Как работает лампочка накаливания. Как работает лампа накаливания: принцип действия, история изобретения и современное применение

Как устроена лампа накаливания. Какие физические процессы лежат в основе ее работы. Кто и когда изобрел первую лампочку. Почему лампы накаливания до сих пор популярны. Каковы их преимущества и недостатки по сравнению с современными источниками света.

Принцип работы лампы накаливания

Лампа накаливания — один из самых распространенных источников искусственного освещения. Несмотря на появление более энергоэффективных альтернатив, она до сих пор широко используется благодаря простоте конструкции и низкой стоимости. Как же работает этот привычный всем прибор?

В основе работы лампы накаливания лежит явление термоэлектронной эмиссии — испускания электронов нагретыми телами. Главный элемент лампы — тонкая металлическая нить (обычно из вольфрама), которая нагревается при прохождении через нее электрического тока. При достижении высокой температуры (порядка 2000-3000°C) нить начинает излучать видимый свет.

Чтобы нить не сгорела моментально на воздухе, она помещается в стеклянную колбу, из которой откачан воздух или которая заполнена инертным газом. Это позволяет значительно увеличить срок службы лампы.

Основные элементы конструкции лампы накаливания

Типичная лампа накаливания состоит из следующих основных частей:

• Стеклянная колба
• Нить накала (вольфрамовая спираль)
• Электроды для подвода тока к нити
• Инертный газ или вакуум внутри колбы
• Цоколь для подключения к патрону

Такая простая конструкция обеспечивает низкую стоимость и массовое производство ламп накаливания. Это одна из причин их популярности даже в эпоху энергосберегающих технологий.

История изобретения лампы накаливания

Создание электрической лампочки стало результатом работы многих ученых и изобретателей на протяжении XIX века. Вот основные вехи в истории ее изобретения:

• 1802 год — Хэмфри Дэви создает первую электрическую дугу между угольными электродами
• 1840 год — Уоррен де ла Рю помещает платиновую спираль в вакуумную трубку
• 1860 год — Джозеф Суон разрабатывает лампу с обугленной бумажной нитью
• 1874 год — Александр Лодыгин патентует лампу с угольным стержнем
• 1879 год — Томас Эдисон создает первую практичную лампу накаливания с угольной нитью

Хотя Эдисон не был первым изобретателем лампочки, именно его разработки позволили наладить массовое производство и широкое распространение электрического освещения.

Преимущества и недостатки ламп накаливания

Почему же лампы накаливания до сих пор популярны, несмотря на появление более современных источников света? У них есть ряд важных преимуществ:

• Низкая стоимость
• Мгновенное включение на полную яркость
• Отсутствие пульсаций светового потока
• Приятный теплый свет, близкий к естественному
• Простота утилизации

Однако у ламп накаливания есть и существенные недостатки:

• Низкая световая отдача (КПД около 5%)
• Относительно небольшой срок службы (1000-2000 часов)
• Сильный нагрев при работе
• Хрупкость стеклянной колбы

Именно из-за низкой энергоэффективности во многих странах вводятся ограничения на использование ламп накаливания. Их постепенно вытесняют светодиодные и люминесцентные источники света.

Современное применение ламп накаливания

Несмотря на запреты, лампы накаливания все еще широко используются в быту и промышленности. Основные области их применения сегодня:

• Бытовое освещение (особенно в странах с дешевой электроэнергией)
• Декоративное освещение
• Специальное освещение (например, в инкубаторах)
• Сигнальные лампы
• Автомобильные фары и подфарники

В некоторых сферах лампы накаливания незаменимы благодаря мгновенному включению и отсутствию пульсаций. Поэтому они еще долго будут оставаться востребованным источником света.

Феномен «вечной» лампочки

Говоря о лампах накаливания, нельзя не упомянуть знаменитую «вечную» лампочку из города Ливермор в Калифорнии. Эта лампа горит непрерывно уже более 120 лет — с 1901 года!

Как объяснить такое невероятное долголетие? Существует несколько версий:

• Более толстая и прочная нить накала
• Использование особого сплава для нити
• Низкое напряжение питания, снижающее нагрузку
• Отсутствие частых включений и выключений

Точная причина до сих пор не установлена. Феномен «вечной» лампочки остается загадкой и предметом изучения ученых. Он показывает, что потенциал технологии ламп накаливания далеко не исчерпан.

Перспективы развития ламп накаливания

Хотя классические лампы накаливания постепенно уходят в прошлое, технология продолжает развиваться. Современные разработки направлены на повышение энергоэффективности и срока службы:

• Галогенные лампы накаливания с увеличенным ресурсом
• Лампы с инфракрасным покрытием колбы для возврата тепла к нити
• Использование новых материалов для нити накала

Эти усовершенствования позволяют лампам накаливания конкурировать с альтернативными источниками света в определенных нишах. Поэтому говорить о полном отказе от этой технологии пока преждевременно.

Заключение

Лампа накаливания — одно из величайших изобретений XIX века, которое до сих пор играет важную роль в нашей жизни. Несмотря на появление более эффективных источников света, она остается востребованной благодаря простоте, надежности и низкой стоимости.

История лампы накаливания наглядно показывает, как научное открытие может изменить мир. От первых экспериментов до повсеместного распространения электрического освещения прошло менее века. Сегодня мы уже не представляем жизнь без искусственного света.

Хотя будущее, вероятно, за светодиодными технологиями, лампы накаливания еще долго будут освещать наши дома. Их теплый свет создает особую атмосферу уюта, которую пока не могут воспроизвести другие источники. Поэтому «лампочка Ильича» наверняка останется с нами и в XXI веке.

Принцип работы лампы накаливания. Кто изобрел лампу накаливания?

Принцип работы лампы накаливания

Принцип действия лампы накаливания основан на использовании электроэнергии для нагрева металлической нити (или спирали) до высокой температуры, при которой она начинает светиться. Если бы это происходило на открытом воздухе или в присутствии кислорода, металл бы просто сгорел, не успев достаточно нагреться, чтобы давать свет.

В лампе накаливания спираль не сгорает моментально, потому что изолирована от внешней среды стеклянной колбой. В ней либо создан вакуум, либо же она заполнена инертным газом.

Проволока не может гореть в вакууме, так же как и в инертном газе — он потому и назван инертным, что ни с чем и никогда не вступает в реакцию.

Кто изобрел лампу накаливания?

Уоррен де ла Рю только что изобрел лампу накаливания и думает, где бы ему раздобыть еще немного платины

Не Эдисон. Он лишь улучшил существовавшие в то время модели и создал первую лампу, которая смогла проработать 40 часов. А изобрели лампу накаливания задолго до этого. Кто же был первым? Рискну предположить, что титул изобретателя должен достаться Уоррену де ла Рю (Warren De la Rue), британскому астроному и химику. В 1820 году он поместил в трубку, из которой был откачан воздух, платиновую проволоку и пропустил через нее электрический ток. Его изобретение так и не получило широкого распространения и тем более не пошло в массовое производство (догадайтесь почему).

Почему лампы накаливания перегорают?

Дело в том, что раскаленная спираль хоть и медленно, но испаряется. Испарившиеся молекулы металла навсегда оседают на внутренней стенке колбы, поэтому старая лампа светит заметно тусклее и желтее, чем новая.

Также это означает, что проволока будет постепенно истончаться до тех пор, пока на ней не появится настолько узкое место, что она уже не сможет проводить электрический ток. В этом месте происходит перегрев и разрыв. Тогда мы обычно говорим: «Блин, опять лампочка перегорела», и идем за новой.

Почему лампа накаливания не самый лучший вариант?

Потому что она неэффективна. Принцип работы лампы накаливания заключается в нагревании спирали электрическим током, но производители специально ограничивают температуру, не давая спирали светиться по-настоящему ярким белым светом, чтобы таким образом продлить срок ее службы. В результате основную часть энергии (до 80%) лампы накаливания излучают в инфракрасном диапазоне. Проще говоря — эти лампы скорее греют, чем светят. Ненужная трата электричества, если, конечно, вы и впрямь не используете лампы накаливания для отопления.

Они их запретили! Сволочи!

Было дело. В цивилизованных странах лампы накаливания просто загнали в строгие рамки соответствия минимальным стандартам эффективности (за исключением некоторых специальных ламп) — это, конечно, закрыло путь на рынок многим моделям, но о полном запрете речь никогда не шла. В России в 2011 году был целиком запрещен оборот ламп накаливания мощностью 100 Вт и более. С 2013 года было запрещено продавать уже лампы мощностью более 75 Вт. А с 2014 года планировалось и вовсе полностью отказаться от ламп накаливания в пользу энергосберегающих. Но совсем недавно внезапно выяснилось, что наша страна еще не готова полностью переходить на энергосберегающие лампы, поэтому рассматриваются поправки к законам, отменяющие безусловный запрет на оборот ламп накаливания.

А пока что производители работают над созданием альтернативных источников света, которые бы удовлетворяли строгим стандартам энергоэффективности, светили ярко и приятно для глаза и не стоили половину зарплаты.

