Почему колба лампы накаливания во время работы нагревается до очень высокой температуры кратко

Обновлено: 05.07.2024

Если вы заметили, что лампы в светильниках ощутимо нагреваются или просто часто выходят из строя, а главное если подозреваете, что причиной тому высокая температура - то этот материал специально для вас.

Мы рассмотрим 5 основных причин перегрева ламп, способы диагностики и борьбы с ними.

В первую очередь, я хочу рассказать о нормальных температурах, при которых могут работать лампы различного вида:

Рабочие температуры ламп:

- Накаливания – в зависимости от мощности температура может превышать 200 oС

- Галогеновые – нагреваются даже сильнее ламп накаливания, более 250-300 oС
- Люминесцентные - ~70 oС
- Светодиодные LED – ~60 oС
Конечно, точные температуры сильно зависят от многих факторов, в частности от мощности, но общее понимание эти показатели дают.
Важно знать, что светодиодные и люминесцентные лампы при работе нагреваются незначительно, до бытовых моделей можно дотронуться рукой, даже если они долгое время были включены. А галогенные и лампы накаливания, из-за принципа работы, прямо раскаляются. Из-за этого они имеют ограничения по местам и способам установки.
Несмотря на значительно различающиеся температурные режимы, каждому из этих видов вредит чрезмерный нагрев, сверх расчетных значений.
Объяснение этому простое, неважно рассчитана лампа на максимальную температуру +50 градусов или +500 oС, превышение этих температур одинаково вредят обеим.

Главным последствием перегрева является значительно сокращающийся срок службы и внезапный выход ламп из строя. Так как повышенные температуры разрушают их структуру, изменяют химический состав и физическое состояние элементов, всё это в целом приводит к раннему перегоранию лампочек.

Именно перегрев является одной из 7 основных причин, по которым лампочки сгорают, подробнее про остальные 6 факторов, читайте ЗДЕСЬ.

Почему перегреваются лампы – 5 основных причин

1. Дефект или заводской брак

Первой, самой простой причиной перегрева ламп при работе и быстрого их выхода из строя, является заводской брак или дефект.
Если при производстве были нарушены технологии изготовления или использованы не те материалы – это обязательно скажется на работе. Один из симптомов этого - перегрев.
Определить, что именно производственный брак стал причиной перегорания лампочки от нагрева – не всегда просто, особенно если проблема проявляется не сразу.

Если предыдущая лампа отслужила на этом же месте в светильнике весь положенный срок, а новая быстро перегорела, то высока вероятность, что вам попался бракованный экземпляр.
Нередко, от этого страдает целая партия. И вы, купив набор освещения для всей квартиры, можете безуспешно искать причину быстрого выхода из строя, хотя ответ простой – бракованные лампы.

Поэтому всегда проверяйте лампочки при покупке. Практически все современные электротехнические или строительные магазины, имеют стенд для проверки под любой цоколь.
В первое время после покупки и монтажа наблюдайте за работой новых ламп. Не оставляйте включенными светильники с ними на ночь или в своё отсутствие. Погоняйте их под нагрузкой в выходной день или вечером, когда все дома бодрствуют, чтобы убедиться, что они правильно функционируют.

2. недостаточный отвод тепла от светильника

Перегрев лампы и выход её из строя в связи с плохим отводом тепла часто случается, когда устанавливается лампочка большей мощности, чем должна быть по инструкции. Это усугубляется если плафон, сам светильник, способ и место его установки не обеспечивают достаточное охлаждение, препятствуя вертикальному движению воздуха.
Как вы знаете из школьного курса физики, теплый воздух поднимается вверх. Если по какой-то причине, например, из-за конструкции люстры или бра, тепло от лампы не уходит, а скапливается в плафоне, то со временем общая температура значительно повысится, т.к. тепло не будет эффективно рассеиваться, и лампочки начнут перегреваться.

Каждый светильник, при производстве, в зависимости от его конструкции, материалов изготовления и места установки, рассчитывается под определенный тип лампы, под определенный температурный режим работы.

