Достоинства и недостатки ламп накаливания реферат

Обновлено: 04.07.2024

Люди давно узнали, что при сильном нагреве предмет излучает свет. Этот принцип лёг в основу работы лампы накаливания. Электрический ток, проходя через тонкую нить сделал жизнь человека намного светлее.
Лампа накаливания самый распространённый в быту, на данный момент времени, источник света. Она отличается очень низкой ценой, приемлемым качеством цветопередачи и простотой установки.

Содержание работы

Содержимое работы - 1 файл

Лампы накаливания.docx

5.Ограничения импорта, закупок и производства……………………………………………… …..…14

Список использованных источников…………………………………………………… …..………16

Лампа накаливания самый распространённый в быту, на данный момент времени, источник света. Она отличается очень низкой ценой, приемлемым качеством цветопередачи и простотой установки.

Сейчас в быт стали внедряться современные компактные люминесцентные лампы, которые обладают лучшими светотехническими характеристиками и потребляют намного меньше энергии, чем лампы накаливания. Однако эти лампы обладают одним существенным недостатком – большой ценой. Поэтому они не получили пока ещё такого широкого распространения.

В этом курсовом проекте дано описание устройства и технологического процесса изготовления лампы накаливания общего назначения. В 220 -25. Данная лампа широко используется в быту для местного освещения.

В первой части курсового проекта дано краткое описание устройства лампы накаливания. Во второй части приведены расчёты основных операций производства лампы: расчёт времени отжига колбы и расчёт времени заварки лампы. Третья часть посвящена технологическому процессу изготовления, сборке и испытанию лампы.

1.Принцип действия

Лампа накаливания — электрический источник света , в котором тело накала (тугоплавкий проводник ), помещённое в прозрачный вакуумированный или заполненный инертным газом сосуд, нагревается до высокой температуры за счёт протекания через него электрического тока, в результате чего излучает в широком спектральном диапазоне, в том числе видимый свет. В качестве тела накала в настоящее время используется в основном спираль из сплавов на основе вольфрама .

Лампа накаливания общего назначения (230 В , 60 Вт , 720 лм , цоколь E27 , габаритная высота ок. 110 мм

Лампа накаливания на 36 В во включенном состоянии

В обычном воздухе при таких температурах вольфрам мгновенно превратился бы в оксид . По этой причине тело накала помещено в колбу, из которой в процессе изготовления лампы откачивается воздух. Первые изготавливали вакуумными; в настоящее время только лампы малой мощности (для ламп общего назначения — до 25 Вт) изготавливают в вакуумированной колбе. Колбы более мощных ламп наполняют инертным газом ( азотом , аргоном или криптоном ). Повышенное давление в колбе газонаполненных ламп резко уменьшает скорость испарения вольфрама, благодаря чему не только увеличивается срок службы лампы, но и есть возможность повысить температуру тела накаливания, что позволяет повысить КПД и приблизить спектр излучения к белому. Колба газонаполненной лампы не так быстро темнеет за счёт осаждения материала тела накала, как у вакуумной лампы.

2.Конструкции ламп накаливания

Конструкции ламп накаливания весьма разнообразны и зависят от назначения. Однако общими являются тело накала, колба и токовводы. В зависимости от особенностей конкретного типа лампы могут применяться держатели тела накала различной конструкции; лампы могут изготавливаться бесцокольными или с цоколями различных типов, иметь дополнительную внешнюю колбу и иные дополнительные конструктивные элементы.

В конструкции ламп общего назначения предусматривается предохранитель — звено из ферроникелевого сплава, вваренное в разрыв одного из токовводов и расположенное вне колбы лампы — как правило, в ножке. Назначение предохранителя — предотвратить разрушение колбы при обрыве нити накала в процессе работы. Дело в том, что при этом в зоне разрыва возникает электрическая дуга , которая расплавляет остатки нити, капли расплавленного металла могут разрушить стекло колбы и послужить причиной пожара. Предохранитель рассчитан таким образом, чтобы при зажигании дуги он разрушался под воздействием тока дуги, существенно превышающего номинальный ток лампы. Ферроникелевое звено находится в полости, где давление равно атмосферному, а потому дуга легко гаснет. Из-за малой эффективности в настоящее время отказались от их применения.