Как работает лампочка | Volt-info

Думаю, что никому не нужно объяснять, что такое обычная 

электрическая лампочка, а точнее – лампа накаливания. Мы настолько привыкли к этому прибору, его простоте и обыденности, что у нас и мысли не возникает задуматься, как на самом деле он работает, какие физические процессы в нём происходят и почему. А задай мы себе этот вопрос, некоторые из нас не просто задумаются, но и обнаружат неожиданно для себя, что не могут вовсе объяснить принцип работы лампы накаливания. Если Вы сейчас действительно задумались и не находите ответа, то эта статья для Вас.

Основным рабочим элементом любой лампы накаливания является металлическая нить накала, заключённая в стеклянную колбу. Из колбы максимально удалён воздух и закачан инертный (не вступающий в химические реакции практически ни с какими веществами) газ. Нить накала представляет собой тонкую металлическую (чаще вольфрамовую) проволочку, своими концами подключенную к токоподводящим электродам. Токоподводящие электроды проходят через основание стеклянной колбы и выводятся к цокольным контактам для удобного включения в электрическую схему.

Как и во всех металлах, в цокольных контактах, электродах и самой нити накаливания содержится большое количество свободных электронов. Мы уже знаем, что происходит при подключении проводника к двум точкам с разными электрическими потенциалами. То же происходит и с нитью накаливания. Источник разности потенциалов сообщает поступательную энергию свободным электронам в металле нити накала. По ней начинает протекать электрический ток, т.е. сквозь неё и по её поверхности начинают двигаться свободные электроны.

«Это объясняется тем, что атомы металлов имеют контурные присасывающие желоба; и как бы атомы не соединялись между собой (а соединяются они между собой с помощью тех же желобов), их желоба являются продолжением одних другими: скользя по желобам, электроны могут перемещаться из конца в конец проводника. В пределах атома электрон смещается без каких-либо потерь; некоторые усилия он совершает только при перепрыгивании с атома на атом, да и то только при условии, что атомы соединились между собой неудачно. Впрочем, зная условия стыковки атомов (а это — затвердевание металла и пластическая деформация волочения), мы не можем рассчитывать на то, что их присасывающие желоба соединились так, как хотели. Отсюда — электрическое сопротивление проводников.» [Русская теория]

Если бы металл проводника имел идеальную структуру и его молекулы и атомы были связаны между собой наиболее «удачным» образом, то электроны могли бы перемещаться по всей толще и поверхности проводника практически беспрепятственно, без потерь энергии (при этом мы пока не берём во внимание затраты на образование магнитного поля вокруг проводника). Имея «неидеальные стыки» молекул и атомов металла, при прохождении электроном этих стыков он может столкнуться с препятствием, или проще говоря – удариться о какой либо элемент соседнего атома или молекулы, потерять часть энергии движения в пользу атома и немного замедлиться. Так и происходит. Электроны во время движения, переходя через стыки в связях атомов и молекул металла, а так же встречая другие аналогичные препятствия, периодически сталкиваются с атомами и молекулами вещества, сообщая им некоторую энергию, и раскачивая их, таким образом, до более высокой амплитуды колебаний. Молекулы и атомы с избыточной энергией (с большей амплитудой собственных колебаний) раскачивают соседние, таким образом, передавая энергию и распределяя её по всему объёму тела равномерно. Атомы и молекулы металла, находящиеся на поверхности, часть энергии передают атомам и молекулам окружающего газа (газов) и эфиру. Далее часть энергии в виде колебаний с частотой оптического спектра распространяется в оптически прозрачной среде, а часть колебаний инфракрасного (теплового) спектра так же распространяется по всем направлениям пространства через любую среду вещества или эфира. Если источник разности потенциалов сможет сообщить электронам достаточную энергию для очень сильной «раскачки» атомов и молекул металла нити накала, то колебаться начнут самые разнообразные элементы и участки атомов, а частота колебаний их будет зависеть от характерных особенностей строения этих участков. Поэтому цвет и оттенок свечения часто определяется материалом светящегося элемента. И соответственно, чем больше будет сообщаться энергии от источника разности потенциалов, тем интенсивнее будут колебаться атомы и передавать колебания в окружающую среду. Эти колебания как раз и есть ни что иное, как свет и тепло, что и требуется от нашей лампочки.

По сути, колебания любой материи и эфира, это тепловой фон, т.е. температура. По мере роста температуры, разогреваемое тело начинает излучать всё более ярко и всё более широкий спектр частот в диапазонах видимых и невидимых излучений. Вот, так просто…

 

Хочу обратить Ваше внимание на то, что здесь во всех явлениях мы наблюдаем исключительно механический принцип на всех уровнях преобразования энергии. Я умышленно не стал употреблять  здесь традиционные понятия такого термина, как электромагнитная волна, которой по одной из версий классической оптики является свет. Я отказался от этого хотя бы потому, что классическая физика вообще не в состоянии разъяснить суть такой мистической материи как электрическое поле, магнитное поле, и тем более – электромагнитная волна… И уж тем более не приемлю такую хитрую уловку, как корпускулярно-волновой дуализм. Уж если где-то пошла не состыковка теории, ищи ошибку и исправляй, а не придумывай поправку. Не знаю как Вам, а мне не по душе такое лукавство нашей современной науки. К тому же скажу, что уже большинство «настоящих» учёных давно пришло к такому мнению.

Вечная лампа накаливания работает уже 113 лет

17.11.2014

Вечная лампа накаливания

Непостижимая история 113-летней лампочки накаливания

Среднестатистическая лампа накаливания работает в течении 1000 – 2000 часов, по истечении которых перегорает. Длительность работы светодиодных (LED) ламп колеблется в пределах 25000 – 50000 часов.

Но есть в калифорнийской пожарной части одна лампа, время работы которой насчитали 989 000 часов – почти 113 лет. Установлена эта лампа была в 1901 году. С тех пор многое изменилось, поменялось много сотрудников противопожарной службы, но неизменной осталась одна «вечная лампа накаливания». Долговечность ее работы до сих пор остается загадкой.

Краткая история лампочки накаливания

Карбоновая лампа Томаса Эдисона

Считается, что Томас Эдисон изобрел первую лампочку в 1879 году. Хотя и ранее изобретатели экспериментировали в этом направлении.

В 1802 году британский химик Гэмфри Дэви придумал лампу накаливания, подавая ток на платиновые полоски. В последующие 75 лет изобретатели повторяли и усовершенствовали нить накала.

Известен шотландский изобретатель Джеймс Боуман Линдсей, который в 1835 году хвастался своей новой лампочкой, позволяющей ему «читать книгу на расстоянии полутора метров», но позже он переключился на беспроволочную телеграфию.

Пять лет спустя за эксперименты с платиновыми нитями накаливания взялась уже целая группа ученных. И хотя высокая цена платины не позволила создать устройство для массового производства, но разработанная ими конструкция легла в основу первого патента лампы накаливания, полученного в 1841 году.

Американский изобретатель Джон У. Старр заменил дорогие платиновые нити накаливания на более дешевые угольные, но вскоре умер от туберкулеза, не успев довести до ума свою разработку.

Несколько лет позже британский физик Джозеф Сван, используя идеи Старра, создал рабочий экземпляр лампы, и в 1878 году стал первым человеком в мире, который украсил свой дом лампочками накаливания.

Томас Эдисон в Америке работал над усовершенствованием угольных нитей накала. Увеличив степень вакуума в колбе лампы, совместно с усовершенствованной угольной нитью накала, в 1880 году удалось добиться 1200 часов работы лампы и запустить ее в массовое производство в количестве 130000 лампочек в год.

В это же время родился человек, которому суждено было создать самую долговечную лампочку в мире.

The Shelby Electric Company

Адольф Шайе

Родившийся в 1867 году Шайе проживал в Париже и имел возможность наблюдать, как растет популярность электрических лампочек. В 11 лет он решил зарабатывать собственные деньги и стал сопровождать своего отца, шведского иммигранта и владельца небольшой компании, производящей лампы накаливания. Шайе увлекся физикой и закончил обучение сразу в двух академиях наук – немецкой и французской. После обучения Шайе занимался проектированием нитей накаливания в крупной немецкой энергетической компании, а в 1896 году переехал в США, где некоторое время работал в General Electric, но затем ему удалось получить 100000$ инвестиций (что в 2014 году эквивалентно сумме $2750000) и открыть фабрику по производству ламп Shelby Electric Company.

Чтобы показать превосходящее качество своей продукции Шайе решил провести публичное испытание. Лампочки разных производителей были размещены рядом и все были подключены к одному источнику питания, напряжение в котором постепенно повышалось. Western Electrician в 1897 году рассказывает, что произошло дальше:

«Лампы различных марок стали сгорать и взрываться, пока лаборатория не осталась освещаться только лампами Шелби, ни одна из которых не пострадала даже при достаточно высоком напряжения во время столь наглядного испытания».