Бывает так, что инструкцией предписывается необходимость устанавливать лампы накаливания мощностью до 50 Вт. А вы, желая чтобы устройство давало больше света, вкручиваете лампы на 100 Вт. При этом, соответственно, выделения тепла увеличиваются практически в два раза. Дальше есть два основных варианта: или сплавится плафон светильника, или, если он устойчив к высоким температурам, перегреется и сгорит лампа.

Как определить, что перегрев лампы вызван недостаточным отводом тепла

То, что горячий воздух плохо уходит от светильника, можно достаточно легко ощутить. Обычно, от плафона идёт жар, он нагревается сам и всё вокруг себя. Если вы заметили, что в одном из устройств периодически перегорают лампочки - просто понаблюдайте за ним под нагрузкой.
В начале статьи я указывал температуры нормальные для разных типов ламп. Если в вашем светильнике происходит ощутимо больший нагрев, а это можно определить термометром, тепловизором или просто поднеся к работающему долгое время светильнику руку или аккуратно дотронувшись до плафона (помните, что, например, галогенные лампы могут достигать температур более 300 градусов, их касаться нельзя), необходимо начать бороться с плохим теплоотводом.

Что делать, если лампы сгорают из-за перегрева от недостаточного отвода тепла
В первую очередь, необходимо четко следовать инструкциям производителя по типам и главное мощности ламп, допустимым к установке. Замените их на менее мощные, используйте современные светодиодные модели. У светильников не должно быть препятствий для вертикального движения воздуха, что позволит выводить тепло более эффективно. Это можно регулировать и положением плафона, выбором более удачного места установки, либо, если это потребуется, созданием дополнительных вент. отверстий, проверкой и чисткой существующих.

3. Нагрев элементов лампы из-за плохих контактов

Нередко лампы нагреваются из-за плохого прилегания их цоколя с контактными площадками патрона или разъема светильника, либо ненадёжного соединения электрических проводов.
Физически, объяснение этого эффекта достаточно простое: при повышении сопротивления прохождению электрического тока, из-за некачественного контакта, растет и температура в этой зоне. Это, в конечном итоге, приводит к перегреву самой лампочки, если раньше не разрушается контактная группа или разъем.

Обычно, при перегреве ламп, я советую в первую очередь проверять вероятность именно этой проблемы. Нужно выкрутить лампочки, осмотреть их. Также внимательно обследовать разъем светильника и места соединения электрических проводов.
Главным и основным показателем нагрева контактов является нагар или налёт, которые препятствуют прохождению электрического тока. Такие места соединений будут выглядеть подгоревшими, или будут видны следы окисления. Все такие токопроводящие части необходимо тщательно зачистить, удалив нагар.
Нередко, со временем, ослабевают и прижимные контакты. Так, если изначально сильно закрутить в патроне лампу, контакты в патроне будут прижаты. Когда будете менять её на новую, и затяните её не так сильно, то такой контакт перестает быть надежным и будет греться. Поэтому старайтесь качественно затягивать лампочки с резьбовыми цоколями.
Всегда проверяйте, что подпружиненные контакты не просевшие или не продавленные. Их необходимо вернуть в начальное положение – отогнуть, чтобы при установке лампы обеспечивался надёжный контакт с цоколем.
Обязательно периодически осматривайте контактные площадки и места креплений проводов. Они должны быть надёжно затянуты, не допускается люфта и следов гари.

4. Повышенное напряжение в сети

Если в электрической сети повышенное напряжение, это обязательно вызовет больший нагрев ламп. Обычно от этого страдают лампочки накаливания и галогенные. В них нить накала или спираль, при прохождении тока с высоким напряжением, больше раскаляется, нагревая всё вокруг.
Современные светодиодные (LED) лампы, в корпусе которых встроен драйвер, от повышенного напряжения сети тоже перегреваются. В основным за счет нагрева элементов драйвера, а не светящегося диода.
Люминесцентные лампы от высокого напряжения напрямую не перегреваются. У таких светильников вспомогательные электронные компоненты, необходимые для работы, располагаются отдельно. Именно они берут проблемы сети на себя, это или балласт – ЭПРА или дроссель. На лампу, после них, подаётся электрический ток уже с нужными характеристиками.

