довольно низким для современных стандартов освещения.
Конструктивные особенности
Классическая лампа накаливания состоит из следующих элементов:
Колба, производимая из силикатного стекла с высокой термостойкостью, выдерживает экстремальные температуры и является абсолютно герметичной. Эта её особенность позволяет закачивать газы, что необходимо для функционирования нити накала.
В качестве газа в колбе могут использоваться не только вакуум, но также аргон и другие инертные газы. Кроме того, колба защищает спираль от окисления, что способствует увеличению срока службы лампы.
Нить накала в стандартных лампах представляет собой тонкую проволоку, изогнутую в форме спирали, изготовленную из вольфрама. Спираль устанавливается в колбе на металлических ножках, при этом элемент подключен к электродам, что позволяет проводить электрический ток. Вольфрамовая спираль занимает форму половины шестиугольника, что обеспечивает равномерное распределение света.
Исторически, когда только начали разрабатываться первые лампы накаливания, для изготовления нитей накала использовались не только уголь, но и волокна бамбука, а также другие органические материалы, которые могли специальным образом обугливаться. Только позже в производстве начали использовать тугоплавкие металлы, но внедрение этой технологии было затруднительным из-за высокой стоимости.
Современные лампы накаливания оснащены вольфрамовыми спиралями, которые начинают плавиться только при температуре 3422 ℃. Этого достаточно для того, чтобы нить начала излучать нормальный яркий свет, который возникает при нагреве вольфрамовой спирали до температуры в диапазоне от 2000 до 2500 ℃.
- Электроды и плавкий предохранитель.
Электрическая энергия проходит через вольфрамовую нить благодаря прикрепленным токоведущим электродам. Эти электроды располагаются изолированно от газовой среды внутри лампы. Конструктивно для этой цели в каждой лампе предусмотрена ножка из стекла, представляющая собой трубочку с пустым пространством внутри, в которой размещены токопроводники, один из которых выступает в роли плавкого предохранителя.
Важно! Плавкий предохранитель является простейшим вариантом предохранительного устройства, предназначенным для защиты от превышения допустимого тока.
Лампочка Эдисона: история создания
Средства, использовавшиеся для освещения помещений до появления лампы накаливания, либо имели низкую светимость, либо были слишком дорогими и недолговечными. Ученые продолжительное время искали решение для создания доступного и долговечного искусственного источника света, подходящего для массового использования.
Томас Эдисон провёл около тысячи экспериментов, прежде чем ему удалось добиться успеха. Ключевым элементом, которым нужно было заняться, была нить, придающая свет. В 1878 году Эдисон вместе с инвесторами основал компанию Edison Electric Light Co.
Ключом к созданию долговечной лампы оказалось использование карбонизированной бамбуковой нити, которая позднее была заменена на вольфрамовую. В 1879 году Эдисон публично представил лампочку, способную работать в течение 14,5 часов. Позже он предложил дизайн цоколя с резьбой, который применяется в современных лампах. 27 января 1880 года Эдисон получил патент на своё изобретение.
В 1881 году, после создания завода по производству ламп в Восточном Ньюарке, начинается их массовое распространение: первая коммерческая система электрического освещения, включающая 400 устройств, была установлена в финансовом районе Нижнего Манхэттена в 1882 году. Через год компания обслуживала уже 513 клиентов, использовавших 10,3 тысячи ламп. Фирма Эдисона разработала несколько предприятий по производству и эксплуатации освещения, показала свою систему на Парижской всемирной выставке и продемонстрировала её на коронации царя Александра III в Москве.
Кто изобрел лампочку в России
Свеча Яблочкова
Российский электрик Павел Яблочков также хотел сотворить надёжную и простую лампу. Он начал свою работу в России, но в 1875 году уехал в Париж.
Во время одного из экспериментов два угля, находящиеся на параллельном расстоянии, случайно столкнулись в сосуде с электролитом, и между ними разгорелась электрическая дуга. Яблочков создал конструкцию с параллельными электродами, которые выгорали одновременно, поэтому длину дуги не было необходимо регулировать механически. В марте 1876 года он завершил разработку своей дуговой лампы без регулятора — электрической свечи, и получил на неё патент во Франции.
В 1876 году свеча Яблочкова была представлена в Лондоне, а через год она начала освещать улицы Лондона, Парижа и Берлина.
Изобретение лампочки Александром Лодыгиным
Яблочков в своих исследованиях опирался на идеи Александра Лодыгины. Российский учёный разработал свою лампу в 1872 году, когда пропустил ток через угольный стержень в стеклянной колбе, лишенной воздуха. Именно Лодыгин предложил помещать нить в вакуум, что значительно замедляло её сгорание. Его лампы стали первыми электрическими осветительными приборами на улицах Санкт-Петербурга в 1873 году.
В 1874 году Лодыгин получил патент в России на свою лампу накаливания и организовал компанию «Русское товарищество электрического освещения». Позднее он получил патенты в Испании, Италии, Бельгии, Швеции, Англии и Индии, однако не успел зарегистрировать патент в США. Именно этот учёный предложил использовать вольфрамовую нить, которая сегодня применяется в лампах накаливания.