Патент Шайе

Компания Шелби заявляла, что ее лампочки работают на 30% больше и горят на 20% ярче, чем любые другие лампы в мире. Это способствовало взрывному успеху компании. В 1897 г. журнал Western Electrician сообщил, что компания «получила столько заказов на первое марта [1897], что пришлось работать ночами напролет и резко увеличить размеры завода». К концу года производительность компании выросла в два раза – с 2000 до 4000 ламп в день, а «преимущества использования ламп Шелби были настолько очевидными, что без сомнения не остались незамеченными даже среди наиболее скептически настроенных потребителей».

Выпуск продукции продолжался все следующее десятилетие. За это время появились новые технологии с вольфрамовыми нитями накала и новые производители. Компания Шелби не смогла вовремя модернизировать свое производство и оказалась не в состоянии конкурировать с новыми производителями. В 1914 году они были выкуплены General Electric, а выпуск лампочек Шелби был прекращен.

The Centennial Light

В 1972 году начальник пожарной инспекции в городе Ливермор в Калифорнии сообщил местной газете об одной странности. Лампочка Шелби, находящаяся на потолке его станции непрерывно горит вот уже в течение десятилетий. Эта лампочка уже давно стала легендой в пожарной части и никто не знает наверняка, как долго он горит и откуда взялась. Майк Данстан, молодой репортер с Tri-Valley Herald, занялся расследованием данного вопроса и то, что он нашел, было действительно впечатляющим.

Собрав десятки устных рассказов и письменных историй, Данстан определил, что эта лампочка была приобретена Деннисом Берналем в компании Livermore Power and Water Co. (первая энергетическая компания города) примерно в конце 1890-х годов, а затем передана в пожарную часть города в 1901 году, после того, как Берналь продал компанию.

В первые годы использования лампочка, известная как Centennial Light или «Столетний свет» была перемещена всего несколько раз: несколько месяцев она висела в помещении пожарного отдела, а затем, после краткого пребывания в гараже и мэрии, была перенесена в пожарное депо Ливермора. «Она оставалась включенной по 24 часа в день, чтобы осветиться темный путь для сотрудников компании, – рассказал Данстан тогдашний начальник пожарной станции Джек Бейрд».

Хотя Бэрд признал, что ее все-таки однажды выключали «примерно на неделю, когда сотрудники управления общественных работ, созданного Рузвельтом, провели реконструкцию пожарной части еще в 30-е годы», представители Книги Рекордов Гиннесса все-таки установили, что выдутая вручную лампа на 30-ватт достигла 71-летнего строка эксплуатации и была «старейшей лампой накаливания в мире».

Помимо реконструкции пожарной части в 1930-м году, лампочка выключалась еще пару раз – в 1976 году, когда ее привезли в новую пожарную часть Ливермора № 6. В сопровождении «эскорта, состоящего из множества полицейских и пожарных машин» лампочка прибыла на встречу к большой толпе жаждущих увидеть, как она вновь зажжется.

После установки лампы на новом месте за ней стали вести видеонаблюдение, чтобы убедиться, что последняя действительно горит без перерыва. В последующие годы, в интернете появилась онлайн камера под названием «BulbCam», демонстрирующая работу лампы в реальном времени. В прошлом году, поклонники лампочки (из которых на Facebook присутствует почти 9000 человек) страшно напугались, когда она перестала светиться.

Поклонники лампочки в фейсбуке

Сначала показалось, что она, наконец, закончила свою работу, но после девяти с половиной часов, было обнаружено, что вышли из строя источники бесперебойного питания лампочки. Как только их работа была восстановлена лампочка вновь начала освещать собой помещение. Таким образом, 113-летняя лампа накаливания пережила свой блок питания (впрочем, она также пережила три камеры видеонаблюдения).

Сейчас лампа-долгожительница имеет свой собственный сайт www.centennialbulb.org, на котором, в числе прочего, можно следить за ее работой через веб-камеру (снимки делаются с интервалом 10 секунд).

За лампочкой следит видеокамера

Сегодня лампа все еще сияет, хотя один отставной пожарник-волонтер как-то сказал, что «она уже не дает много света» (всего около 4 Вт). Но владельцы хрупкого кусочка истории относятся к нему с большой ответственностью: пожарные Ливермора ухаживают за маленькой лампочкой, как за фарфоровой куклой. «Никто не хочет, чтобы эта лампочка вышла из строя на их глазах, – как-то сказал бывший начальник пожарной охраны Стюарт Гари. – Если бы она сломалась, в то время как я все еще был главным, это не очень хорошо отразилось бы на моей карьере».

Они ведут себя не так как обычно

Каждый, начиная от «Разрушителей мифов» и заканчивая Национальным Общественным Радио, выдвинул свои объяснения причин долголетия лампочки Шелби. Но, в общем, тут есть только один ответ – полнейшая загадка, ведь патент Шайе большую часть процесса оставил необъясненным.

Некоторые, как например, профессор по электротехнике из Калифорнийского университета в Беркли, Дэвид Це, откровенно сомневается в подлинности лампочки. Другие же, как студент инженерного факультета Генри Слонски, утверждают, что это, скорее всего, связано с тем, что когда-то все вещи делали с огромным запасом прочности, нежели сегодня. «В то время, – говорит он, – люди делали все куда более прочным, чем требовалось».

Джастин Фелгар, один из студентов доктора Кац, дополнительно изучил лампочку и опубликовал в 2010 году свой труд под названием «Нить накала лампы Centennial». В нем Фелгар пишет, что ему удалось выяснить одну любопытную закономерность: чем сильнее нагревается лампа Шелби, тем большее количество электроэнергии проходит через нить накаливания Centennial Light (а это полная противоположность того, что происходит с современными вольфрамовыми нитями). Фелгар утверждает, что для того, чтобы определить точную причину несгораемости нитей накаливания лампы Шелби, было бы необходимо «оторвать один кусочек» и пропустить его через ускоритель частиц в Военно-морской академии, однако это очень дорогостоящий процесс, а потому он до сих пор остается не проверенным.

В конечном счете, Кац и ее коллеги так и не имеют точного объяснения этой загадке. «Я думала, что наверняка все физические процессы должны, в конце концов, заканчиваться, – говорит она. – Но, возможно, с этой конкретной лампочкой произошло нечто случайное». Экс-заместитель начальника пожарной охраны Ливермора согласен с ней. «Реальность такова, что вероятно перед нами просто очередная ошибка природы, – сказал он журналистам NPR в 2003 году, – лишь одна из миллиона лампочек может вот так продолжать светится год за годом».

Ламповый картель

Сегодня средняя лампа накаливания работает около 1500 часов, тогда как первоклассные светодиодные лампочки (ценой по 25 $ каждая) излучают свет около 30 000 часов. Независимо от того, имела ли столетняя лампочка секретную формулу работы или нет, она горела в течение 113 лет – то есть около 1 миллиона часов. Так почему же мы не можем создать точно такую же долговечную лампочку?

Такие ламповые компании, как The Shelby Electric Company гордились длительным сроком работы своих изделий, причем настолько, что долговечность их продукции постоянно была в центре внимания их маркетинговых кампаний. Но к середине 1920-х годов способы ведения бизнеса несколько изменились и в них начало преобладать новое правило:

«Продукты, которые не изнашиваются – трагедия для бизнеса». Это направление мысли называется «запланированное устаревание», в рамках которого производители намеренно сокращают период эксплуатации своих товаров, что приводит к их более быстрой замене.

В 1921 году многонациональный производитель лампочек Osram сформировал «Internationale Glühlampen Preisvereinigung» (Международная ассоциацию по формированию цен на лампочки), чтобы регулировать цены и ограничить конкуренцию. General Electric вскоре отреагировал на это, основав в Париже «Международную компанию General Electric». Вместе эти организации торговали патентами и информациях о продажах, чтобы укреплять свои позиции на рынке освещения.

В 1924 году Osram, Philips, General Electric и другие крупные электроэнергетические компании встретились и образовали картель «Феб» под видом общего сотрудничества, якобы направленного на стандартизацию лампочек. Вместо этого они начали заниматься запланированным устареванием. Для достижения последнего компании согласились ограничить продолжительность жизни лампочек на 1000 часов – а это меньше, чем даже длительность работы ламп Эдисона (1200 часов). Любая компания, которая производит лампочку, работающую более 1000 часов, будет оштрафована.

До своего роспуска во время Второй мировой войны, картель якобы в течение двадцати лет останавливал все исследования, направленные на создания лампочек с более длительным сроком использования.

***

Независимо от того, стоит ли до сих пор запланированное устаревание на повестке дня у производителей лампочек, этот вопрос является весьма спорным и о том, что все это происходило (или происходит) на самом деле не существует никаких точных доказательств. В любом случае, производство ламп накаливания постепенно сокращается по всему миру: эта тенденция начала просматриваться в Бразилии и Венесуэле в 2005 году, а многие страны последовали их примеру (Европейский союз, Швейцария и Австралия резко сократили выпуск таких ламп в 2009 году, Аргентина и Россия – в 2012 году, а Соединенные Штаты, Канада, Мексика, Малайзия и Южная Корея – в 2014 году).

Как только появились более эффективные технологии (галогенные, светодиодные, компактные люминесцентные лампы, магнитные индукционные светильники), старые лампы с нитями накаливания постепенно превращаются в пережиток прошлого. Но свисающая с белого потолка пожарной станции Ливермора № 6 невероятно старая лампочка как никогда актуальна и по-прежнему отказывается выходить из строя.