Как определить, что на лампы поступает повышенное напряжение

В первую очередь, проблемы с напряжением напрямую отражаются на уровне свечения лампочек накаливания или галогенных. При повышенном – они будут светить ярче, при пониженном тусклее.
Обычно, высокое напряжение непостоянно, чаще происходят скачки, и вы обязательно заметите изменение интенсивности свечения. Это видимый сигнал, что есть какие-то проблемы с электросетью.
У источников света других типов, высокое напряжение проявляется нагревом электронных компонентов, установленных до них – блоков питания драйверов, стартера, балласта ЭПРА, дросселя и т.д.

Проще всего, в случае сомнений, достаточно замерить реальные показатели электрической сети. Как легко измерить напряжение самому с помощью мультиметра и вообзе как им пользоваться я рассказывал совсем недавно.

Если окажется, что у вас действительно высокое напряжение – лучше сразу обращаться к обслуживающей электросети дома организацию – Управляющую Компанию, ЖЭУ и т.д. Нередко к этому приводят серьезные, системные проблемы, справится с которыми своими силами вы вряд ли сможете.

5. Дополнительный нагрев светильника от соседних устройств и электроприборов.

Нередко, к недостаточной вентиляции плафона светильника, добавляется и его дополнительный нагрев от соседних электроприборов или отопительных систем. Что, в конечном итоге, приводит к перегреву ламп и их выходу из строя.
Физика этого процесса, я думаю, понятна всем. Но почему-то не всегда при монтаже светильника эта проблема бывает очевидна, до момента пока не начнут регулярно перегорать лампы.
Определить то, что светильник подвергается дополнительному нагреву от соседних устройств, электроприборов или элементов систем отопления, довольно просто.
Достаточно внимательно осмотреть место установки ламп, на предмет наличия вблизи любых источников повышенной температуры. Уже при визуальном контроле станет понятно, насколько сильно такое взаимодействие и какого его влияние на светильник.
Для исправления этой проблемы требуется либо убрать воздействие другого источника выделения тепла, например:
- переустановив светильник в другое место;
- обеспечить лучшее проветривание и отвод тепла от этого места;

Как видите, причин, которые могли бы привезти к перегреву ламп не так и много. Помните, что некоторые лампы – особенно галогенные, сами по себе достаточно сильно нагреваются и высокая температура их нормальное состояние. Это необходимо учитывать при выборе места и способа установки светильников с такими лампочками.
Перегрев опасен не только возможным быстрым выходом их из строя, намного страшнее вероятность возникновения пожара, которую также нельзя исключать. Поэтому, если вы обнаружили один из описанных выше симптомов внештатной работы ламп, их чрезмерного нагрева выше допустимых рабочих температур – обязательно примите меры, замените дефектную лампу, либо устраните причины, вызывающие это.
На сегодняшний момент, самый идеальный вариант – это использование светодиодных ламп, по своей стоимости они уже практически сравнялись с лампочками других типов, но по остальным характеристикам во многом их опережают. В частности, нагреваются они во время работы меньше.
Если же вы знаете другие распространенные причины перегрева – не стесняйтесь, пишите их в комментариях к статье, это будет полезно многим.

Обычная лампа накаливания, до какой температуры нагревается колба лампы и от чего это зависит.

Внутри лампы накаливания находится вольфрамовая нить, та самая нить нагревается до экстремально высоких (2600 градусов Цельсия и более) температур под воздействием электрического тока.

Колба (стекло) нагревается от той самой вольфрама нити.

Температура нагрева колбы (стекла) зависит от длительности работы лампы накаливания, от условий в которых она эксплуатируется, а так же от мощности самой лампы.

Чем мощней лампа накаливания, тем до бОльших температур нагревается колбы.

Так колба лампы мощностью в 100 Ватт может нагреться до температуры в 290 градусов Цельсия и даже более.