Конструкция современной лампы. На схеме: 1 — колба; 2 — полость колбы (вакуумированная или наполненная газом); 3 — тело накала; 4, 5 — электроды (токовые вводы); 6 — крючки-держатели тела накала; 7 — ножка лампы; 8 — внешнее звено токоввода, предохранитель; 9 — корпус цоколя; 10 — изолятор цоколя (стекло); 11 — контакт донышка цоколя.

Колба защищает тело накала от воздействия атмосферных газов. Размеры колбы определяются скоростью осаждения материала тела накала. Для ламп большей мощности требуются колбы большего размера для того, чтобы осаждаемый металл распределялся на большую площадь и не оказывал сильного влияния на прозрачность.

Газовая среда

Колбы первых ламп были вакуумированы. Большинство современных ламп наполняются химически инертными газами (кроме ламп малой мощности, которые по-прежнему делают вакуумными). Потери тепла, возникающие при этом за счёт теплопроводности, уменьшают путём выбора газа с большой молекулярной массой. Смеси азота N₂ с аргоном Ar являются наиболее распространёнными в силу малой себестоимости, также применяют чистый осушенный аргон, реже — криптон Kr или ксенон Xe ( молекулярные массы : N₂ — 28,0134 г / моль ; Ar: 39,948 г/моль; Kr — 83,798 г/моль; Xe — 131,293 г/моль).

Особой группой являются галогенные лампы накаливания . Принципиальной их особенностью является введение в полость колбы галогенов или их соединений. В такой лампе испарившийся с поверхности тела накала металл вступает в соединение с галогенами, и затем возвращается на поверхность нити за счёт температурного разложения получившегося соединения. Такие лампы имеют большую температуру спирали, больший КПД, срок службы и меньший размер колбы.

Тело накала

Тело накала первых ламп изготавливалось из угля (температура возгонки 3559 °C). В современных лампах применяются почти исключительно спирали из вольф рама , иногда осмиево -вольфрамового сп лава . Для уменьшения размеров тела накала ему обычно придаётся форма спирали, иногда спираль подвергают повторной или даже третичной спирализации, получая соответственно биспираль или триспираль. КПД таких ламп выше за счёт уменьшения теплопотерь из-за конвекции (уменьшается толщина ленгмюровского слоя ).

Двойная спираль Двойная спираль (биспираль) лампы (Osram 200 Вт) с токовводами и держателями

3.Электротехнические параметры

Лампы изготавливают для различных рабочих напряжений . Сила тока определяется по закону Ома (I=U/R) и мощность по формуле P=U·I , или P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое удельное сопротивление , для достижения такого сопротивления необходим длинный и тонкий провод. Толщина провода в обычных лампах составляет 40—50 микрон .

Так как при включении нить накала находится при комнатной температуре, её сопротивление на порядок меньше рабочего сопротивления. Поэтому при включении протекает очень большой ток (в десять — четырнадцать раз больше рабочего тока). По мере нагревания нити её сопротивление увеличивается и ток уменьшается. В отличие от современных ламп, ранние лампы накаливания с угольными нитями при включении работали по обратному принципу — при нагревании их сопротивление уменьшалось, и свечение медленно нарастало. Возрастающая характеристика сопротивления нити накала (при увеличении тока сопротивление растет) позволяет использовать лампу накаливания в качестве примитивного стабилизатора тока. При этом лампа включается в стабилизируемую цепь последовательно, а среднее значение тока выбирается таким, чтобы лампа работала вполнакала.

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Изучение характеристик разных видов ламп

исследовательская работа по физике

Свет является естественным условием жизни человека, необходимым для сохранения здоровья. Свет представляет собой видимые глазом электромагнитные волны, воспринимаемые сетчатой оболочкой зрительного анализатора. Источники света, созданные природой, называются естественными. К ним относятся, например, Солнце, молния, некоторые живые организмы. Источники света, созданные человеком, называются искусственными. К ним относятся, например, факел, костёр, пламя газовой горелки, различные типы ламп освещения.

Актуальность: в последнее время наблюдается значительный рост цен на электричество, а энергопотребление с каждым днём становится всё больше в каждом доме. В данное время каждый человек пользуется лампами освещения, но при покупке ламп не знает, какую выбрать, ведь на данный момент их так много.

Проблема: большое потребление энергии, следовательно, большие затраты на электроэнергию.

Гипотеза: при использовании светодиодных ламп энергопотребление снижается.