– По материалам из priceonomics.com –

Комментарии:

Газовое озеро КивуДорога из солнечных панелей в Нидерландах

Лампы накаливания — история создания

Сегодня сложно встретить человека, который бы ничего не знал о лампах накаливания, даже несмотря на прогресс и на изобилие других видов осветительных приборов. «Лампы Ильича» — так в народе прозвали самые обыкновенные и популярные осветительные приборы, которые по сей день пользуются большим спросом у народа. Безусловно, современный рынок светотехники предлагает огромный ассортимент альтернативных ламп, но даже новые устройства не могут в некоторых параметрах превзойти лампы накаливания. 

История

Процесс возникновения и распространения лампочек накаливания был довольно долгим и запутанным, а вклад в изобретение вложил не один ученый-изобретатель. Принятая с течением времени история появления повествует о том, что возникновение «лампочек Ильича» произошло в 1872 году благодаря русскому ученому Александру Николаевичу Лодыгину. Именно он впервые провел ток сквозь стержень из угля, который размещался в вакууме колбы, сделанной из стекла. При этом происходила большая светоотдача из-за возрастания силы тока, превышение температур плавления с последующим угасанием лампочки. На основе данного опыта были определены подходящие для функционирования лампочек режимы, а 1873 году они впервые использовались на санкт-петербургских улицах.

Именно в этот же период времени к разработке лампочек приступил Томас Эдисон, который в дальнейшем получил на них патент. Именно после этого его стали называть «отцом» самых первых электрических ламп. Но нельзя точно утверждать, кто совершил данное открытие первым, поскольку прибор был изобретен одновременно в разных странах. Зато Александру Николаевичу Лодыгину с большой вероятностью принадлежит идея замены угольной нити на вольфрамовую, которая обладает высокой температурой плавления (3410 ⁰С). В этот же период времени Томас Эдисон внес свой вклад, создав резьбовую систему «патрон-цоколь», которая дожила до наших дней практические никак не изменившись. Именно буква E в маркировке современных цоколей говорит о том, что их изобретателем был американский ученый Эдисон (Е — Edison Screw). Самыми популярными типами цоколя в России и Европе являются Е27 и Е14, а в Америке используются другие, поскольку напряжение сетей различается. Спустя 20 лет еще один американский ученый воплотил в жизнь идею замены нити спиралью, благодаря чему уменьшились габариты лампочки, улучшилась работа и увеличилась световая отдача.

Устройство 

Лампа накаливания только на первых порах для непрофессионального человека может показаться простой и незамысловатой, но это не так. Данный осветительный прибор – это совокупность различных научных достижений в области светотехники. На сегодняшний день спираль накаливания может быть не только вольфрамовой. Сейчас материалом изготовления также служит осмий, а также осмиевые соединения. Кроме того, колба сегодня перестает быть вакуумной и заполняется различными инертными газами. Именно данное нововведение помогло избежать сильное атмосферное давление на лампу, значительно увеличив продолжительность ее работы. Ведь ток, проходя через спираль, провоцирует ее сильный нагрев (до 2900 ⁰С) и активное испарение вольфрама, с его последующим оседанием на стекле. Следовательно, колба со временем перестает быть прозрачной, уменьшается ее светоотдача, понижается срок службы нити.

Лампы накаливания отличаются слишком ярким светом желтого цвета, что вызывает дискомфорт. Именно поэтому производители выпускают не только с прозрачные лампочки, но и матовые. Такое стекло рассеивает свет, делая его мягким при небольшой потере интенсивности.

Правильный выбор лампочек накаливания

Несмотря на большую популярность данной лампочки, правильный ее выбор пока еще могут сделать не все. Нередко бывает, что после покупки прибор отработал пару суток и перегорел. Но бывает и такое, что лампочка может светить в течение нескольких лет. Все это зависит от того, насколько правильно вы выбираете осветительный прибор. При покупке необходимо обращать внимание на следующие аспекты: 

• стекло не должно иметь никаких микровключений, поскольку именно их отсутствие обеспечивает надежность колбы. Качество материала легко проверяется несильными постукиваниями пальцем по колбе. Издаваемый звук должен отличаться приглушенностью;
  
• металлический цоколь должен быть без любых повреждений. Нижний контакт может быть как широким (до 7 мм), так и узким (около 5 мм). Первый вариант наиболее приемлемый, поскольку обеспечивается наиболее плотный контакт. Но современные лампочки чаще всего производятся с наличием узкого контакта;
  
• в зонах приклеивания не должны образовываться отверстия;
  
• соединение внешнего токопровода и цоколя должно осуществлять обыкновенной пайкой. Также возможно применение точеной сварки;
  
• в пайке главное – маленькие размеры и аккуратность, а также надежность крепления;
  
• исключено провисание спирали (наличие провисания означает неоднократное использование лампы).

Кроме вышеперечисленных аспектов, необходимо уделить большое внимание обжиму спирали в области ее крепления к электродам. Если обжим был недостаточным, то срок службы прибора резко снижается. 

Обязательно следуйте вышеперечисленным рекомендациям при выборе лампы накаливания. Это поможет приобрести качественный прибор, который прослужит Вам долгое время.

Торговая сеть «Планета Электрика» рада предложить лампы накаливания, а также их прямую замену — светодиодные лампы. Торговые залы представлены во всех крупных городах Сибирского Федерального округа, например в Новосибирске, Барнауле, Омске. Список не весь — полный на этой странице.

Из чего сделана лампа накаливания

Из каких материалов, веществ, химических элементов сделаны различные элементы «вакуумной» лампы накаливания? Вот из таких:

Из чего это сделано

1. Колба лампы сделана из силикатного стекла (не закалённого, не термостойкого, не кварцевого — из самого обычного). Стеклянная конструкция внутри лампы (состоит из штабика, тарелочки и штенгеля) сделана из такого же стекла. Силикатное стекло — сплав  кварцевого песка SiO₂, соды Na₂CO₃ и карбоната кальция CaCO₃, что в итоге даёт соединение состава Na₂O·CaO·6SiO₂. Колба наполнена инетртным газом (чаще всего 86% аргона Ar и 14% азота N₂) или, если лампа маломощная, имеет внутри просто откаченный, разряженный воздух.
2. Нить накаливания сделана из вольфрама W. Не совсем чистого. С присадками (менее 1% в сумме) оксида кремния SiO₂, калия K, натрия Na, иногда оксида алюминия Al₂O₃.
3. Держатели нити накаливания сделаны из чистого молибдена Mo. Молибден сохраняет упругость при температуре близкой к температуре его плавления (2623°C = 2896 K, что как бы кстати немного выше 2700 K — температуры раскалённой вольфрамовой нити).
4. Электроды сделаны из никелированного железа (Fe, Ni). Железная проволока, покрытая никелем. Проверено. А вовсе не из чистого никеля, как написано везде в интернете.
5. Вводы (куски проволоки внутри стекла) сделаны из платинита. Платинит — сплав, состоящий из никеля Ni (42..46%), углерода C (0.15%), железа Fe (54..58%). Из платинита изготавливают биметаллические проволоки и ленты (снаружи — медь, в количестве 1/4 по массе от массы сердечника). Их также называют платинитом. Именно эта медь видится красной проволокой внутри стекла ламп. Платинит имеет такой же тепловой коэффициент линейного расширения, как у стекла, поэтому в этом месте при нагревании лампы ничего не трескается и проволока не выпадает из стекла.
6. Выводы сделаны из меди Cu, технической, неизвестной чистоты.
7. Один из выводов припаян к цоколю либо оловянно-свинцовым припоем  ПОС-40 (40% олова Sn, 60% свинца Pb), либо точечной контактной сваркой.
8. Цоколь сделан из оцинкованного железа. Цоколь приклеен к колбе мастикой следующего состава: смесь мраморного порошка, фенолформальдегидного лака, карбамида и уротропина. Сначала при нагревании эта смесь размягчается и прилипает к стеклу колбы и железу цоколя, затем, при дальнейшем нагревании до 240°C, затвердевает.
9. Изолятор между двумя контактами цоколя сделан из смальты — окрашенное (в данном случае чёрным пигментом-наполнителем) в массе стекло.
10. Контактная пластина (скорее полусфера, пупырышек) сделана либо из латуни, к которой второй вывод припаян оловянно-свинцовым припоем, либо из оцинкованного железа.

Полезные ссылки:

1. Устройство лампы накаливания — сатья на сайте artillum.ru.
2. Солнечный свет из Калашниково — репортаж с завода-производителя ламп накаливания.
3. Incandescent Lamps — про устройство таких лампочек, на английском языке.
4. Из чего сделана галогенная лампа — аналогичная текущей статья про галогенки.

---

Почемучка: почему лампочка нагревается?

Те лампочки, которые установлены в наших настольных лампах или люстрах принято называть лампами накаливания. Сейчас они считаются самыми старыми, даже устаревшими разновидностями лампочек, но всё равно широко используются в нашей повседневной жизни.