Лампа мощностью 75 Ватт нагревается (стекло) до 250 градусов, лампа на 40 Ватт ориентировочно нагревается до 150 градусов и более, на 25 Ватт до 100 градусов и.т.д.

Такие лампы представляют определённую пожарную опасность и они должны находиться на определённом расстоянии до горючих материалов.

Такие лампы нельзя накрывать тканью, бумагой.

Из личного опыта могу добавить, колба (стекло) может выдержать значительные температуры, но то же стекло боится резких перепадов температур.

Если на разогретую колбу попадёт влага, то в лучшем случае колба почернеет вот таким образом

В худшем колба разлетится на мелкие соколки.

По этой причине нельзя лампу накаливания сразу же включать, если принесли её с мороза.

Такие лампы лучше не использовать в помещениях с повышенной влажностью, если и использовать, то нужен светильник во влагозащищённом корпусе.

Лампы накаливания существуют уже довольно давно, но вы можете не знать, что они работают на сложных принципах электродинамики и термодинамики.

До эпохи электрического освещения было довольно проблематично добиться яркого и долговечного освещения. Единственными доступными вариантами были свечи и масляные лампы, которые не очень эффективно справлялись со своей задачей.

Придуманные и запатентованные Томасом Альва Эдисоном в 1800-х годах, лампы накаливания продолжают освещать наш мир на протяжении многих поколений.

Фотография лаборатории лампочек Томаса Алвы Эдисона, Детройт, сделанная в 1979 году

Лампы накаливания стали настолько популярны, что оригинальная технология не претерпела никаких радикальных изменений. Интересно отметить, что такая незначительная (но в то же время критически важная!) часть нашего существования основана на важных аспектах физики.

В этой статье мы найдем ответы на некоторые общие вопросы, касающиеся ламп накаливания.

Как образуется свет в лампах накаливания?

Лампа накаливания в основном состоит из двух частей - колбы и нити накаливания.

Колба, как правило, изготовлена из стекла, внутри которого находится вакуум. Вакуум помогает продлить срок службы лампочки; если внутри лампы присутствуют частицы воздуха, она быстро нагреется, и стекло может легко лопнуть.

Нить накаливания внутри лампочки - это место, где собственно и производится свет. Она сделана из длинного и намотанного материала, который является хорошим проводником электричества, например, вольфрама. Иногда внутренняя часть лампочки также заполняется инертным газом, например, аргоном. Инертные газы помогают замедлить процесс изнашивания вольфрамовой нити.

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

Нить накала прикреплена к металлическим контактам, которые подключены к источнику питания, чтобы через них мог проходить электрический ток.

Когда электрический ток проходит через нить накала, атомы возбуждаются, и электроны в них переходят на более высокие энергетические уровни, как только они поглощают энергию от протекающего тока. Время, в течение которого электроны остаются в этом возбужденном состоянии, очень мало, и когда они возвращаются к своим исходным уровням энергии, дополнительная энергия высвобождается в виде фотонов (небольших пакетов световой энергии).

Таким образом, лампочка светится!

Почему лампочки нагреваются?

Здесь следует учитывать один важный момент: нить накаливания лампочек сгорает, чтобы произвести свет. Это означает, что электрический ток, проходящий через нить, нагревает ее до такого уровня, что она начинает излучать фотоны. При перемешивании и вибрации атомов в материале нити накаливания выделяется тепловая энергия.

Большая часть электрического тока, проходящего через лампочку, используется для возбуждения атомов. При этом выделяется тепловая энергия, но лишь небольшая часть этой электрической энергии преобразуется в свет.

Кроме того, внутренняя часть лампочки не полностью герметична, и частицы воздуха передают тепловую энергию стеклу. Инертный газ внутри лампочки также проводит тепловую энергию к стеклу. Поэтому, когда вы прикасаетесь к лампочке, которая светится долгое время, то оказывается, что она горячая.

По этой причине нить накаливания рано или поздно разрушается, поэтому лампы накаливания служат недолго.

Следовательно, можно сказать, что лампа накаливания не особенно эффективно преобразует электрическую энергию в световую, растрачивая энергию в виде тепла.