Я провёл опрос населения (Приложение 1), в результате которого выяснилось, что самой используемой лампочкой для освещения является обычная лампа накаливания. Так же выяснилось, что большинство из опрошенных не знает о влиянии разных видов ламп на здоровье человека и не знает рекомендации по размещению разных типов лампочек в квартире (Приложение 2). Я решил исследовать три самых популярных вида ламп: лампа накаливания, компактная люминесцентная лампа, светодиодная лампа.

Объект исследования: типы ламп.

Предмет исследования: характеристики типов ламп.

Цель: определить все недостатки и преимущества различных видов ламп освещения. Подобрать наиболее подходящий вариант, как в экономии энергии, так и в хорошем освещении.

1. Изучить устройство и характеристики выбранных типов ламп.

2. Сравнить источники света между собой.

3. Выявить лучший вариант лампочки для использования в быту.

Методы проведенного исследования:

- сравнение различных типов ламп между собой.

Новизна: узнаю устройство, основные недостатки и преимущества лампы накаливания, компактной люминесцентной и светодиодной ламп, их влияние на здоровье человека и рекомендации по применению.

1. Краткие характеристики ламп освещения

1. Лампа накаливания. В конце 19 века её изобретение стало символом технической революции. По сей день, она остаётся самым популярным источником света в самых разных помещениях. Схема устройства лампы [3].

Потреблённая за год электрическая энергия, кВт*ч

Эксплуатационные расходы за 15 лет, руб

Переработка как твёрдые бытовые отходы

Отдача света, люмен

Преимущества лампы накаливания:

- для них не нужны специальные системы электронного запуска и стабилизации

- лампы накаливания излучают приятный и привычный свет желтоватого оттенка

- нечувствительны к низким температурам (могут работать при -30° и ниже)

- терпима к перепадам напряжения

Недостатки лампы накаливания:

- низкая светоотдача: 95% производимой ими энергии преобразуется в тепло и только 5% в свет

- слишком коротка жизнь лампы накаливания: В среднем, лампа накаливания может прослужить не более 1000 часов

- низкая надёжность при частых включениях и выключениях

Рекомендации по применению ламп накаливания:

- лампы накаливания хороши для квартир с традиционной архитектурой и планировкой (без арочных проёмов и навесных потолков).

- лампы накаливанию рекомендуют применять возле зеркала в ванной и на туалетном столике (макияж, нанесённый при таком свете, будет выглядеть наиболее естественным).

Не рекомендуется использовать лампы накаливания в больших комнатах. Дело в том, что при их работе выделяется много тепла и помещение, оснащённое большим количеством таких ламп, просто перегреется [4].

2. Компактная люминесцентная лампа. Схема устройства лампы [3].

Компактная люминесцентная лампа – люминесцентная лампа, имеющая изогнутую форму колбы, что позволяет поместить лампу в светильнике меньших размеров. Такие лампы нередко имеют встроенный электронный пускатель. Также выпускают лампы с шарообразной колбой без спиралей накаливания. Для инициации разряда используется индуктор [1].

Потреблённая за год электрическая энергия, кВт*ч

Эксплуатационные расходы за 15 лет, руб

Содержит ртуть. Только демеркуризация

Отдача света, люмен

Преимущества компактной люминесцентной лампы:

- высокая светоотдача: при равной потребляемой из сети мощности световой поток компактной люминесцентной лампы в 4-6 раз выше, чем у лампы накаливания, что даёт экономию электроэнергии 75-85%

- компактная люминесцентная лампа не является точечным источником(в отличие от лампы накаливания), а излучает свет всё поверхностью колбы.

- длительный срок службы (без частого включения/выключения)

- нагрев корпуса и колбы значительно ниже, чем у лампы накаливания.

Недостатки компактной люминесцентной лампы :

- не рассчитаны на частое включение\выключение.

- зажигается не сразу, а после 0,5-1с.

- мерцание и высокий уровень шума у компактной люминесцентной лампы с электромагнитным пускорегулирующим аппаратом.

- периодические вспышки компактной люминесцентной лампы в выключенном состоянии.

- содержит пары ртути

Рекомендации по применению компактной люминесцентной лампы.

