Прибор для накаливания металла

Лампа накаливания – это источник искусственного света, который в процессе работы выделяет много тепла. Внутри ее металлическая спираль, чаще всего из тугоплавкого вольфрама. Этот элемент помещен в колбу, которая заполнена инертным газом, реже – вакуумная. Подобное наполнение не дает окисляться металлу. Такие лампы популярны благодаря низкой цене.

Путь создания

История этих ламп длинная и тернистая, не один создатель принял участие в ее творении. Разделить процесс создания можно на такие этапы:

1. Изобретение Лодыгина. Русский ученый придумал, как засветить угольный стержень в стеклянном сосуде без доступа воздуха. Проблема была в том, что нить стала быстро перегорать. Чуть позже именно он предложил заменить угольный стержень вольфрамовым.
2. Вклад Томаса Эдисона. Ему удалось создать недорогую и относительно долговечную модель подобной лампы. Он наладил потоковое производство, изготовить лампу можно было в нужных объемах. Почти всю жизнь он совершенствовал лампу, применяя разные материалы для достижения лучшего эффекта.

Со временем лампы начали наполнять инертными газами, что в разы увеличивало срок эксплуатации.

С момента появления она не очень сильно изменилась

Сфера использования

Не так давно лампы накаливания присутствовали в различных сферах жизни, в быту и на предприятиях. Это обуславливается простой их монтажа, эксплуатации и обслуживания. Используются в таких сферах:

• Общего предназначения для внутреннего и наружного освещения в частных домах, квартирах, офисах.
• Местного применения – для подсветки рабочих мест.
• Также есть специальные автомобильные лампы накаливания.
• Устанавливаются в поездах, на судах, и в самолетах.
• Миниатюрные ЛН применяются в фонариках, шкалах приборов.
• Сверхминиатюрные в отдельных медприборах, пультах управления.
• Также есть коммутационные, маячные, кинопроекционные.

Важно! Во многих сферах сегодня используются экономичные лампы, но все же потребительский интерес применения ЛН не снижается.

Характеристики

Лампы накала обладают такими характеристиками:

1. Разлет мощностей. Зависит от сферы использования, так для бытовых целей применяются лампы от 25 до 150 Ватт, для других – до 1000 Вт.
2. Нить накаливается до 2000–2800 градусов.
3. Напряжение – 220–330 В.
4. Световая отдача – 9–19 Лм/1Вт.
5. Размеры цоколя – Е 14, Е 27 и Е 40, что соответствует 14, 27 и 40 мм. Тип цоколя – резьбовой и штифтовой. Последний может быть одно- или двухконтактным.
6. Ресурс функционирования – 1000 часов при оптимальных условиях.
7. Выделяют в процессе горения много тепла, имеют чувствительность к частым выключениям.
8. По цене они самые доступные из предложенных в магазинах ламп.
9. Средний вес – 15 г.

Характеристики ламп разной мощности

Принцип действия

Суть работы всех ЛН в использовании принципа нагревания вещества при прохождении сквозь него тока. В этом случае повышается температура нити накала после замыкания электрической цепи. Как результат запускается эффект электромагнитного теплового излучения. Чтобы оно стало видимым для человека, температура нагревания должна превышать 570 ⁰C – это начало красного свечения.

Внутри лампы нить накаливания разогревается до 2000–2800 ⁰С. При разогревании до такой температуры на воздухе вольфрам превращается в оксид – на нем образуется белый налет, поэтому внутрь колбы закачиваются нейтральные газы.

На заре развития данной технологи освещения в лампочке создавался вакуум, сейчас это практикуют только для изделий минимальной мощности.

При закручивании в патрон цоколя лампы и замыкании цепи запускается процесс накаливания нити, и она дает свет.

Конструкция

Конструкция ламп накаливания

Устройство всех ЛН схоже, в них содержаться:

1. Рабочая часть – нить из вольфрамовой проволоки, свернутая в спираль. Удельное сопротивление этого металла в 3 раза больше, чем у меди. Вольфрам используется, потому что он тугоплавкий и можно максимально уменьшить сечение нити. За счет этого повышается электрическое сопротивление. Питание спираль получает от электродов.
2. Спираль удерживают элементы из молибдена. Он также тугоплавкий, имеет низкий коэффициент теплового расширения.
3. Колба из стекла. Внутри ее инертный газ, что не дает сгореть нити накала. Именно поэтому такие лампы не вакуумные, именно газ создает давление внутри колбы.
4. Электроды соединяются с контактными элементами цоколя с помощью медных проводников.
5. Цоколь. Такой элемент есть во всех рассматриваемых лампочках, за исключением специальных автомобильных. Резьба на цоколе и его размер могут быть различными.

Цоколь

Самые привычные для нас лампочки с резьбовым цоколем, размеры их стандартизированы. Для моделей, что используются в бытовых условиях, востребованы Е 14, Е 27 и Е 40. Реже используются для таких источников света без резьбы, но они распространены в автомобильном деле.