Благодаря вечной жажде человечества к лучшим вариантам, у лампы накаливания появились лучшие конкуренты - галогенная лампа, люминесцентная лампа и светодиодная лампа (LED).

Эти разные виды ламп работают по разным механизмам, при которых потери энергии в виде тепловой энергии меньше, а значительная часть электрической энергии преобразуется в световую. Они экономичны, долговечны и более энергоэффективны.

Галогенные лампы - это усовершенствованная версия ламп накаливания, в которых вольфрамовая нить заключена в кварцевую капсулу в форме колбы, заполненную смесью инертного газа и небольшого количества галогенов, таких как йод или бром. "Галогенный цикл" повторно помещает частицы вольфрама в нить накаливания, позволяя использовать их повторно и эффективно продлевая срок службы лампы.

В люминесцентных лампах используется принцип флуоресценции, когда пары ртути заряжаются электрическим током, проходящим через лампу. Находящиеся под напряжением пары ртути испускают ультрафиолетовое излучение на люминофорное покрытие на внутренних стенках колбы, заставляя ее излучать световую энергию. Они примерно в четыре раза эффективнее и в десять раз долговечнее ламп накаливания.

Светодиодные лампы излучают световую энергию при пропускании через них электрического тока в прямом направлении . Они сделаны из светодиодов, которые состоят из полупроводникового материала. Это самый энергоэффективный вариант на рынке.

На пути к энергоэффективному будущему

С истощением энергетических ресурсов мир изо всех сил старается сохранить их и перейти к более устойчивым решениям. Лучшим вариантом искусственного освещения, который можно выбрать, является светодиодное освещение, благодаря многочисленным преимуществам, которые оно имеет по сравнению с другими традиционными методами освещения. Светодиодные лампы излучают незначительное количество тепловой энергии, служат до 25 000 часов и доступны в различных цветах.

Будущее бытового и коммерческого освещения очень яркое, благодаря гениальным изобретателям человечества, которые всегда находятся в поиске новых технологий!

Лампа накаливания (ЛН) — электрический источник света, светящимся телом которого служит так называемое тело накала (ТН, проводник, нагреваемый протеканием электрического тока до высокой температуры). В качестве материала для изготовления ТН в настоящее время применяется практически исключительно вольфрам и сплавы на его основе. В конце XIX - первой половине XX в. ТН изготавливалось из более доступного и простого в обработке материала – углеродного волокна. (Приложение 2. Устройство лампы накаливания).

Принцип действия. В лампе накаливания используется эффект нагревания проводника (нити накаливания) при протекании через него электрического тока (тепловое действие тока). Температура вольфрамовой нити накала резко возрастает после включения тока. Нить излучает электромагнитное тепловое излучение в соответствии с законом Планка. Функция Планка имеет максимум, положение которого на шкале длин волн зависит от температуры. Этот максимум сдвигается с повышением температуры в сторону меньших длин волн (закон смещения Вина). Для получения видимого излучения необходимо, чтобы температура была порядка нескольких тысяч градусов, в идеале 5770 K (температура поверхности Солнца). Чем меньше температура, тем меньше доля видимого света и тем более красным кажется излучение.

В обычном воздухе при таких температурах вольфрам мгновенно превратился бы в оксид. По этой причине ТН помещено в колбу, из которой в процессе изготовления ЛН откачиваются атмосферные газы. Наиболее опасными для ЛН являются кислород и водяные пары, в атмосфере которых происходит быстрое окисление ТН. Первые ЛН изготавливали вакуумными; в настоящее время только лампы малой мощности (для ЛОН - до 25 Вт) изготавливают в вакуумированной колбе. Колбы более мощных ЛН наполняют газом (азотом, аргоном или криптоном). Повышенное давление в колбе газополных ламп резко уменьшает скорость разрушения ТН из-за распыления. Колбы газополных ЛН не так быстро покрываются тёмным налётом распылённого материала ТН, а температуру последнего можно увеличить по сравнению с вакуумными ЛН. Последнее позволяет повысить КПД и несколько изменить спектр излучения.