Компактные люминесцентные лампы применяются повсеместно. Благодаря тому, что компактные люминесцентные лампы не нагреваются, их хорошо применять в пластиковых конструкциях. В домашних условиях они хороши в тех комнатах, где подолгу не выключают свет – например, в коридорах и прихожих.[4]

3.Светодиодная лампа . Схема устройства лампы [3].

В качестве источника света используют светодиодные лампы, применяющиеся для бытового, промышленного и уличного освещений. Светодиодная лампа является одним из самых экологически чистых источников света. Принцип свечения светодиодов позволяет применять в производстве и работе самой лампы безопасные компоненты. Светодиодные лампы не используют веществ, содержащих ртуть, поэтому они не представляют опасности в случае выхода из строя или разрушения[1].

Потреблённая за год электрическая энергия, кВт*ч

Эксплуатационные расходы за 15 лет, руб

Переработка как твердые бытовые отходы

Отдача света, люмен

Преимущества светодиодной лампы:

- экономичность (использует в 20 раз меньше электроэнергии, чем лампа накаливания, притом, что выдаёт столько же света, сколько и лампа накаливания).

- светодиодная лампа не имеет перегорающих или бьющихся составляющих.

- может служить до 100000 тысяч часов.

- если учесть, что лампа работает 4 часа в день, то лампы хватит на 68 лет (но это, конечно, условный показатель, всё зависит от качества производства данной лампы)

- светодиодам не страшны низкие температуры, вибрации и даже удары.

- от таких ламп нет ультрафиолетового излучения.

Недостатки светодиодной лампы:

- данную лампу не получится установить в закрытые светильники, так как они не обеспечивают приток воздуха

- вредный голубой свет

- невозможность использования в комнатах с высокой температурой и влажностью воздуха [2].

Рекомендации по применению светодиодной лампы.

Такие лампы идеальны для рабочего кабинета, подсветки картин, освещения крыльца и веранды. Светодиодное освещение можно применять фактически в любом помещении. Как правило, это актуально с декоративной точки зрения. Подойдёт такое освещение и для визуального увеличения маленькой комнаты [4].

Сравнительная таблица по основным характеристикам ламп.

Рекомендации по размещению ламп освещения.

Проведенное исследование позволило разрешить поставленную проблему. Мы выявили, что наилучший вариант освещения – это светодиодная лампа, но её стоимость больше, чем стоимость лампы накаливания. При этом данная гипотеза подтвердилась, но частично. Использовать светодиодные лампы освещения в быту экономичнее, чем обычную лампу накаливания. Однако, использовать компактные люминесцентные лампы намного выгоднее. Так как стоимость компактной люминесцентной лампы меньше в два раза.

Белый светодиодный свет вредит зрению. При покупке светодиодных ламп, нужно обращать внимание на цветовую температуру. Чем она выше, тем больше интенсивность излучения в синем и голубом спектре. Особенно вреден холодный белый свет для детских глаз, структура которых находится в стадии развития [2]. Чтобы снизить раздражение органов зрения в светильники с двумя или более патронами рекомендуется включать лампы накаливания малой мощности (40-60 Вт), а также использовать светодиодные лампы, излучающие тёплый белый свет.

И светодиодная, и лампа накаливания имеют свои плюсы и минусы. Каждый из этих элементов освещения может быть применён в том или ином помещении. Для использования дома я бы отдал предпочтение обычным лампам накаливания. Данные лампы действительно потребляют больше электроэнергии, чем светодиодные лампы, но их свет более благоприятно влияет на орган зрения человека. Светодиодная лампа излучает свет более низкого качества за счёт меньшего потребления энергии. Находясь в комнате, с освещением светодиодными лампами глаза быстро устают. Среди минусов лампы накаливания всего лишь их более частый выход из строя и повышенный расход электроэнергии. Для здоровья глаз всё же лучше лампа накаливания.

Экономить электроэнергию – это разумная привычка современного человека. Наше исследование поможет любому человеку выбрать вид лампы, который каждому больше подходит, исходя из соотношения цены и качества, формы и размеров ламп, срока службы, характера освещения и прочих характеристик.

Лампы общего назначения, их принцип действия, конструкция. Преимущества и недостатки ламп накаливания. Декоративные и иллюминационные лампы. Ограничения импорта, закупок и производства ламп накаливания. Утилизация отработавших люминесцентных ламп.