Интересно! В Америке и Канаде используются другие стандарты цоколей по причине иного напряжения в сети. Для них привычные размеры резьбы в мм: 12, 17, 26 и 39. При отражении размера цоколя на лампочке перед цифрами стоит так же как и у нас литера Е.

Цоколи ламп накаливания

Маркировка

Разобраться в маркировке ламп накаливания несложно, основные обозначения, которые можно встретить:

• Специфика конструкции и свойства. «Б» указывает на аргоновую биспиральную ЛН, «В» – на содержание внутри вакуума, «Г» – на то, что в лампу закачан газ, «БК» – биспиральная криптоновая, «МЛ» – молочный цвет колбы, «МТ» – матовая, «О» – опаловая.
• О назначении лампочки расскажет вторая часть маркировки. «Ж» – железнодорожная, «КМ» – коммутационная, «СМ» – для самолетов, «А» – для автомобилей, «ПЖ» – лампа высокой мощности для использования в прожекторах.
• Форму обозначают так: «А» – абажур, «Д» – декоративная, «В» – витая.
• Первые цифры – это номинальное напряжение.

Коэффициент полезного действия и долговечность

Существенные недостатки таких ламп – это небольшой срок эксплуатации и низкий коэффициент полезного действия. Под КПД подразумевается соотношение мощности и заметного человеку излучения.

Как помним, нить разогревается до 2700 К, в этом случае ее КПД около 5%. Вся остальная энергия, которая, кстати, в полном объеме превращается в излучение, припадает на инфракрасный спектр, который невидим для человека.

Мы воспринимаем его как тепло.

Теоретические повысить КПД до 20% можно, для этого следует увеличить температуру нити накала до 3400 К, получаемый свет в этом случае будет в 2 раза ярче, правда, срок эксплуатации уменьшается на 95%.

Если мощность снижать, то период эксплуатации ламп накаливания может увеличиваться в 5 и более раз. Уменьшение напряжения при этом снижает КПД, но использовать лампочку получиться в 1000 раз дольше. Этот эффект используется при создании надежного дежурного освещения. Конечно, это возможно, только если нет критических требований к освещенности.

Процесс перегорания лампы накаливания

Виды ламп и их функциональное назначение

Существует много ламп накаливания, классификация их происходит по функциональному назначению и конструкционным особенностям.

Общего, местного предназначения

Вплоть до 1970 года их называли нормально-осветительными. Эта группа является самой массовой среди обычных ЛН. Ранее успешно использовались как для общего, так и для декоративного освещения дома, в офисах, других учреждениях. На данный момент во многих странах, в том числе в России, их выпуск ограничивается.

Что касается лампочек местного назначения, то они по конструкции такие же, как и общего, но рассчитаны они на пониженное рабочее напряжение. Использоваться могут в ручных переносных светильниках, для освещения станков, верстаков и т. д.

Лампа общего назначения

Декоративные

Основная их особенность – это фигурная колба, размеры ее могут быть очень разными, также как и расположение внутри нити накаливания. Подобные модели сегодня очень востребованы, но выполняют не так роль освещения, как декора, в особенности в винтажных или ретро дизайн-проектах. Внешний вид подобной лампы очень оригинален.

Варианты исполнения декоративных ламп

Иллюминационные

Колба у них окрашена в разные цвета, в зависимости от целевого использования. Удобны для оснащения иллюминационных установок.

Краска в основном наносится на колбу внутри, для этого применяются неорганические пигменты. Значительно реже такие лампы красят снаружи. Мощность их небольшая, варьируется в пределах 10–25 Вт.

Необходимый эффект они дают только первое время, далее цвет их меняется, теряет яркость.

Иллюминационная лампа может быть разной мощности

Сигнальные

Применялись в разных светосигнальных приборах. На данный момент из этой сферы их вытесняют светодиодные лампы.

Вариант исполнения сигнальной лампы

Зеркальные

Колба такой лампы имеет специфическую форму, внутри она покрыта тонким слоем алюминия. За счет этого создается зеркальный эффект, также есть прозрачная часть.

Основная задача таких ламп – распределение светового потока с целью сосредоточения в пределах определенной зоны. Удобно их использовать в витринах магазинов, в торговых залах.

Именно такие лампы используются для обогрева новорожденных птенцов и других животных.

Зеркальная лампа накаливания

Транспортные

Эта группа очень обширная, используется в разных транспортных средствах, для фар или другой подсветки. Востребованы для:

• Автомобилей.
• Мотоциклов.
• Тракторов.
• Самолетов и вертолетов.
• Речных и морских судов.

Такие лампы имеют ряд особенностей, среди них:

1. Высокая прочность.
2. Стойкость к воздействию вибрации.
3. Специальные цоколи, за счет чего удается быстро менять вышедшую из строя лампу.
4. Они рассчитаны на питание от электрической сети ТС.