КПД и долговечность. Почти вся подаваемая в лампу энергия превращается в излучение теплопроводности и конвекции малы. Для человеческого глаза, однако, доступен только малый диапазон длин волн этого излучения. Основная часть излучения лежит в невидимом инфракрасном диапазоне и воспринимается в виде тепла. Коэффициент полезного действия ламп накаливания достигает при температуре около 3400 K своего максимального значения 15 %. При практически достижимых температурах в 2700 K (обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет 5%.

С возрастанием температуры КПД лампы накаливания возрастает, но при этом существенно снижается её долговечность. При температуре нити 2700 K время жизни лампы составляет примерно 1000 часов, при 3400 K всего лишь несколько часов. Как показано на рисунке справа, при увеличении напряжения на 20 %, яркость возрастает в два раза. Одновременно с этим время жизни уменьшается на 95%.

Ограниченность времени жизни лампы накаливания обусловлена в меньшей степени испарением материала нити во время работы, и в большей степени возникающими в нити неоднородностями. Неравномерное испарение материала нити приводит к возникновению истончённых участков с повышенным электрическим сопротивлением, что в свою очередь ведёт к ещё большему нагреву и испарению материала в таких местах. Когда одно из этих сужений истончается настолько, что материал нити в этом месте плавится или полностью испаряется, ток прерывается и лампа выходит из строя.

Преимущественная часть износа нити накала происходит при резкой подаче напряжения на лампу, поэтому значительно увеличить срок её службы можно используя разного рода плавные пускатели. Вольфрамовая нить накаливания имеет в холодном состоянии удельное сопротивление, которое всего в 2 раза выше, чем сопротивление алюминия. При перегорании лампы часто бывает, что сгорают медные проводки, соединяющие контакты цоколя с держателями спирали. Так, обычная лампа на 60 Вт в момент включения потребляет свыше 700 Вт, а 100-ваттная — более киловатта. По мере прогрева спирали её сопротивление возрастает, а мощность падает до номинальной. (Приложение 3. Светоотдача и КПД).

Для сглаживания пиковой мощности могут использоваться терморезисторы с сильно падающим сопротивлением по мере прогрева, реактивный балласт в виде ёмкости или индуктивности. Напряжение на лампе растет по мере прогрева спирали и может использоваться для шунтирования балласта автоматикой. Без отключения балласта лампа может потерять от 5 до 20 % мощности, что тоже может быть выгодно для увеличения ресурса.

Преимущества и недостатки ламп накаливания.

1. Преимущества:

- ненужность пускорегулирующей аппаратуры;

- при включении они зажигаются почти мгновенно;

- отсутствие токсичных компонентов и как следствие отсутствие необходимости в инфраструктуре по сбору и утилизации;

- возможность работы как на постоянном (любой полярности), так и на переменном токе;

- возможность изготовления ламп на самое разное напряжение (от долей вольта до сотен вольт);

- отсутствие мерцания и гудения при работе на переменном токе;

- непрерывный спектр излучения;

- устойчивость к электромагнитному импульсу;

- возможность использования регуляторов яркости;

- нормальная работа при низких температурах окружающей среды.

2. Недостатки:

- низкая световая отдача;

- относительно малый срок службы;

- резкая зависимость световой отдачи и срока службы от напряжения;

- цветовая температура лежит только в пределах 2300 – 2900 к, что придает свету желтоватый оттенок;

- лампы накаливания представляют пожарную опасность. Через 30 минут после включения ламп накаливания температура наружной поверхности достигает в зависимости от мощности следующих величин: 40 Вт — 145 °C, 75 Вт — 250 °C, 100 Вт — 290 °C, 200 Вт — 330 °C. При соприкосновении ламп с текстильными материалами их колба нагревается еще сильнее. Солома, касающаяся поверхности лампы мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно через 67 минут.

Отслужившие лампы накаливания не содержат вредных для окружающей среды веществ и могут утилизироваться как обычные бытовые отходы. Единственным ограничением является запрет на их переработку вместе с изделиями из стекла.