Рубрика	Физика и энергетика
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	08.02.2012
Размер файла	1020,9 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Ламмпа накамливания -- электрический источник света, в котором тело накала (тугоплавкий проводник), помещённое в прозрачный вакуумированный или заполненный инертным газом сосуд, нагревается до высокой температуры за счёт протекания через него электрического тока, в результате чего излучает в широком спектральном диапазоне, в том числе видимый свет. В качестве тела накала в настоящее время используется в основном спираль из сплавов на основе вольфрама.

Принцип действия

Конструкция

В конструкции ламп общего назначения предусматривается предохранитель -- звено из ферроникелевого сплава, вваренное в разрыв одного из токовводов и расположенное вне колбы лампы -- как правило, в ножке. Назначение предохранителя -- предотвратить разрушение колбы при обрыве нити накала в процессе работы. Дело в том, что при этом в зоне разрыва возникает электрическая дуга, которая расплавляет остатки нити, капли расплавленного металла могут разрушить стекло колбы и послужить причиной пожара. Предохранитель рассчитан таким образом, чтобы при зажигании дуги он разрушался под воздействием тока дуги, существенно превышающего номинальный ток лампы. Ферроникелевое звено находится в полости, где давление равно атмосферному, а потому дуга легко гаснет. Из-за малой эффективности в настоящее время отказались от их применения.

Колба

Газовая среда

Колбы первых ламп были вакуумированы. Большинство современных ламп наполняются химически инертными газами (кроме ламп малой мощности, которые по-прежнему делают вакуумными). Потери тепла, возникающие при этом за счёт теплопроводности, уменьшают путём выбора газа с большой молярной массой. Смеси азота N₂ с аргоном Ar являются наиболее распространёнными в силу малой себестоимости, также применяют чистый осушенный аргон, реже -- криптон Kr или ксенон Xe (молярные массы: N₂ -- 28,0134 г/моль; Ar: 39,948 г/моль; Kr -- 83,798 г/моль; Xe -- 131,293 г/моль).

Особой группой являются галогенные лампы накаливания. Принципиальной их особенностью является введение в полость колбы галогенов или их соединений. В такой лампе испарившийся с поверхности тела накала металл вступает в соединение с галогенами, и затем возвращается на поверхность нити за счёт температурного разложения получившегося соединения. Такие лампы имеют большую температуру спирали, больший КПД, срок службы и меньший размер колбы.

Тело накала

Тело накала первых ламп изготавливалось из угля (температура возгонки 3559 °C). В современных лампах применяются почти исключительно спирали из вольфрама, иногда осмиево-вольфрамового сплава. Для уменьшения размеров тела накала ему обычно придаётся форма спирали, иногда спираль подвергают повторной или даже третичной спирализации, получая соответственно биспираль или триспираль. КПД таких ламп выше за счёт уменьшения теплопотерь из-за конвекции (уменьшается толщина ленгмюровского слоя).

Электротехнические параметры

Лампы изготавливают для различных рабочих напряжений. Сила тока определяется по закону Ома (I=U/R) и мощность по формуле P=U·I , или P=U?/R. Т. к. металлы имеют малое удельное сопротивление, для достижения такого сопротивления необходим длинный и тонкий провод. Толщина провода в обычных лампах составляет 40--50 микрон.

Так как при включении нить накала находится при комнатной температуре, её сопротивление на порядок меньше рабочего сопротивления. Поэтому при включении протекает очень большой ток (в десять -- четырнадцать раз больше рабочего тока). По мере нагревания нити её сопротивление увеличивается и ток уменьшается. В отличие от современных ламп, ранние лампы накаливания с угольными нитями при включении работали по обратному принципу -- при нагревании их сопротивление уменьшалось, и свечение медленно нарастало. Возрастающая характеристика сопротивления нити накала (при увеличении тока сопротивление растет) позволяет использовать лампу накаливания в качестве примитивного стабилизатора тока. При этом лампа включается в стабилизируемую цепь последовательно, а среднее значение тока выбирается таким, чтобы лампа работала вполнакала.

В мигающих лампах последовательно с нитью накала встраивается биметаллический переключатель. За счёт этого такие лампы самостоятельно работают в мерцающем режиме.