Со временем лампы Лодыгина были вытеснены более дешевыми и совершенными свечами Яблочкова. В 1906 году изобретатель уехал в Америку и продал свой европейский патент на лампу с вольфрамовой нитью компании Эдисона General Electric.
Конструкция
Лампы различных форм и размеров могут иметь свои конструкционные особенности, однако основные элементы остаются неизменными. Устройство включает стеклянную колбу, тело накала (обычно это вольфрамовая пружина), электроды, соединяющие тело накала с электрическим проводом. Также в конструкции присутствует цоколь, в основе которого находится электрод, обеспечивающий соединение между патроном светильника и лампочкой. Обычно модели общего назначения оснащены специальным предохранителем, предотвращающим отключение цоколя от колбы при выходе из строя тела накала.
Стеклянная колба является основным элементом любой лампы. Она защищает тело накала от внешних воздействий, способствует рассеиванию светового потока и формирует окончательную форму модели. Например, самая распространенная форма — это грушевидная, также часто можно встретить декоративные лампы в форме свечей. Эти формы отлично подходят для классических люстр или светильников. Декоративные варианты обычно меньше по диаметру, что делает их идеальным выбором для настенных светильников.
Размер колбы также варьируется. Имеются как миниатюрные лампы, используемые в рождественских гирляндах, так и довольно крупные формы, предназначенные для фонарей или прожекторов. Кроме того, колба может иметь цветное или зеркальное покрытие, что изменяет функциональные характеристики моделей.
Зеркальное покрытие ограничивает рассеивание света, концентрируя его на определённых участках, в то время как цветное покрытие обеспечивает цветное свечение для различных целей. Наиболее распространённые среди цветных ламп — синие, которые, согласно общему мнению, обладают оздоравливающим и санитарным эффектом, а также красные. Также подобные краски используются для создания световых эффектов на концертных выступлениях.
Внутренняя часть колбы содержит газовую среду. В ранних моделях такая среда отсутствовала, и нить накала находилась в вакууме, что не позволяло увеличить мощность светового потока. Заполнение колбы газами обеспечило более высокую яркость и максимальную мощность. Для создания газовой среды используют такие газы, как аргон, азот, ксенон и криптон.
Яркость и мощность светового потока напрямую зависят от используемого газа. Смесь азота и аргоном оставляет наименьшую яркость, тогда как ксенон обеспечивает самый яркий источник света. Световое свечение создаётся благодаря телу накала, которое обычно имеет форму длинной тонкой проволоки в виде спирали. Однако в зависимости от назначения, данный элемент может быть выполнен в других формах. Наиболее распространённым материалом для производства нити накала остаётся вольфрам, обладающий высокой прочностью, теплопроводностью и электрической проводимостью.
Завершающим элементом лампы является цоколь. Наиболее популярными моделями являются спиральные цоколи, которые могут иметь различный диаметр и подходить к различным типам патронов, применяемым в производстве осветительных приборов.
Декоративные лампочки
Декоративные модели нередко именуют винтажными лампами Эдисона.
Их основные характеристики:
- Спиральный цоколь с диаметром Е14 или Е27;
- Напряжение 220 В;
- Мощность от 20 до 100 Вт.
Кроме того, благодаря необычному расположению тела накала, срок службы таких моделей обычно несколько превышает стандартные лампы и может достигать 3500 часов, при условии стабильного напряжения и других факторов, не снижающих срок службы. Форма стеклянной колбы может быть весьма разнообразной: от свечевидной, пружинистой до круглых и овальных форм, идеально подходящих для дизайнерских люстр и бра в стиле ретро.
Необычные формы и размеры, оригинальные решения в расположении вольфрамовой нити позволяют использовать ретро-лампы в разнообразных стилях и реализовывать различные дизайнерские идеи.
Особенностью данного типа лампочек является наличие внутри колбы множества нитей накала — их общее количество может достигать 20 штук на один элемент освещения. Более того, эти нити могут быть расположены оригинальным образом. Наиболее популярные формы такие:
- Форма листа — вытянутая форма, напоминающая лист с прожилками и черенком, которая органично впишется в кантри-стиль оформления помещения.
- Спираль — вольфрамовая нить закручена в спираль, и большое количество таких нитей может создавать интересный визуальный эффект, подходящий для стиля лофт.
- Шпилька — позволяет получить минималистичное размещение, что делает данный вариант хорошим выбором для интерьеров в стиле минимализм.
- Елочка — интересная форма в виде ели с острыми углами, также подходящая для лофта или минималистического стиля.
- Беличья клетка — форма, придающая вид стенок клетки для небольших животных.
- Петля — форма, близкая к стандартному размещению, единственное отличие в том, что если в стандартной модели проволока намотана мелко, то здесь её завитки крупнее.