Автомобильные лампы накаливания

Двухнитевые

Это подтип специальной лампы накаливания, которые используются в:

• Автомобилях. Так, лампы для фар могут иметь 2 нити накала. Одна из них идет на ближний свет, вторая – на дальний. Аналогичная ситуация и для задних фонарей, только тут отдельные нити для габаритов и для стоп-сигналов.
• Самолетах. В отдельных моделях в посадочно-рулежной фаре.
• Ж/д светофорах. Тут двухнитевые лампы – это элемент безопасности и подстраховки, если перегорит одна, то вторая сможет продолжать подавать сигнал.

Важно! Есть и другие варианты ламп, например, имеющие специальный спектр излучения, нагревательные, проекционные и другие. Но сегодня они активно вытесняются другими типами лампочек.Двухнитевая автомобильная лампа накаливания

Преимущества и недостатки

Самые популярные в мире лампы имеют как преимущества, так и много недостатков, особенно с развитием новых технологий освещения. Начать стоит с достоинств, конкретней:

• Доступная цена. Это самый бюджетный вариант на данный момент. Правда, это касается только стоимости, но не счетов за электроэнергию.
• Компактные размеры.
• Практически не страдают от перепадов напряжения в сети.
• Не требуется время для разогрева.
• При функционировании на переменном токе мерцания невидимо.
• Можно использовать электронные диммеры для контроля и экономии потребления электроэнергии.
• Спектр отлично воспринимается человеческим глазом, тип его непрерывный.
• Индекс цветопередачи на высоком уровне.
• Можно использовать в любом температурном режиме, независимо от разновидности.
• Большой разлет вольтажа, от долей до сотен Вольта.
• Не требуют специальной утилизации, так как не содержат внутри токсических компонентов. То есть не несут вред людям и другим живым существам.
• Не нужна дополнительная пускорегулирующая аппаратура, что в сравнении с современными источниками света большой плюс.
• Во время работы не гудят и не создают радиопомех.
• Нечувствительность к полярности – она все равно будет работать.
• Создают минимальный уровень излучения УФ лучей, если сравнивать с другими современными лампочками.

Основные плюсы и минусы

Недостатки:

1. Низкая световая отдача и непродолжительный период эксплуатации – это самые большие минуса лампочек накала.
2. Зависимость качества световой отдачи от напряжения.
3. Выработка огромного количества тепла.
4. Потребляют много электроэнергии.
5. Пожароопасность. В зависимости от мощности лампочки, поверхность вокруг нее нагревается вплоть до +330 ⁰C.
6. Есть риск взрыва лампы, что приведет к травмированию.
7. Хрупкость.

Вывод

Современные источники света активно вытесняют лампы накаливания их схем использования в быту и в других сферах. Их производство сокращается, но все равно традиционные лампы остаются популярными среди многих потребителей.

???? Пройдите тест и проверьте ваши знания

Лампа заметно мерцает и светит тускло Увеличивается расход энергии Сокращается срок службы лампы Кварц лучше пропускает видимый свет Чтобы колба не расплавилась от раскаленной спирали Ее не делают из кварцевого стекла Из-за самоиндукции спирали на лампе появляется скачок повышенного напряжения Это миф. Лампы сгорают в любое время В момент включения через спираль течет очень большой ток Инертным газом или вакуумом – зависит от конструкции Конденсатор сильно нагревается Потребляет больше энергии Резистор сильно нагревается Все ли ты знаешь о лампах накаливанияПохоже ты ничего не знаешь про лампы накаливанияСлабенько, побеседуй о лампах со знакомым электриком.Неплохо, но что-то ты не понял или еще не читал наши статьи?Ты знаешь всё про лампы накаливания! Показать код встраивания теста ПредыдущаяСледующая

прибор накаливания, 5 букв, сканворд

прибор накаливания

Альтернативные описания

• • осветительный или нагревательный прибор различного устройства
• • чья жизнь всегда на волосок от смерти
• • электровакуумный прибор
• • жилье Джинна
• • прибор для освещения
• • шелковая расписная ткань
• • блиц у фотографа
• • ее жизнь действительно висит на волоске
• • галогенная в фаре автомобиля
• • осветительный прибор, имевшийся у Аладдина
• • настольное светило
• • люстра
• • осветительный прибор Аладдина
• • волшебное устройство Аладдина
• • обитель джинна
• • освещает помещение
• • светильник
• • источник света в патроне
• • предмет Аладдина
• • «темница» джинна

• люминисцентная …

• «солнышко» в квартире

• … дневного света

1. • осветительный прибор
2. • юная тезка Евлампии
3. • диод или пентод

• «волшебная … Аладдина» (сказка)

• • паяльный прибор
• • дружеское произношение имени Евлампия
• • триод, пентод

• … накаливания

1. • светило Аладдина
2. • темница для аладдинового джина
3. • уменьшенная Евлампия