Цоколь

Форма цоколя с резьбой обычной лампы накаливания была предложена Джозефом Уилсоном Суоном. Размеры цоколей стандартизованы. У ламп бытового применения наиболее распространены цоколи Эдисона E14 (миньон), E27 и E40 (цифра обозначает наружный диаметр в мм). Также встречаются цоколи без резьбы (удержание лампы в патроне происходит за счёт трения или нерезьбовыми сопряжениями -- например, байонетным) -- британский бытовой стандарт, а также бесцокольные лампы, часто применяемые в автомобилях.

В США и Канаде используются иные цоколи (это частично обусловлено иным напряжением в сетях - 120 В, поэтому иные размеры цоколей предотвращают случайное ввинчивание европейских ламп, рассчитанных на иное напряжение): Е12 (candelabra), Е17 (intermediate), Е26 (standard или medium), Е39 (mogul) [1] . Также, аналогично Европе, встречаются цоколи без резьбы.

накаливание люминесцентный лампа

Номенклатура

По функциональному назначению и особенностям конструкции лампы накаливания подразделяют на:

· декоративные лампы, выпускаемые в фигурных колбах. Наиболее массовыми являются свечеобразные колбы диаметром ок. 35 мм и сферические диаметром около 45 мм;

· лампы местного освещения, конструктивно аналогичные лампам общего назначения, но рассчитанные на низкое (безопасное) рабочее напряжение -- 12, 24 или 36 (42) В. Область применения -- ручные (переносные) светильники, а также светильники местного освещения в производственных помещениях (на станках, верстаках и т. п., где возможен случайный бой лампы);

· иллюминационные лампы, выпускаемые в окрашенных колбах. Назначение -- иллюминационные установки различных типов. Как правило, лампы этого вида имеют малую мощность (10--25 Вт). Окрашивание колб обычно производится за счёт нанесения на их внутреннюю поверхность слоя неорганического пигмента. Реже используются лампы с колбами, окрашенными снаружи цветными лаками (цветным цапонлаком ), их недостаток -- быстрое выцветание пигмента и осыпание лаковой плёнки из-за механических воздействий;

· зеркальные лампы накаливания имеют колбу специальной формы, часть которой покрыта отражающим слоем (тонкая плёнка термически распылённого алюминия). Назначение зеркализации -- пространственное перераспределение светового потока лампы с целью наиболее эффективного его использования в пределах заданного телесного угла. Основное назначение зеркальных ЛН -- локализованное местное освещение;

· сигнальные лампы используются в различных светосигнальных приборах (средствах визуального отображения информации). Это лампы малой мощности, рассчитанные на длительный срок службы. Сегодня вытесняются светодиодами;

? транспортные лампы -- чрезвычайно широкая группа ламп, предназначенных для работы на различных транспортных средствах (автомобилях, мотоциклах и тракторах, самолётах и вертолётах, локомотивах и вагонах железных дорог и метрополитенов, речных и морских судах). Характерные особенности: высокая механическая прочность, вибростойкость, использование специальных цоколей, позволяющих быстро заменять лампы в стеснённых условия и, в то же время, предотвращающих самопроизвольное выпадение ламп из патронов. Рассчитаны на питание от бортовой электрической сети транспортных средств (6--220 В);

? прожекторные лампы обычно имеют большую мощность (до 10 кВт, ранее выпускались лампы до 50 кВт) и высокую световую отдачу. Используются в световых приборах различного назначения (осветительных и светосигнальных). Спираль накала такой лампы обычно уложена за счет особой конструкции и подвески в колбе более компактно для лучшей фокусировки;

· ? лампы для оптических приборов, к числу которых относятся и выпускавшиеся массово до конца XX в. лампы для кинопроекционной техники, имеют компактно уложенные спирали, многие помещаются в колбы специальной формы. Используются в различных приборах (измерительные приборы, медицинская техника и т. п.);

· транспортные лампы -- чрезвычайно широкая группа ламп, предназначенных для работы на различных транспортных средствах (автомобилях, мотоциклах и тракторах, самолётах и вертолётах, локомотивах и вагонах железных дорог и метрополитенов, речных и морских судах). Характерные особенности: высокая механическая прочность, вибростойкость, использование специальных цоколей, позволяющих быстро заменять лампы в стеснённых условия и, в то же время, предотвращающих самопроизвольное выпадение ламп из патронов. Рассчитаны на питание от бортовой электрической сети транспортных средств (6--220 В);