Каждая из форм выглядит стильно и эффектно, что позволяет не только украсить пространство с помощью формы самой лампы, но и вольфрамовой пружины. Также декоративные элементы могут быть цветными, что влияет на цветовую температуру и насыщенность света. Эти лампы способны создавать атмосферу праздника и могут использоваться в гирляндах и других элементах праздничного декора. Среди самых популярных цветовых решений выделяются синие, оранжевые, красные и зеленые оттенки. Использование матового покрытия придаёт эффект легкого тумана, а комбинация матовых и цветных поверхностей создаёт уникальный визуальный эффект.
Параметры сравнения лампочек
В быту используются лампы накаливания, галогенные, люминесцентные и светодиодные. Для упрощения выбора подходящего варианта для вашего дома, сравним их по следующим параметрам:
- Мощность — это количество электроэнергии, которое лампочка расходует за час работы. Чем выше мощность, тем выше затраты на электроэнергию. Единица измерения мощности — ватт (Вт, W); это значение указано на цоколе или на колбе лампочки.
- Цветовая температура, измеряемая в кельвинах: теплый свет — 2700–3200 K, нейтральный — от 3500 K и холодный — от 6000 K. Теплый желтый свет подходит для жилых комнат, а холодный белый — для кухни и рабочих зон.
- Срок службы лампочки, измеряемый в часах. Эта информация обычно указана на упаковке.
- Температура нагрева лампочки во время работы. Она не влияет на срок службы, но прямо соотносится с количеством потребляемой электроэнергии — чем выше температура, тем больше расходуется энергии и затрат на освещение.
- Разновидности цоколей. На упаковке светильника указано, какой цоколь к нему подходит.
- Удобство замены лампочки. Некоторые можно извлечь одной рукой, для других может потребоваться усилие или использование отвертки.
- Утилизация. Лампочки нельзя просто выбрасывать в мусорные контейнеры — разные виды требуют разного подхода к утилизации.
Лампы накаливания
Лампа накаливания, или, как её часто называют, лампочка Ильича, — это экономичный и проверенный временем тип освещения. За более чем сто лет её конструкция почти не претерпела изменений. Лампа состоит из цоколя и стеклянной колбы, внутри которой находится вольфрамовая нить и электроды в условиях вакуума или газа. Когда лампочка включена, электрический ток проходит через цоколь, нагревает нить и она начинает светить. Газ внутри колбы (обычно это аргон) необходим для увеличения срока службы нити накала. Лампы накаливания излучают приятный теплый свет (2700–3000 K), который подходит для всех комнат, особенно для спальни и гостиной.
Лампа накаливания E27 95 Вт 220 В груша прозрачная
Лампа накаливания Navigator Е14 40 Вт 250 Лм 230 В
Лампа накаливания Navigator Е14 60 Вт 660 Лм 230 В
Классические лампы накаливания предлагаются с двумя видами цоколей: Е14 и Е27. Маркировка Е указывает на наличие резьбового цоколя, его необходимо закручивать, а цифры — это диаметр цоколя в миллиметрах. Такие цоколи используются во множестве светильников — бра, торшерах, люстрах и других подвесных освещениях. Даже в уличных фонарях, но в таких случаях лучше избегать ламп накаливания, так как они хрупкие и не выдерживают высокой влажности.
Бра Vitaluce V4382 (V4382-1/1A) E27 40 Вт 220 В черное IP20
Люстра потолочная Vitaluce V4930 Е14 120 Вт 6 кв.м (V4930-1/3PL)
Светильник потолочный подвесной Navigator NIL-WF01-008-E27 E27 60 Вт
Избегайте использования ламп накаливания в светильниках с пластиковыми плафонами и не встраивайте их в натяжные потолки, так как они сильно нагреваются и могут повредить термоластичные материалы.
Мощность лампы накаливания варьируется от 10 до 210 Вт. Чаще всего в потолочных люстрах устанавливают лампы мощностью 60–75 Вт, а в ванных комнатах — 40 Вт. В среднем около 90% электроэнергии лампы накаливания расходуется на нагрев и лишь 10% на создание света. С точки зрения затрат на электроэнергию, лампа накаливания обходится в 10 раз дороже светодиодной при равной яркости.
Дизайнеры часто используют лампы накаливания как элемент интерьера в стиле лофт. Для этого идеально подойдут винтажные светильники с лампами Эдисона: они излучают теплый белый свет, создавая уютную и спокойную атмосферу.
С вероятностью порядка 1000 часов эксплуатации лампы накаливания имеют наименьший срок службы среди всех типов ламп. Заменить их легко: достаточно выключить свет, снять плафон, открутить перегоревшую лампу и вставить новую. Утилизировать лампу накаливания можно в любом пункте сбора, где принимают использованные лампочки — такие контейнеры обычно находятся на входах в строительные магазины, торговые центры или в местах раздельного сбора мусора.
Главным преимуществом ламп накаливания является их невысокая стоимость, но в процессе эксплуатации они обходятся довольно дорого, в связи с чем многие начинаются отказываться от них в пользу более современных источников света.