• электронная …

• • обитель аладдинового джинна
• • евлампия в коротком платьице
• • осветительная «фея» Аладдина

• бактерицидная …

1. • уменьшенная форма имени Евлампия
2. • светильник Аладдина
3. • жилище джинна
4. • уменьшенное от имени Евлампия
5. • младшая «сестрица» прожектора
6. • электровакуумный светильник
7. • комнатное «солнышко»
8. • светит в глаза на допросе

• в парижском доме Дмитрия Мережковского и Зинаиды Гиппиус собиралось литературное общество «Зеленая …»

• • что в патрон вкручивают?
• • волшебная у Аладдина
• • стеклянная свечкина «внучка»
• • настольный светильник
• • электронный прибор
• • емкость для джинна
• • место заточения джинна
• • Осветительный прибор
• • Осветительный или нагревательный прибор
• • «Жилье» джинна

• «волшебная … Аладдина» (сказка)

• «солнышко» в квартире

• «темница» джинна

• в парижском доме Дмитрия Мережковского и Зинаиды Гиппиус собиралось литературное общество «Зеленая …»

• внутри прожектора

• дружеская форма имени Евлампия

• ж. немецк. сосуд разного вида и устройства, для освещения жилья маслом, ворванью, жидким салом; лампа обычно со стеклом, иногда с часовым ходом, для накачиванья масла; простая лампа, латка с жиром, плошка, жирник, каганец. Ламповый, к лампе относящ. Ламповщик м. ламповый мастер, продавец; кому поручен уход и присмотр за лампами. Ламповщичий, к ламповщику относящ.

Лампада, -дна, -дочка ж. простая лампа, плошка, жирник, каганец; ночник на масле, светник; сосудец разного вида, со светильнею и с деревянным маслом, подвешиваемый на цепочках к иконам. Лампадный, к лампаде относящ. Лампадчик м. лампадный мастер или продавец. При архиерейском служении: кто выносит лампаду, по чину службы, свещеносец. Растен.

Verbascum nigrum, селифан, быковник

1. • комнатное «солнышко»
2. • младшая «сестрица» прожектора
3. • осветительная «фея» Аладдина
4. • стеклянная свечкина «внучка»
5. • что в патрон вкручивают
6. • электрогруша
7. • темница для Аладдинового джина

Лампы накаливания: виды и основные характеристики

Человек постоянно пытается продлить световой день, освещая свое жилище в темное время суток. Началось это еще на заре цивилизации и продолжается по сей день.

Осветительные приборы прошли эволюционный путь от примитивной лучины, до высокопроизводительной электролампочки. Родительницей электроосвещения стала лампа накаливания, патент на которую был получен еще в середине XIX века.

И хотя инновационные осветительные ресурсы активно завоевывают рынок, но все равно добрая старая «лампочка Ильича» остается достаточно востребованной.

Принцип действия и особенности конструкции

При нагреве до определенной температуры металл начинает светиться. Это свойство и используется в лампах накаливания. При этом пришлось решить несколько проблем, которые препятствовали созданию эффективного осветительного элемента.

Во-первых, нужно было подобрать материал, который при накаливании не расплавится. В результате спираль изготавливается из вольфрама – самого дешевого из тугоплавких металлов. Во-вторых, процесс нагрева ускоряет окислительные процесс, который оказывает негативное влияние на состояние металла.

Значит, необходимо было предотвратить контакт раскаленной спирали с кислородом, т. е. с воздухом.

В результате получилась конструкция лампы, которая преодолевает все проблемы и в то же время поражает своей простотой:

• грушевидная колба из стекла с прикрепленным к узкой части металлическим цоколем. На нем имеется резьба, при помощи которой устройство вкручивается в патрон. В некоторых моделях резьба отсутствует, но имеются другие решения, соответствующие условиям эксплуатации;
• внутри колбы имеется стеклянная ножка, с впаянными двумя электродами. Своими верхними концами они крепятся к краям спирали, а нижними – к цоколю. Причем один припаян к корпусу, а второй – к контакту на его дне;
• вольфрамовая спиралевидная струна крепится к электродам и держателям (ножкам), изготовленным из тугоплавкого металла (молибдена). Они не дают спирали провиснуть при нагреве и оборваться. В зависимости от назначения ламп накаливания спиралей может быть несколько, а значит количество контактов и поддерживающих ножек увеличивается соответственно.

Из колбы откачивают воздух и заполняют ее инертным газом либо оставляют вакуумную среду. Этим решается проблема окисления. Проходя через вольфрамовую спираль, электрический ток разогревает ее. Причем происходит это незаметно для человеческого глаза и световой поток в результате накала проводника распространяется практически мгновенно.

Как устроена лампочка накаливания.

Применяемые в лампах накаливания материалы

При изготовлении ламп накаливания используются разные материалы. Регулируется производство соответствующими статьями ГОСТа, в которых прописаны все необходимые требования – от размеров, до требований безопасности.

Металлы

В лампе накаливания присутствуют металлические детали – спираль и держатели. Нить накаливания чаще всего производят из вольфрама – тугоплавкого металла с температурой плавления до 3400°С.

Значительно реже для спирали используют осмий и рений. При включении в сеть температура нити накала достигает 2000-2800°С.

Ножки должны выдерживать высокую температуру и иметь низкий показатель теплового расширения, поэтому их делают из молибдена, который соответствует выдвигаемым требованиям.

Вводы

В этом осветительном элементе металлическими так же будут и контакты, по которым ток из сети будет передаваться на рабочую зону. Одним контактом выступает алюминиевый цоколь, к которому изнутри крепится проволока, выходящая к электроду (чаще всего, никелевому). Второй контакт располагается на донышке цоколя и отделяется от основного корпуса изолятором.

Стекла

В лампе накаливания колба производится из обычного прозрачного стекла. Встречаются виды из матового стекла, которое рассеивает свет, делая его мягче. Бывают особые модели в цветных колбах или с зеркальным напылением.

Газы

Для предотвращения образования окиси и сгорания вольфрама колбу лампы наполняют инертным (химически неактивным) газом – аргон, ксенон, криптон или азот. Бывают вакуумные виды. Кроме относительного повышения срока службы, подобные модели имеют минимальную теплоотдачу.

Характеристики

Лампы накаливания характеризуются такими величинами:

• мощность (Вт). Диапазон этого показателя впечатляет размахом – от 25 до 1000 Вт. Подбирают «силу свечения» исходя из расчета освещенности помещения. Для бытовых нужд достаточно в 25-150 Вт, а для других – мощнее;
• напряжение (В). Выпускаются виды ламп, работающих от напряжения 220 В, 380 В. Так же существуют источники освещения, работающие на пониженном напряжении;
• светоотдача (Лм/Вт). Чем выше этот показатель, тем ярче будет гореть источник света. Для данного продукта он находится в диапазоне 9-19 Лм/Вт;
• вид и размер цоколя. По виду монтажа цоколь бывает резьбовой и одно- либо двухконтактный штифтовой. Размер цоколя имеет три стандарта – Е14, Е27 и Е40 (самые ходовые). Цифры обозначают диаметр в миллиметрах;
• эксплуатационный ресурс. В приемлемых условиях лампа накаливания может функционировать до 1000 часов.

Виды и характеристики ламп накаливания достаточно разнообразны. Это обуславливает их популярность и распространенность в различных производственных и бытовых сферах.

Цоколи ламп (типы, виды, расшифровка).

Разновидности ламп накаливания

Классифицируются лампы накаливания исходя из их конструкционных особенностей и сферы применения.

Общего и местного назначения – самая многочисленная группа. Лампы общего вида используются при организации основного освещения бытовых, промышленных и общественных помещений. Основным отличием устройств местного назначения является пониженное напряжения источника питания. Поэтому чаще всего их используют в переносных светильниках, для освещения рабочего места и т. д.;

Декоративные отличаются разнообразием размеров, форм и расположением спирали. Такие лампы накаливания обрели популярность в последнее время благодаря неординарному внешнему виду. Чаще всего их используют в дизайн-проектах в качестве декоративного элемента.

Иллюминационные виды ламп накаливания отличаются небольшим рабочим напряжением. Как правило, у них цветная колба, окрашенная изнутри (реже снаружи) неорганическим пигментом.

Палитра красок самая разнообразная и зависит от цели использования. Чаще всего применяются в иллюминационных устройствах.

Но эффективная цветопередача сохраняется недолго – под воздействием высокой температуры пигмент «выгорает» и теряет первоначальную яркость.

Иллюминационная лампа накаливания.

Сигнальные постепенно становятся историей. Все чаще их заменяют светодиодные элементы. Разрабатывался этот вид ламп накаливания для разнообразных светосигнальных устройств.

Зеркальные имеют колбу своеобразной формы. Ее разрабатывали с таким расчетом, чтобы световой поток имел определенную направленность.

Препятствует рассеиванию и способствует фокусировке специальное алюминиевое покрытие. Оно наносится изнутри, оставляя не закрашенным определенный участок колбы (как правило верхний), через который и будет выходить луч света.

Используется в местах где необходимо организовать направленное освещение.

Лампf накаливания зеркальные (ЗК).

Транспортные лампы используются в самых разнообразных ТС. Их конструкция и технические характеристики соответствуют условиям эксплуатации. Такие осветительные элементы отличаются повышенной прочностью и вибрационной устойчивостью.

Устройство цоколя позволяет быстро сменить вышедшую из строя лампу на новую. Рассчитаны на работу от электросети транспортного средства.

 Основные виды таких элементов используются в осветительных приборах авто- и мототранспорта, на тракторной технике, самолетах и вертолетах, на морских и речных судах.

Отдельно в этой категории стоят двухнитевые лампы накаливания. В них имеются две спирали, что позволяет в некоторых ситуациях использовать вместо двух один элемент освещения. Например, фары автомобиля (переключение с ближнего на дальний или с габаритов на стоп-сигналы), ж/д светофоры и т. д.

Лампа накаливания, 12V, 21/5W, BAY15d, МАЯК, 61215, двухнитевая с большим цоколем.

Отдельную группу составляют галогенные лампы накаливания. Использование галогенов позволило значительно уменьшить габариты конструкции при повышении светоотдачи. По этой технологии изготавливаются элементы для общего освещения, инфракрасных облучателей, кино- и телеоборудования, прожекторов и пр.

Сфера использования

Лампы накаливания используются в самых различных сферах жизнедеятельности человека. Трудно даже представить место или устройство, где бы они не применялись.

Начиная от обычного бытового освещения жилых помещений, до организации световой сигнализации, от карманного фонарика, до мощнейших военных прожекторов.

И хотя современные технологии не стоят на месте предлагая все новые источники освещения, но во многих случаях «классические» лампочки не имеют равноценной замены. Подобная популярность вполне объяснима – они недороги, просты в монтаже и эксплуатации.

Маркировка

В маркировке ламп накаливания используются буквенные и цифровые обозначения. Состоит она из четырех частей:

• первая – буквенная. В ней отражены конструкционные и физические особенности. Б – биспиральная с аргоном, Г – газовая односпиральная аргоновая, В – вакуумная, БК – биспиральная криптоновая, МЛ – молочный цвет стекла, О – колба опалового цвета;
• вторая – буквенная. Показывает сферу использования. Ж – для ж/д, СМ – для самолетов, КМ – коммутационная, А – для автотранспорта, ПЖ – для прожекторов;
• третья – цифирная. Рабочее напряжение и номинальная мощность;
• четвертая – цифирная. Номер доработки.

Зная особенности маркировки продукции можно без труда подобрать необходимый для конкретных условий эксплуатации вид.

Достоинства и недостатки ламп накаливания

Лампы накаливания имеют как достоинства, так и недостатки. К основным минусам относится низкий коэффициент полезного действия. Для источников света под КПД подразумевается отношение интенсивности видимого светового потока к мощности, потребляемой для его производства.

Его уровень не превышает 15% при температуре накала 3126°С. Но срок службы устройства при этом составляет всего несколько часов. При снижении нагрева эксплуатационный период повышается, но снижается КПД.

При 2427°С коэффициент полезного действия составляет всего 5%, но светит такая лампочка на протяжении около 1000 часов. (Расчеты взяты для обычной грушевидной лампы накаливания мощностью 60 Вт).

Это значит, что львиная доля энергии уходит в тепло (инфракрасное излучение), и только незначительная часть переходит в видимый для человеческого глаза спектр.

Еще имеются и такие недостатки у ламп накаливания:

• светоотдача напрямую зависит от напряжения;
• относительная пожароопасность – пространство вокруг колбы может нагреваться до +300°С;
• неэкономичность;
• хрупкость;
• существует вероятность взрыва колбы;
• незначительная величина срока службы лампы накаливания, особенно по сравнению с новейшими видами.

Но все эти недостатки перекрываются многочисленными достоинствами:

• доступная цена;
• компактность;
• широкий диапазон мощности;
• непрерывный светопоток с близкой к естественной светопередачей;
• не мерцает на переменном токе;
• не требуют дополнительных пускорегулирующих устройств и специальной утилизации;
• не теряют яркости.

Благодаря этим достоинствам лампы накаливания остаются лидерами продаж в сегменте осветительных элементов.

Вместо заключения

К преимуществам ламп накаливания можно отнести и их «всепогодность». Был проведен интересный эксперимент, в котором включение осветительных элементов различных видов осуществлялось при экстремально низкой температуре — -150°С. И только обычна лампа накаливания выдержала и работала стабильно, обойдя галогеновую, светодиодную и люминесцентную.

Электрические лампы и нагревательные приборы | 8 класс | Физика

Содержание

При протекании электрического тока по проводнику можно наблюдать его различные действия: тепловое, химическое, магнитное, световое. Тепловое действие описывается законом Джоуля-Ленца: $Q = I^2Rt$.

Именно оно лежит в основе действия ламп накаливания, которые так активно используются человечеством.

Электрический чайник, утюг, кипятильник — действие этих приборов тоже основывается на тепловом действии тока.

На данном уроке мы рассмотрим устройство электронагревательных приборов и различных видов ламп, сравним их друг с другом, а также вы узнаете, какие открытия и изобретения привели к их созданию.

Устройство лампы накаливания

Одно из самых наглядных проявлений действия теплового тока — это свечение лампы накаливания. Рассмотрим устройство и принцип работы таких ламп.

Главная часть любой лампы накаливания — это вольфрамовая спираль. Этот элемент также называют нитью накаливания лампы.

Почему этот элемент изготовлен именно из вольфрамовой проволоки? Дело в том, что вольфрам — тугоплавкий металл. Его температура плавления составляет $3387 degree C$ (рисунок 1). При использовании лампы накаливания такая спираль нагревается до $3000 degree C$ — до белого каления. Она начинает ярко светиться.

Рисунок 1. Температуры плавления некоторых металлов

Вольфрамовая спираль укреплена на держателях (рисунок 2). К ней же подключены электроды. Они обеспечивают протекание электрического тока.

Рисунок 2. Лампа накаливания

Вольфрамовая спираль находится в стеклянной колбе. В процессе изготовления из этой колбы выкачивают воздух и заполняют ее инертным газом (азотом, криптоном или аргоном).

Если оставить в колбе воздух, то он очень быстро нагреется от вольфрамовой проволоки. Это приведет к его расширению — колба лопнет. Сама спираль, нагретая в воздухе, быстро окисляется и разрушается. Вакуум тоже не подходит — вольфрам быстро испаряется.

Спираль истончается и перегорает. Поэтому используют инертные газы — их молекулы препятствуют выходу частиц вольфрама из спирали (возгонке). Так нить накаливания медленнее разрушается под действием высоких температур — срок действия лампы увеличивается.

Лампы накаливания изготавливаются в расчете на различные значения напряжения:

1. $220 space В$ — для городской осветительной сети
2. $50 space В$ — для железнодорожных вагонов
3. $12 space В$ — для автомобилей и техники
4. $3.5 space В$ и $2.5 space В$ — для карманных фонарей и других небольших осветительных приборов

{«questions»:[{«content»:»В лампе накаливания используется[[choice-1]]»,»widgets»:{«choice-1»:{«type»:»choice»,»options»:[«вольфрамовая спираль»,»медная спираль»,»железная спираль»],»answer»:[0]}}}]}

На данный момент времени лампы накаливания постепенно все больше и больше вытесняются энергосберегающими и светодиодными лампами.

Люминесцентная (энергосберегающая) лампа

Теперь рассмотрим другой вид ламп — энергосберегающую (рисунок 3).

Рисунок 3. Энергосберегающая (люминесцентная) лампа

Она представляет собой стеклянную колбу, наполненную парами ртути и аргона. К ней подсоединено специальное пускорегулирующее устройство. 

Внутренняя поверхность колбы покрыта люминофором (рисунок 4). Это специальное вещество, которое при воздействии ультрафиолетового излучения начинает испускать видимый свет.

Откуда берется ультрафиолетовое излучение? Его как раз и провоцирует ток, проходящий через газообразное рабочее тело лампы (пары ртути и аргона). Здесь уже используется не тепловое действие тока, а химическое.

Рисунок 4. Принцип действия люминесцентной лампы{«questions»:[{«content»:»В основе принципа действия энергосберегающей лампы лежит[[choice-4]]»,»widgets»:{«choice-4»:{«type»:»choice»,»options»:[«химическое действие тока»,»магнитное действие тока»,»тепловое действие тока»,»световое действие тока»],»answer»:[0]}}}]}

Устройство светодиодной лампы (рисунок 5) основано на использовании более новых технологий.

В такой лампе электрический ток проходит через специальное устройство — ЧИП. Это устройство нанесено на полупроводниковый кристалл и вместе с ним образует новый элемент — светодиод. Светодиоды обладают способностью преобразовывать электроэнергию в обычный видимый свет. Это проявление светового действия тока.

Рисунок 5. Светодиодная лампа

Светодиоды прикрыты специальной светорассеивающей полусферой — рассеивателем. 

В основании лампы, между цоколем и рассеивателем, находятся радиатор и драйвер. Радиатор предназначен для отведения тепла от светодиодов (тепловое действие тока никто не отменял). Драйвер служит для преобразования напряжения сети ($220 space В$) в постоянное низкое напряжение (от $2 space В$ до $4 space В$), которое подходит для питания светодиода.

В состав одного светодиода может входить  как один ЧИП, так и несколько, они могут быть разных размеров и формы (рисунок 6).

Рисунок 6. Светодиодные лампы{«questions»:[{«content»:»Главный элемент светодиодной лампы — это[[choice-9]]»,»widgets»:{«choice-9»:{«type»:»choice»,»options»:[«светодиод»,»вольфрамовая спираль»,»люминофор»,»радиатор»],»answer»:[0]}}}]}

Чем же светодиодные лампы лучше энергосберегающих и ламп накаливания? Сравнительные характеристики приведены на рисунке 7.

КПД ламп накаливания составляет около $3 %$. Большая часть электроэнергии преобразуется в тепловую энергию. 

Для люминесцентных ламп коэффициент полезного действия составляет не больше $15 %$. Их энергопотребление в 5 раз меньше, чем ламп накаливания. 

Светодиодные лампы имеют КПД около $30 %$. В основном потери происходят из-за защитной колбы, которая поглощает часть световой энергии. Энергопотребление таких ламп в 7 раз ниже ламп накаливания.

Рисунок 7. Сравнительные характеристики ламп накаливания, люминесцентных и светодиодных ламп

Обратите внимание, что мощность уже не является основной характеристикой при выборе лампы. Так, светодиодная лампа в $9 space Вт$ может заменить собой стандартную лампу накаливания мощностью $75 space Вт$. 

Для того, чтобы иметь возможность сравнить между собой разные лампы, используется новый параметр — световой поток (рисунок 8). Он показывает, какой объем света способна выдавать лампа и измеряется в люменах ($Лм$). C помощью него мы можем оценить уровень освещения, который дает та или иная лампа.

Рисунок 8. Световой поток ламп накаливания разной мощности

Например, лампа накаливания $75 space Вт$ выдает световой поток в $800 space Лм$. Схожий уровень освещенности даст энергосберегающая лампа мощностью $19 space Вт$ или светодиодная лампа мощностью $9 space Вт$. Как вы видите, использование светодиодных ламп вместо ламп накаливания приводит к большой экономии электроэнергии.

{«questions»:[{«content»:»Самым низким коэффициентом полезного действия обладают[[choice-13]]»,»widgets»:{«choice-13»:{«type»:»choice»,»options»:[«лампы накаливания»,»светодиодные лампы»,»люминесцентные лампы»],»answer»:[0]}}}]}

Нагревательные приборы

Тепловое действие тока широко используется в электронагревательных приборах. К ним относятся электрические плиты, чайники, обогреватели, утюги, кипятильники.

Электронагревательные приборы также используют в промышленности  для выплавки определенных сортов металла и электросварки. В сельском хозяйстве явление нагревания проводника электрическим током нашло свое применение в обогреве теплиц (рисунок 9), инкубаторов, кормозапарников.

Рисунок 9. Кабельное отопление грунта в теплице

Основная часть таких приборов — это нагревательный элемент.

Нагревательный элемент — проводник с большим удельным сопротивлением, способный не разрушаясь выдерживать нагревание до высоких температур ($1000-1200 degree C$).

{«questions»:[{«content»:»Какие приборы являются электронагревательными?[[choice-16]]»,»widgets»:{«choice-16»:{«type»:»choice»,»options»:[«газовая плита»,»кипятильник»,»электрический инкубатор»,»фен»,»миксер»],»answer»:[1,2,3]}}}]}

История развития электрического освещения

Все началось с создания в 1802 году русским физиком и первым в мире электротехником Василием Владимировичем Петровым электрической дуги (рисунок 10). Это изобретение можно считать прообразом лампы накаливания и первым осветительным элементом.

Петров взял два угольных стержня-электрода, имеющих разноименные электрические заряды. Оказалось, что если их приблизить друг к другу, то они дают яркий разряд в форме дуги. 

Рисунок 10. Электрическая дуга Петрова

Тем не менее электрическая дуга оставалась без внимания до 1876 года.

Русский инженер и электротехник Павел Николаевич Яблочков разработал прибор, который назвал «электрической свечой» (рисунок 11).

В основе этого устройства и оказалась электрическая дуга Петрова: два угольных стержня расположены параллельно друг другу и разделены слоем каолина (белой глины). Эта лампа широко использовалась в Лондоне для освещения улиц.

Рисунок 11. «Электрическая свеча» Яблочкова

В 1872 году была изобретена первая лампа накаливания (рисунок 12) русским инженером Александром Николаевичем Лодыгиным. Здесь уже было применено знание о тепловом действии тока.

В устройстве лампы были две медные проволоки, соединенные с источником тока. Они были впаяны в стеклянный шар. Между ними закреплялся тонкий угольный стержень. Он раскалялся и ярко светился.

Чтобы продлить работу такой лампы, из стеклянной колбы откачивали воздух. 

Рисунок 12. Лампа Лодыгина

Далее следовало огромное количество модификаций и экспериментов: к 1890-ым годам в лампах уже стали применять вольфрамовую нить вместо угольных стержней. Тогда лампы накаливания сменили «электрическую свечу» Яблочкова. Прогресс постепенно привел к появлению энергосберегающих и светодиодных ламп.

Первая энергосберегающая лампа была создана в 1901 году американским инженером Питером Купером Хьюиттом. Она излучала неприятный голубовато-зеленый свет, поэтому не получила распространения. По это причине создание полноценной энергосберегающей лампы относят к 1926 году Эдмундом Гермером.

Исследования, относящиеся к светодиодам, длились с 1920-ых годов. Первые светодиодные лампы с желто-зеленым и красным свечением были созданы в 1962 году, а свое широкое распространение — после огромного количества доработок и усовершенствований — нашли только к 2000-ым годам.