· прожекторные лампы обычно имеют большую мощность (до 10 кВт, ранее выпускались лампы до 50 кВт) и высокую световую отдачу. Используются в световых приборах различного назначения (осветительных и светосигнальных). Спираль накала такой лампы обычно уложена за счет особой конструкции и подвески в колбе более компактно для лучшей фокусировки;

· лампы для оптических приборов, к числу которых относятся и выпускавшиеся массово до конца XX в. лампы для кинопроекционной техники, имеют компактно уложенные спирали, многие помещаются в колбы специальной формы. Используются в различных приборах (измерительные приборы, медицинская техника и т. п.);

Ограничения импорта, закупок и производства

В связи с необходимостью экономии электроэнергии и сокращения выброса углекислого газа в атмосферу во многих странах введён или планируется к вводу запрет на производство, закупку и импорт ламп накаливания с целью вынуждения замены их на энергосберегающие (компактные люминесцентные, светодиодные и др.) лампы.

1 сентября 2009 года в Евросоюзе в соответствии с директивой 2005/32/EG вступил в силу поэтапный запрет на производство, закупку магазинами и импорт ламп накаливания (за исключением специальных ламп). С 2009 года запрещены лампы мощностью 100 Вт и более, ламп с матовой колбой 75 Вт и более (с 1 сентября 2010 года [20] ) и др. Ожидается, что к 2012 году будут запрещены импорт и производство ламп накаливания меньшей мощности [21] .

С 2005 года на Кубе ограничено использование ламп накаливания мощностью более 15 Вт.

С 2009 года ограничения коснулись также Новой Зеландии и Швейцарии , с 2010 года -- Австралии.

В России

2 июля 2009 года на заседании в Архангельске президиума Государственного совета по вопросам повышения энергоэффективности Президент Российской Федерации Д. А. Медведев предложил запретить в России продажу ламп накаливания [22] .

В связи с вступившим в силу запретом на продажу ламп мощностью более 100 Вт некоторые производители начали выпускать лампы мощностью 95 Вт

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.

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:

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

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.

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.

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.

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

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

Лампа накаливания – источник света, который излучает световой поток в результате накала проводника из тугоплавкого металла. В качестве нити накала используется тугоплавкий металл – вольфрам, а также его сплавы. Нить накала помещена в стеклянный сосуд, наполненный инертным газом (криптоном, азотом, аргоном). Инертный газ служит защитой нити накаливания, которая без его присутствия в колбе мгновенно превратилась бы в оксид. Для ламп накаливания малой мощности (25 ватт) применяют вакуумные сосуды, которые не заполняются инертным газом. Следовательно, стеклянная колба препятствует негативному воздействию атмосферного воздуха на вольфрамовую нить.

Принцип действия лампы накаливания основан на явлении нагрева проводника при прохождении через него электрического тока. Вольфрамовая нить накала при подключении к источнику тока раскаляется до высокой температуры, в результате чего излучает свет. Световой поток, излучаемый нитью накала, близок к естественному, дневному свету, поэтому не вызывает дискомфорта при длительном использовании.

Достоинства и недостатки ламп накаливания

Из достоинств ламп накаливания можно выделить следующее:

относительно невысокая стоимость;
мгновенное зажигание при включении;
небольшие габаритные размеры;
широкий диапазон мощностей.

Один из недостатков ламп накаливания - большая яркость самой лампы, что негативно воздействует на зрение при взгляде на лампу. Но этот недостаток можно быстро устранить - достаточно применить рассеиватель.

Существенный недостаток - небольшой срок службы лампы - до 1000 часов. Исходя из опыта использования ламп, можно отметить, что в большинстве случаев лампа накаливания выходит из строя, не прослужив и нескольких сотен часов. Бывают и исключения - лампы работают несколько десятков лет! К сожалению это лишь единичные случаи. Относительно срока службы, как энергосберегающие лампы, так и светодиодные лампы выигрывают.

Если учесть тот факт, что характеристики питающей сети не соответствуют номинальным - срок службы ламп существенно снижается независимо от их типа. Делать выводы о целесообразности использования того или иного типа ламп можно только на основании личного опыта.

Основным недостатком ламп накаливания является низкий коэффициент полезного действия. Только лишь десятая часть потребляемой лампой электрической энергии преобразуется в видимый световой поток; большинство электрической энергии преобразуется в тепловую энергию.

Читайте также: