Лампа розжарювання: пристрій, переваги, недоліки, принцип роботи

1. Конструкція лампи розжарювання
2. Принцип роботи електричної лампи розжарювання
3. Деякі особливості та призначення конструктивних елементів вольфрамової лампи
4. Історія створення і удосконалення конструкції лампи розжарювання
5. Переваги та недоліки ламп розжарювання перед іншими штучними джерелами світла

Конструкція лампи розжарювання

У нинішній час лампа розжарювання потужністю 100 Вт має таку конструкцію:

1. Герметична скляна колба грушоподібної форми. З неї частково викачано повітря або замінений інертним газом. Це зроблено для того, щоб шляхом утворення НАКу не горіла.
2. Усередині колби знаходиться ніжка, до якої прикріплені два електроди і кілька власників з металу (молібдену), які підпирають вольфрамову нитку, не даючи їй провисати і розриватися під власною вагою під час нагрівання.
3. Вузька частина грушоподібної колби закріплена в металевому корпусі цоколя, що має спіральну різьблення для вкручування в штепсельний патрон. Різьбова частина є одним контактом, до нього припаяний один електрод.
4. Другий електрод припаяний до контакту на денці цоколя. Він має навколо себе кільцеву ізоляцію від нарізного корпусу.

Залежно від особливих умов експлуатації деякі конструктивні елементи можуть бути відсутніми (наприклад, цоколь або власники), бути видозміненими (наприклад, цоколь), доповнені іншими деталями (додаткова колба). Але такі частини, як нитка, колба і електроди є основними частинами.

Принцип роботи електричної лампи розжарювання

Світіння електричної лампи розжарювання обумовлено розігріванням вольфрамової нитки, через яку проходить електричний струм. Вибір на користь вольфраму при виготовленні тіла світіння був зроблений з тієї причини, що з багатьох тугоплавких струмопровідних матеріалів, він найменш дорогий. Але іноді нитка розжарення електроламп виготовляється з інших металів: осмію і ренію.
Потужність лампи залежить від того, якого розміру нитка використовується. Тобто, залежить від довжини і товщини дроту. Так у лампи розжарювання 100 Вт нитка буде мати велику довжину, ніж у лампи розжарювання 60Вт.

Деякі особливості та призначення конструктивних елементів вольфрамової лампи

Кожна деталь в електролампи має своє призначення і виконує свої функції:

1. Колба. Виготовляється зі скла, досить дешевого матеріалу, що відповідає основним вимогам:
   - висока прозорість дозволяє пропускати світлову енергію і по мінімуму поглинати її, уникаючи додаткового нагрівання (цей фактор має першорядне значення для освітлювальних приладів);
   - жаропрочность дає можливість витримувати високі температури внаслідок нагрівання від розпеченої нитки (наприклад, в лампі 100 Вт колба нагрівається до 290 ° С, 60 Вт - 200 ° С; 200 Вт - 330 ° С; 25 Вт - 100 ° C, 40 Вт - 145 ° C);
   - твердість дозволяє витримувати зовнішній тиск при відкачці повітря, і не руйнуватися при укрученні.
2. Наповнення колби. Сильно розріджена середовище дозволяє мінімізувати теплопередачу від розпеченої нитки до деталей лампи, але посилює випаровування частинок розжареного тіла. Наповнення інертним газом (аргон, ксенон, азот, криптон) виключає сильне випаровування вольфраму з спіралі, не дає возгораться нитки і мінімізує теплопередачу. Використання галогенів дозволяє випаруватися вольфраму повертатися назад в спіральну нитку.
3. Спіраль. Виготовляється з вольфраму, що витримує 3400 ° С, ренію - 3400 ° С, осмію - 3000 ° С. Іноді замість спіральної нитки, в лампі використовується стрічка або тіло іншої форми. Використовувана дріт має круглий перетин, для зменшення габаритів і втрат енергії на тепловіддачу закручується в подвійну або потрійну спіраль.
4. Гачки-держателі виготовляються з молібдену. Вони не дозволяють сильно провисати збільшилася від нагрівання під час роботи спіралі. Їх кількість залежить від довжини дроту, тобто від потужності лампи. Наприклад, у лампи 100 Вт власників буде 2 - 3 шт. У ламп розжарювання потужністю поменше власники можуть бути відсутні.
5. Цоколь виготовляється з металу з зовнішньою різьбою. Він виконує кілька функцій:
   - з'єднує кілька деталей (колбу, електроди і центральний контакт);
   - служить для кріплення в штепсельному патроні за допомогою різьблення;
   - є одним контактом.

Існує кілька видів і форм цоколів в залежності від призначення світильника. Є конструкції, що не мають цоколя, але з незмінним принципом роботи лампи розжарювання. Найпоширенішими видами цоколя є Е27, Е14 і Е40.

Ось деякі види цоколів, що застосовуються для різних типів ламп:

Крім різних видів цоколя є і різні види колб.

Крім перерахованих конструктивних деталей, лампи розжарювання можуть мати і деякі додаткові елементи: біметалеві перемикачі, відбивачі, цоколі без різьблення, різні напилення і ін.

Історія створення і удосконалення конструкції лампи розжарювання

За свою більш ніж 100 - річну історію існування лампи розжарювання з вольфрамової спіраллю, принцип роботи та основні конструкторські елементи майже не зазнали змін.
А почалося все в 1840 році, коли була створена лампа, яка використовує для освітлення принцип розжарювання платинової спіралі.
1854 рік - перша практична лампа. Застосовувався посудину з відкачати повітря і бамбукова обвуглена нитку.
1874 рік - використовується в якості тіла напруження вугільний стрижень, поміщений в вакуумний посудину.
1875 рік - лампа з декількома стержнями, які розжарюються один за іншим в разі згоряння попереднього.
1876 ​​рік - використання каолінового нитки напруження, яка не вимагала відкачування повітря з посудини.
1878 рік - використання вугільного волокна в розрідженої кисневій атмосфері. Це дозволяло отримувати яскраве освітлення.
1880 рік - створена лампа з вугільним волокном, що має час світіння до 40 годин.
1890 - використання спіральних ниток з тугоплавких металів (окису магнію, торію, цирконію, ітрію, металевого осмію, танталу) і наповнення колб азотом.
1904 рік - випуск ламп з вольфрамової спіраллю.
1909 рік - наповнення колб аргоном.
З тих пір пройшло більше 100 років. Принцип роботи, матеріали деталей, наповнення колби практично не змінилися. Еволюції зазнало лише якість використовуваних матеріалів при виробництві ламп, технічні характеристики і невеликі доповнення.

Переваги та недоліки ламп розжарювання перед іншими штучними джерелами світла

Для освітлення створена маса різних освітлювальних приладів . Багато з них винайдені в останні 20 - 30 років із застосуванням високих технологій, але звичайна лампа розжарювання все одно має ряд переваг або сукупність характеристик, які є більш оптимальними при практичному використанні:

1. Дешевизна при виробництві.
2. Нечутливість до перепадів напруги.
3. Швидке запалювання.
4. Відсутність мерехтіння. Цей фактор дуже актуальне при використанні змінного струму частотою 50 гц.
5. Наявність можливості регулювання яскравості джерела світла.
6. Постійний спектр світлового випромінювання, близький до природного.
7. Різкість тіней, як при сонячному освітленні. Що теж є звичним для людини.
8. Можливість експлуатації в умовах високих і низьких температур.
9. Можливість виробництва ламп різної потужності (від декількох Вт до декількох кВт) і розрахованих на різну напругу (від декількох Вольт до декількох кВ).
10. Нескладна утилізація з причини відсутності токсичних речовин.
11. Можливість використання будь-якого виду струму з будь-полярністю.
12. Експлуатація без додаткових пускових пристроїв.
13. Безшумність роботи.
14. Чи не створює радіоперешкод.

Поряд з таким великим переліком позитивних факторів, лампи розжарювання мають і ряд істотних недоліків:

1. Головний негативний фактор - це дуже низький ККД. Він досягає у лампи потужністю 100 Вт лише 15%, у приладу 60 Вт цей показник становить лише 5%. Одним із способів підвищення ККД є підвищення температури розжарення, але при цьому різко зменшується термін служби вольфрамової спіралі.
2. Короткий термін служби.
3. Висока температура поверхні колби, яка може досягати у 100-ватних ламп 300 ° С. Це становить загрозу для життя і здоров'я живих істот, і представляє пожежну небезпеку.
4. Чутливість до струсу і вібрації.
5. Використання термостійкої арматури і ізоляції токоподводящих проводів.
6. Високе енергоспоживання (в 5 -10 разів більше номінального) під час запуску.

Незважаючи на наявність істотних недоліків, електрична лампа розжарювання є безальтернативним приладом освітлення. Низький ККД компенсується дешевиною виробництва. Тому в найближчі 10 - 20 років вона буде цілком затребуваним товаром.