Когда мы случайно дотрагиваемся до лампочки в торшере или хотим выкрутить перегоревшую, то ощущаем, что стекло очень горячее. Иногда мы можем даже обжечься, а иногда тепло лампочек способно расплавить лёд и даже поджечь бумагу или ткань! Почему же так происходит? Почему нагреваются лампочки?!?

Почему лампочка горячая
Прежде чем ответить на вопрос, почему же нагревается лампочка, необходимо разобраться, как устроен этот источник света. Ведь нагревание происходит как раз из-за особенностей её строения.

Если внимательно посмотреть на лампочку накаливания (ещё в нашей стране её называют «лампочкой Ильича»), то можно увидеть прозрачный стеклянный желобок прямо посредине. С двух сторон от желобка (стеклянной колбы) располагаются два тонких металлических усика. Наверху между собой они соединены пружинкой, которая называется спиралью накаливания. 

Кстати, воздуха внутри лампочки нет! Оттуда специально откачивают воздух, а иногда пространство заполняют нейтральным газом (аргоном или ксеноном) для того, чтобы прибор работал лучше и дольше.

Так почему же лампочка горячая? Ответ прост: потому что свет — горит! Именно поэтому летом, когда солнце светит, нам жарко. 

В лампочке нагревание происходит как раз из-за пружинки, которая изготовлена из специального металла — вольфрама. 

Как это происходит? Электрический ток по маленьким тонким усикам проходит по вольфрамовой спиральке, из-за чего она сильно раскаляется, ведь ток течёт очень-очень быстро. Вспомните: когда вы бегаете, вам тоже жарко, потому что кровь быстро-быстро начинает течь по нашим сосудам. 

По тому же принципу работает и ток. Из-за своей скорости он раскаляет спираль из вольфрама, которая становится горячей. Если бы внутри лампочки был воздух, спиралька обязательно бы испортилась и вышла из строя. Но так как воздуха внутри лампы накаливания нет, а нейтральный газ никогда ни с кем не вступает в контакт или химическую реакцию, спираль просто становится очень горячей и нагревает стекло лампочки, которое пропускает через себя и жар, и свет. По этой причине хвататься за горящую лампочку накаливания очень опасно: можно прилично обжечь пальцы.

Вольфрамовая нить в лампе накаливания
Секрет того, почему лампочка горячая, как было сказано, кроется в вольфрамовой нити-пружинке. Оказывается, именно она отдаёт лампочкам столько тепла. Если бы спираль изготавливалась из других материалов, скорее всего, наши приборы либо не светили вообще, либо светили бы очень блеклым светом. А все потому, что вольфрам — уникальный материал!

Когда люди получили этот металл, они даже не знали, для чего его можно использовать. Ведь он был очень тяжёлым и плохо плавился. Обычное железо плавится при температуре 1538 градусов Цельсия, а для того, чтобы расплавить вольфрам, нужно было 3410 градусов! Получается, даже при очень высоких температурах этот материал остаётся прочным и твёрдым.

В конце концов изобретатели нашли вольфраму применение. Этот материал отлично подошёл для производства лампочек! Получилось здорово: в домах людей начал появляться свет. А всё благодаря тому, что ток переходил по вольфрамовым пружинкам и не плавил их, создавая и освещение, и тепло.

Даже самая тоненькая пружинка из вольфрама способна выдержать сильный нагрев. Поэтому из 1 кг вольфрама изготавливают примерно 2 тысячи лампочек накаливания.

Что происходит, когда лампочка перегревается
Несмотря на прочность вольфрамовой пружинки, иногда случается так, что и она перегревается. В этом случае дотронуться до лампочки почти невозможно — она просто пылает жаром. 

Кстати, именно так и определяется момент, когда лампочка выходит из строя. Как правило, лампочка накаливания, которая работает правильно, может быть тёплой или горячей, но не обжигающей. 

Когда ток по вольфрамовой пружинке течёт так стремительно, что температура внутри неё критически повышается, спиралька лопается — и свет гаснет. Именно так перестаёт работать лампочка. И если присмотреться к погасшему прибору, можно заметить, что пружинка прикреплена уже только к одному металлическому усику, а не к двум, как раньше.

Сейчас лампы накаливания считаются очень старым типом освещения. Люди переходят на более современные лампы (светодиодные, люминесцентные). Они дольше служат, светят ярче, а ещё не нагреваются, поскольку снабжены не обычным стеклом, а специальным, поглощающим тепло.

Материал подготовлен при поддержке

устройство, принцип работы, виды и технические характеристики

Лампа накаливания – первый электрический осветительный прибор, играющий важную роль в жизнедеятельности человека. Именно она позволяет людям заниматься своими делами независимо от времени суток.

По сравнению с остальными источниками света такое устройство характеризуется простотой конструкции. Световой поток излучается вольфрамовой нитью, расположенной внутри стеклянной колбы, полость которой заполнена глубоким вакуумом. В дальнейшем для увеличения долговечности вместо вакуума в колбу стали закачивать специальные газы — так появились галогеновые лампы. Вольфрам — термостойкий материал с большой температурой плавления. Это очень важно, поскольку для того, чтобы человек увидел свечение, нить должна сильно нагреться за счет проходящего через нее тока.

История создания

Интересно, что в первых лампах использовался не вольфрам, а ряд других материалов, включая бумагу, графит и бамбук. Поэтому, несмотря на то, что все лавры за изобретение и усовершенствование лампы накаливания принадлежат Эдисону и Лодыгину, приписывать все заслуги только им — неправильно.

Писать о неудачах отдельных ученых не станем, но приведем основные направления, к которым прилагали усилия мужи того времени:

1. Поиски лучшего материала для нити накаливания. Нужно было найти такой материал, который одновременно был устойчив к возгоранию и характеризовался высоким сопротивлением. Первая нить была создана из волокон бамбука, которые покрывались тончайшим слоем графита. Бамбук выступал в качестве изолятора, графит — токопроводящей среды. Поскольку слой был малым, то существенно возрастало сопротивление (что и требовалось). Все бы хорошо, но древесная основа угля приводила к быстрому воспламенению.
2. Далее исследователи задумались над тем, как создать условия строжайшего вакуума, ведь кислород — важный элемент для процесса горения.
3. После этого нужно было создать разъемные и контактные компоненты электрической цепи. Задача усложнялась из-за использования слоя графита, характеризующегося высоким сопротивлением, поэтому ученым пришлось использовать драгоценные металлы — платину и серебро. Так повышалась проводимость тока, но стоимость изделия была чересчур высока.
4. Примечательно, что резьба цоколя Эдисона используется и по сей день — маркировка E27. Первые способы создания контакта включали пайку, но при таком раскладе сегодня говорить о быстро заменяемых лампочках было бы сложно. А при сильном нагреве подобные соединения быстро бы распадались.

В наше время популярность подобных ламп падает в геометрической прогрессии. В 2003 году в России была увеличена амплитуда питающего напряжения на 5 %, к сегодняшнему дню этот параметр составляет уже 10 %. Это привело к сокращению срока эксплуатации лампы накаливания в 4 раза. С другой стороны, если вернуть напряжение на эквивалентное значение вниз, то существенно сократится отдача светового потока — до 40 %.

Вспомните учебный курс — еще в школе преподаватель физики ставил опыты, демонстрируя, как увеличивается свечение лампы при повышении силы тока, подающегося на вольфрамовую нить. Чем выше сила тока, тем сильнее выброс излучения и больше тепла.

Принцип действия

Принцип работы лампы построен на сильном нагреве нити накаливания за счет проходящего через нее электрического тока. Для того чтобы твердотельный материал начал излучать красное свечение, его температура должна достигнуть 570 град. Цельсия. Излучение будет приятным для глаз человека только при увеличении этого параметра в 3–4 раза.

Подобной тугоплавкостью характеризуются немногие материалы. За счет доступной ценовой политики выбор был сделан в пользу вольфрама, температура плавления которого составляет 3400 град. Цельсия. Чтобы повысить площадь светового излучения, вольфрамовая нить скручивается в спираль. В процессе эксплуатации она может нагреваться до 2800 град. Цельсия. Цветовая температура такого излучения равна 2000–3000 К, что дает желтоватый спектр — несопоставимый с дневным, но в то же время не оказывающий негативного воздействия на зрительные органы.

Попадая в воздушную среду, вольфрам быстро окисляется и разрушается. Как уже говорилось выше, вместо вакуума стеклянная колба может заполняться газами. Речь идет об инертных азоте, аргоне или криптоне. Это позволило не только повысить долговечность, но и увеличить силу свечения. На срок эксплуатации влияет то, что давление газа препятствует испарению вольфрамовой нити из-за высокой температуры свечения.

Строение

Обычная лампа состоит из следующих конструктивных элементов:

• колба;
• вакуум или инертный газ, закачиваемый внутрь нее;
• нить накала;
• электроды — выводы тока;
• крючки, необходимые для удерживания нити накала;
• ножка;
• предохранитель;
• цоколь, состоящий из корпуса, изолятора и контакта на донышке.

Помимо стандартных исполнений из проводника, стеклянного сосуда и выводов, существуют лампы специального назначения. В них вместо цоколя используются другие держатели или добавляется дополнительная колба.

Предохранитель обычно изготавливается из сплава феррита и никеля и помещается в разрыв на одном из выводов тока. Зачастую он расположен в ножке. Его основное предназначение — защита колбы от разрушения в случае обрыва нити. Связано это с тем, что в случае ее обрыва образуется электрическая дуга, приводящая к плавлению остатков проводника, которые попадают на стеклянную колбу. Из-за высокой температура она может взорваться и вызвать возгорание. Впрочем, долгие годы доказали низкую эффективность предохранителей, поэтому они стали эксплуатироваться реже.

Колба

Стеклянный сосуд используется для защиты нити накаливания от окисления и разрушения. Габаритные размеры колбы подбирают в зависимости от скорости осаждения материала, из которого производится проводник.

Газовая среда

Если раньше вакуумом заполнялись все без исключения лампы накаливания, то сегодня такой подход применяют лишь для маломощных источников света. Более мощные устройства заполняются инертным газом. Молярная масса газа влияет на излучение тепла нитью накаливания.

В колбу галогенных ламп закачиваются галогены. Вещество, которым покрыта нить накала, начинает испаряться и взаимодействовать с расположенными внутри сосуда галогенами. В результате реакции образуются соединения, которые повторно разлагаются и вещество вновь возвращается на поверхность нити. Благодаря этому появилась возможность повысить температуру проводника, увеличив коэффициент полезного действия и срок эксплуатации изделия. Также такой подход позволил сделать колбы более компактными. Недостаток конструкции связан с изначально малым сопротивлением проводника при подаче электрического тока.

Нить накала

По форме нить накаливания может быть разной — выбор в пользу той или иной связан со спецификой лампочки. Зачастую в них применяют нить с круглым сечением, закрученную в спираль, гораздо реже — ленточные проводники.

Современная лампа накаливания работает от нити из вольфрама или осмиево-вольфрамового сплава. Вместо обычных спиралей могут закручиваться биспирали и триспирали, что стало возможным за счет повторного закручивания. Последнее приводит к уменьшению теплового излучения и повышению КПД.

Технические характеристики

Интересно наблюдать за зависимостью световой энергии и мощности лампы. Изменения не линейны — до 75 Вт световая отдача увеличивается, при превышении — снижается.

Одно из преимуществ таких источников света – равномерное освещение, поскольку практически во всех направлениях свет излучается с одинаковой силой.

Еще одно достоинство связано с пульсированием света, которое при определенных значениях приводит к значительной утомляемости глаз. Нормальным значением считают коэффициент пульсации, не превышающий 10 %. Для ламп накаливания параметр максимум достигает 4 %. Самый худший показатель — у изделий мощностью 40 Вт.

Среди всех доступных электрических осветительных приборов лампы накаливания нагреваются сильнее. Большая часть тока преобразуется в тепловую энергию, поэтому прибор больше похож на обогреватель, чем на источник света. Световая отдача находится в диапазоне от 5 до 15 %. По этой причине в законодательстве прописаны определенные нормы, запрещающие, к примеру, использовать лампы накаливания более 100 Вт.

Обычно для освещения одной комнаты достаточно лампы на 60 Вт, которая характеризуется небольшим нагревом.

При рассмотрении спектра излучения и сравнении его с естественным освещением можно сделать два важных замечания: световой поток таких ламп содержит меньше синего и больше красного света. Тем не менее, результат считается приемлемым и не приводит к утомлению, как в случае с источниками дневного света.

Эксплуатационные параметры

При эксплуатации ламп накаливания важно учитывать условия их использования. Их можно применять в помещениях и на открытом воздухе при температуре не менее –60 и не более +50 град. Цельсия. При этом влажность воздуха не должна превышать 98 % (+20 град. Цельсия). Устройства могут работать в одной цепи с диммерами, предназначенными для регулирования световой отдачи за счет изменения интенсивности света. Это дешевые изделия, которые могут быть самостоятельно заменены даже неквалифицированным человеком.

Виды

Существует несколько критериев для классификации ламп накаливания, которые будут рассмотрены ниже.

В зависимости от эффективности освещения лампы накаливания бывают (от худших к лучшим):

• вакуумные;
• аргоновые или азот-аргоновые;
• криптоновые;
• ксеноновые или галогенные с установленным отражателем инфракрасного излучения внутрь лампы, что увеличивает КПД;
• с покрытием, предназначенным для преобразования инфракрасного излучения в видимый спектр.

Намного больше разновидностей ламп накаливания, связанных с функциональным назначением и конструктивными особенностями:

1. Общее назначение — в 70-х гг. прошлого столетия они назывались «нормально-осветительными лампами». Самая распространенная и многочисленная категория — изделия, применяемые для общего и декоративного освещения. С 2008 года выпуск таких источников света существенно сократился, что было связано с принятием многочисленных законов.
2. Декоративное назначение. Колбы таких изделий выполняются в форме изящных фигур. Чаще всего встречаются свечеобразные стеклянные сосуды с диаметром до 35 мм и сферические (45 мм).
3. Местное назначение. По конструкции идентичны первой категории, но питаются от уменьшенного напряжения — 12/24/36/48 В. Обычно применяются в переносных светильниках и приборах, освещающих верстаки, станки и т. п.
4. Иллюминационные с окрашенными колбами. Зачастую мощность изделий не превышает 25 Вт, а для окрашивания внутренняя полость покрывается слоем неорганического пигмента. Гораздо реже можно встретить источники света, наружная часть которых окрашивается цветным лаком. В таком случае пигмент очень быстро выцветает и осыпается.

5. Зеркальные. Колба выполнена в специальной форме, которая покрыта отражающим слоем (к примеру, методом распыления алюминия). Данные изделия используются для перераспределения светового потока и повышения эффективности освещения.
6. Сигнальные. Их устанавливают в светосигнальные изделия, предназначенные для отображения какой-либо информации. Характеризуются низкой мощностью и рассчитаны на продолжительную эксплуатацию. На сегодняшний день практически бесполезны из-за доступности светодиодов.
7. Транспортные. Еще одна обширная категория ламп, используемых в транспортных средствах. Характеризуются высокой прочностью, устойчивостью к вибрациям. В них применяют специальные цоколи, гарантирующие прочное крепление и возможность быстрой замены в стесненных условиях. Могут питаться от 6 В.
8. Прожекторные. Высокомощные источники света до 10 кВт, характеризующиеся высокой световой отдачей. Спираль укладывается компактно, чтобы обеспечить лучшую фокусировку.
9. Лампы, применяемые в оптических приборах, — к примеру, кинопроекционная или медицинская техника.

Специальные лампы

Также существуют более специфические разновидности ламп накаливания:

1. Коммутаторные — подкатегория сигнальных ламп, применяемых в коммутаторных панелях и выполняющих функции индикаторов. Это узкие, продолговатые и малогабаритные изделия, имеющие параллельные контакты гладкого типа. За счет этого могут помещаться в кнопки. Маркируются как «КМ 6-50». Первое число указывает на вольтаж, второе — ампераж (мА).
2. Перекальная, или фотолампа. Данные изделия используются в фототехнике для нормированного форсированного режима. Характеризуется высокими световой отдачей и цветовой температурой, но малым сроком эксплуатации. Мощность советских ламп достигала 500 Вт. В большинстве случаев колба матируется. Сегодня практически не используются.
3. Проекционные. Применялись в диапроекторах. Высокая яркость.

Двухнитевая лампа бывает нескольких разновидностей:

1. Для автомобилей. Одна нить используется для ближнего, другая — для дальнего света. Если рассматривать лампы для задних фонарей, то нити могут использоваться для стоп-сигнала и габаритного огня соответственно. Дополнительный экран может отсекать лучи, которые в лампе ближнего света могут слепить водителей встречных автомобилей.
2. Для самолетов. В посадочной фаре одна нить может использоваться для малого света, другая — для большого, но требует внешнего охлаждения и непродолжительной эксплуатации.
3. Для железнодорожных светофоров. Две нити необходимы для повышения надежности — если перегорит одна, то будет светиться другая.

Продолжим рассматривать специальные лампы накаливания:

1. Лампа-фара — сложная конструкция для подвижных объектов. Используется в автомобильной и авиационной технике.
2. Малоинерционная. Содержат тонкую нить накаливания. Применялась в звукозаписывающих системах оптического типа и в некоторых видах фототелеграфа. В наше время используется редко, поскольку есть более современные и улучшенные источники света.
3. Нагревательная. Применяется в качестве источника тепла в лазерных принтерах и копирах. Лампа имеет цилиндрическую форму, закрепляется во вращающемся металлическом валу, к которому прикладывается бумага с тонером. Вал передает тепло, что приводит к расплыванию тонера.

КПД

Электрический ток в лампах накаливания преобразуется не только в видимый для глаза свет. Одна часть идет на излучение, другая трансформируется в тепло, третья — на инфракрасный свет, который не фиксируется зрительными органами. Если температура проводника составляет 3350 К, то КПД лампы накаливания составит 15 %. Обычная лампа на 60 Вт с температурой 2700 К характеризуется минимальным КПД — 5 %.

Коэффициент полезного действия усиливается степенью нагрева проводника. Но чем выше будет нагрев нити, тем меньше срок эксплуатации. К примеру, при температуре 2700 К лампочка просветит 1000 часов, 3400 К — в разы меньше. Если повысить напряжение питания на 20 %, то свечение усилится в два раза. Это нерационально, поскольку срок эксплуатации сократится на 95 %.

Плюсы и минусы

С одной стороны, лампы накаливания являются самыми доступными источниками света, с другой – характеризуются массой недостатков.

Преимущества:

• низкая стоимость;
• нет необходимости в применении дополнительных приспособлений;
• простота использования;
• комфортная цветовая температура;
• устойчивость к повышенной влажности.

Недостатки:

• недолговечность — 700–1000 часов при соблюдении всех правил и рекомендаций по эксплуатации;
• слабая световая отдача — КПД от 5 до 15 %;
• хрупкая стеклянная колба;
• возможность взрыва при перегреве;
• высокая пожарная опасность;
• перепады напряжения существенно сокращают срок эксплуатации.

Как увеличить срок службы

Существует несколько причин, по которым может уменьшиться срок эксплуатации данных изделий:

• перепады напряжения;
• механические вибрации;
• высокая температура окружающей среды;
• разрыв соединения в проводке.

Вот несколько рекомендаций по продлению срока службы ламп накаливания:

1. Выберите изделия, которые подходят для диапазона напряжения сети.
2. Перемещение осуществляйте строго в выключенном состоянии, поскольку из-за малейших вибраций изделие выйдет из строя.
3. Если лампы продолжают перегорать в одном и том же патроне, то его нужно заменить или починить.
4. При эксплуатации на лестничной площадке в электрическую цепь добавьте диод или включите параллельно две лампы одной мощности.
5. На разрыв цепи питания можно добавить устройство для плавного включения.

Технологии не стоят на месте, постоянно развиваются, поэтому сегодня на смену традиционным лампам накаливания пришли более экономичные и долговечные светодиодные, люминесцентные и энергосберегающие источники света. Главными причинами выпуска ламп накаливания остается наличие менее развитых с технологической точки зрения стран, а также хорошо налаженное производство.

Приобретать такие изделия сегодня можно в нескольких случаях — они хорошо вписываются в дизайн дома или квартиры, либо вам нравится мягкий и комфортный спектр их излучения. Технологически — это давно устаревшие изделия.

Как работает лампа накаливания

Легко принять лампочки, которые освещают наши дома, как должное. Но задумывались ли вы когда-нибудь, «Как работает лампа накаливания?»

Лампы накаливания используются со времен Томаса Эдисона. Хотя в настоящее время от них отказываются в пользу более эффективных осветительных решений, таких как светодиоды, КЛЛ и галогены, все еще есть много людей, которые предпочитают лампы накаливания из-за их теплого, солнечного света.

Как работает лампа накаливания

По своей сути, лампа накаливания — это просто контролируемое горение, излучающее свет почти так же, как свеча или камин. Конечно, это еще не все, но по сути происходит следующее:

1. В лампочку течет электрический ток
2. Электричество нагревает металлическую «проволочную» часть (нить) внутри лампы, которая проводит электричество
3. Нить накала становится настолько горячей, что начинает светиться красным или белым светом

Как эти лампочки продолжают светиться

Так что вам может быть интересно, как лампа накаливания работает так долго? Как нити накала могут гореть в течение 8000 — 12000 часов без перегрева или плавления лампы?

Если бы сама колба была заполнена кислородом, процесс сгорания вызвал бы быстрый перегрев лампы.Однако на самом деле лампы накаливания заполнены такими газами, как азот или аргон. Короче говоря, эти газы затрудняют горение нити, замедляя процесс и сохраняя энергию в долгосрочной перспективе.

Проблема с лампами накаливания заключается в том, что примерно 95 процентов энергии, используемой для поддержания работы света, тратится в виде тепла. Светодиоды становятся все более популярным вариантом, потому что они обходят тепловую фазу, напрямую превращая электрический ток в свет. Вот почему светодиоды намного более энергоэффективны, не говоря уже о более прохладном на ощупь.

Магазин ламп накаливания сегодня

Теперь, когда вы знаете, как работает лампа накаливания, почему бы не запастись ими? Хотя правительственные постановления постепенно отменяют использование ламп накаливания, розничным торговцам по-прежнему разрешается продавать свои существующие запасы. Atlanta Light Bulbs предлагает широкий выбор ламп накаливания, в том числе старинные и цветные лампочки.

Если вам нужна дополнительная информация о том, как работает лампа накаливания, позвоните нашим внутренним специалистам по освещению по телефону 1-888-988-2852, отправьте электронное письмо [электронная почта защищена], заполните нашу контактную форму или нажмите на кнопка живого чата ниже.Осветите свою жизнь теплым сиянием ламп накаливания!

Удивительно сложная физика лампочки

Одно из самых глупых утверждений, которое всегда встречается в спорах о естественных и гуманитарных науках — о двух культурах К.П. Знаменитая лекция Сноу заключается в том, что клинический подход, присущий науке, каким-то образом лишает мир красоты и чудес. Это чепуха, потому что верно прямо противоположное: изучение науки о том, как работает Вселенная, на самом деле помогает углубить чувство удивления, которое вы можете найти в, казалось бы, обычных объектах.

Возьмем, к примеру, простую традиционную лампочку накаливания. Это такая базовая технология, что мы принимаем ее почти как должное, но если вы углубитесь в квантовую физику, стоящую за ней, вы обнаружите, что происходит нечто удивительное.

Принцип действия лампочки очень прост: вы пропускаете электрический ток через тонкую нить накаливания, в результате чего она нагревается. Горячие предметы излучают свет, поэтому лампочка светится. Чем выше температура, тем интенсивнее свечение и тем более «белый» выходит излучаемый свет, поэтому, если вы достаточно нагреете нить накала, вы получите яркий источник света с длинами волн во всей видимой области спектра.

(Причина появления колбы — высокая температура — нагрев нити до необходимой температуры на воздухе вызовет химические реакции, которые быстро разрушат нить. Этого можно избежать, поместив нить в стеклянную колбу с откачанным воздухом. или, в лампах более высокой мощности, заменить инертным газом, например аргоном. Вот почему при помещении лампочки в микроволновую печь иногда возникают холодные мерцающие цвета — газ внутри создает плазму.)

Макс Планк в 1901 году (фото из Викимедиа) рядом с n лампой накаливания и ее спектром.Автор изображения … [+] Чад Орзель.

Свет, излучаемый горячим объектом, называется «излучением черного тела», и он обладает некоторыми интересными простыми свойствами. Цвет света не сильно зависит от свойств нагреваемого материала, только его температура, а спектр света — интенсивность света, излучаемого на разных длинах волн — принимает форму широкого пика, длина волны которого изменяется. расположение довольно простым способом. Вы можете увидеть пример этой формы в этом известном мультфильме xkcd.

Однако этот спектр оказывается на удивление трудным для объяснения. Как я уже упоминал, когда писал о поистине радикальном вкладе Эйнштейна в физику, наиболее очевидный подход к этой проблеме дает катастрофические результаты. Макс Планк смог объяснить спектр в 1900 году, но ему пришлось прибегнуть к отчаянному математическому уловку, присвоив светоизлучающему материалу характерную энергию, зависящую от частоты света. Эту идею Эйнштейн подхватил в 1905 году, представив то, что мы сейчас называем фотонами, для объяснения фотоэлектрического эффекта.И эти модели неизбежно привели к развитию квантовой механики во всей ее красе.

Итак, тот факт, что лампа накаливания светится, напрямую зависит от природы частиц света и волновой природы материи. Этого самого по себе достаточно, чтобы добавить изумления к работе старой лампочки.

Есть немного иронии в том, что квантовая физика начинается с излучения черного тела, потому что сам термин «квант» происходит от представления о том, что энергия приходит в дискретных количествах, и нет ничего явно дискретного в свете горячего объект.Гораздо более очевидным квантовым типом системы является излучение света отдельными атомами — с 1850-х годов было известно, что атомы определенных элементов поглощают и излучают свет с очень четко определенными длинами волн. Это использовалось для определения элементного состава различных типов звезд и даже для открытия новых элементов — элемент гелий, любимый малышами, любящими воздушные шары, назван в честь бога солнца Гелиоса, потому что он был впервые обнаружен благодаря необъяснимой линия поглощения в спектре Солнца.

Примеры спектров различных типов звезд, показывающие темные линии поглощения, которые астрономы используют … [+] для определения их состава. Изображение из NOAO, через http://apod.nasa.gov/apod/ap010530.html

Дискретные линии поглощения и излучения атомов были полезны, но оставались загадкой до 1913 года, когда Нильс Бор предложил первую квантовую модель атома водорода. В модели Бора электрон в водороде может существовать только на определенных орбитах с четко определенной энергией, а атомы поглощают излучаемый свет только при перемещении между этими орбитами.Длины волн излучаемого света определяются разницей энергии между орбитами в соответствии с квантовыми правилами, введенными Планком и Эйнштейном. Это прекрасно работает для водорода и обеспечивает концептуальное объяснение спектров других элементов (хотя определение конкретных орбит для других атомов требует добавления некоторых дополнительных постулатов к модели Бора, которые в конечном итоге становятся чем-то вроде барокко).

Однако между этими двумя идеями есть некоторый конфликт. Если атомы поглощают и излучают свет только с дискретными длинами волн, причем определенные длины волн уникальны для каждого элемента, как вы можете получить спектр черного тела от горячего объекта, который не зависит от состава материала, а только от его? температура? Почему лампочка с вольфрамовой нитью не излучает свет другого цвета, чем, скажем, углеродное волокно, которое Эдисон первоначально использовал в своих первых коммерческих лампочках?

На каком-то уровне вы можете задействовать сложную физику материалов, чтобы помахать рукой мимо этого.Электроны в твердых объектах занимают широкие энергетические полосы, а не четко определенные состояния (когда у меня будет больше времени, я напишу объяснение этого, продолжая обсуждение ограниченных объектов …), что делает его своего рода правдоподобным. что излучение может принимать более широкий спектр. Однако сложнее объяснить такой объект, как Солнце, который, как известно, представляет собой массу раскаленного газа (нагретого квантовой физикой), а не твердый объект с энергетическими полосами. И все же спектр Солнца очень похож на спектр черного тела для объекта с температурой около 6000 кельвинов, а не на дискретный набор ярких линий, который вы видите в образце газообразного водорода.

Итак, как же перейти от дискретного спектра линий, характерных для конкретного элемента, к широкому спектру черного тела? Что ж, путь невероятный …

Атомы поглощают и излучают свет на дискретных длинах волн, когда они перемещаются между уровнями энергии, но этот процесс не является полностью монохроматическим — то есть атом, который поглощает и излучает на определенной длине волны, скажем, 100 нанометров (длина волны хорошо в ультрафиолетовую область спектра) также может взаимодействовать со светом с длиной волны 500 нм (зеленоватый свет, около середины видимого спектра).Вероятность того, что атом, который хочет поглощать и излучать на 100 нм, поглощать или излучать свет на 500 нм, чрезвычайно мала, поэтому вы никогда не задумываетесь об этом, думая об отдельном атоме или диффузном газе из атомов.

Если вы говорите о чем-то размером с Солнце или даже размером с нить накала лампочки, вы говорите о количестве атомов, которое почти невообразимо огромно. Нить накала лампочки с массой в несколько граммов содержит примерно 10 000 000 000 000 000 000 000 атомов вольфрама, а количество атомов водорода на Солнце добавило бы к этому количеству еще тридцать с лишним нулей.

Вероятность того, что любой из этих атомов испускает фотон размером 500 нм вместо фотона 100 нм, невероятно мала, но вероятность того, что какой-нибудь атом из этой огромной массы сделает это, довольно высока. И как только это произойдет, у этого длинноволнового фотона будет гораздо больше шансов выбраться наружу, не поглощаясь, чем у 100-нанометрового фотона, который, вероятно, не пройдет очень далеко, пока его не поглотит другой атом. И этот новый атом имеет крошечный, но ненулевой шанс испустить фотон с длиной волны 500 нм и так далее.

По мере того, как свет медленно выходит из гигантского скопления атомов, фотоны с длиной волны 100 нм, которые атомы любят поглощать и излучать, в конечном итоге преобразуются в более длинноволновые видимые фотоны.Широкий спектр, который мы видим, исходящий от нити накала лампочки или от Солнца, является результатом огромного количества событий, которые по отдельности невероятно маловероятны, но в совокупности неизбежны. И когда вы прорабатываете детали процесса, принимая во внимание энергию, доступную в тепловом движении атомов, в конечном итоге вы получаете спектр черного тела.

Итак, как и будильник на моей прикроватной тумбочке, работа чего-то столь же обычного, как лампа накаливания, оказывается связана с удивительно глубокой и удивительной физикой.Это не только исторически важно как пример явления, положившего начало квантовой физике, но и само поведение, которое привело к квантовому трюку Планка, является результатом причудливой и удивительной квантовой физики.

Вот вам и идея о том, что изучение физики устраняет чувство удивления миром …

---

(Если вы хотите, чтобы это получилось с помощью целой кучи математики, эта статья 2005 года из American Journal of Physics очень хороша и служит основой для большей части этой статьи.На это мне указали после того, как несколько лет назад вслух поразмышляли над этим процессом в ScienceBlogs.)

История ламп накаливания

2. История и разработки

история лампы накаливания сосредоточена на развитии типов нитей, поэтому организуем по нитям.

Платина и иридиевые нити: 1802-1880’s

Хамфри Дэви создал первую лампу накаливания, пропустив ток через платиновую полоску.Это вызвало свечение, а не длились долго, но положили начало развитию ламп накаливания. В течение следующих 70 лет экспериментаторы продолжали использовать платину. и иридий. Frederick de Moleyns использовал платиновую нить в вакуумированной стеклянной трубке для изготовления лампочки. Это было только мягко удачно из-за почернения лампочки, которая блокировала свет выход. Горение материала нити и почернение на верхняя сторона лампы была постоянной неприятной проблемой для первых изобретателей ламп.Платиновый материал также был дорогим.

Ранний изобретатели знали, что создание вакуума в лампочке поможет уменьшить почернение и продление срока службы ламп, проблема заключалась в способах улучшения создать вакуум пришлось развить. Генрих Гайсслер был одним из первых физиков разработать хороший насос и систему. Еще, Первым изобретателям лампочек 1802–1879 гг. не хватало достаточно хорошей системы.Как и в случае с изобретением, многие знают ответ, но другие для продвижения вперед необходимы технологические разработки.

Чернение лампы накаливания, видео:

карбонизированный Нити и бумага: 1860-е — 1883

Джозеф Свон и Томас Эдисон независимо друг от друга успеха, сделав лампочку, которая прослужит разумное количество часы.

Свон использовал карбонизированную бумагу для создания своих ранних нитей.

Эдисон впервые использовал карбонизированную швейную нить в качестве нити, ему удалось чтобы попасть внутрь вакуума. Так появилась его первая практическая лампочка. До 1880 года он использовал карбонизированные швейные нитки. Затем он использовал бумагу. бристольский картон. (Копировальная бумага) Этот шаг увеличил срок службы лампы. до 600 часов.

Почему Эдисон победил: Джозеф Свон работал над лампами накаливания идея с 1850 года.Лебедь не удалось, потому что он использовал только частичный вакуум в его лампочке. Он также использовал обугленную бумажную нить. Эдисон придумал, как создать чистый вакуум в своих лампах. Он сделал это, нагревая лампочку одновременно с накачиванием из воздуха. Он использовал Sprengle насос.

Спренгл Насос слева использовался Своном и Эдисоном для перекачивания воздуха. от первых лампочек.Подробнее о помпе нажав на Статья в Scientific American выше.

Выше: Посмотрите нашу коллекцию лампочек в Эдисоне Технический центр на дисплее.

Bamboo приносит большие улучшения: 1883: гласит история, что Эдисон использовал вентилятор в жаркий день, он на раскладывающемся восточном веере раскатали прекрасный бамбук. Он карбонизированный его и протестировали как нить накала. Он отправляет помощников в Японию, чтобы найдите тип бамбука, который использовался в этом веере. Они нашли это и импортированные волокна.

первые бамбуковые нити имели квадратную форму, потому что они были разрезаны из более крупных частей с помощью определенного процесса.Он гальванизировал бамбук непосредственно к свинцу в проводах, чтобы избежать высокой стоимости платиновые зажимы. Позже он использовал угольную пасту, чтобы приклеить бамбук. к проводу в проводах.

Наши видео о ранних лампах Эдисона с целлюлозными и бамбуковыми волокнами:

Целлюлоза Нити: 1881-1904

Сэр Джозеф Свон разработал целлюлозную нить в 1881 году, однако Эдисон продолжал использовать бамбуковые нити до создания General Electric в 1892 году.Целлюлозные волокна были заменены на Лампы Уиллиса Уитни GEM накаливания.

Видео о лампе Mazda:

перейти к металлическим нитям: эпоха тантала Танталовые нити: 1902 — 1911 тантал была первой металлической нитью на рынке.Как вольфрам он имеет очень высокую температуру плавления, поэтому его можно нагревать до накаливания, не разрушая себя, как большинство металлов. Тантал намного превосходил все другие волокна. что он стал королем с 1902 по 1909 год. После 1909 года спеченный действительно стали набирать популярность вольфрамовые лампы. Прибытие пластичного вольфрама окончательно положил конец господству тантала. Вернер фон Болтон (грузин проживает в Германии) обнаружил, что использование тантала для нить, позволяющая снизить потребление энергии и увеличить яркость. Компания Siemens и Halske произвела эти луковицы. Танталовая нить стала успешной и стала серьезная угроза продажам General Electric. Это стимулировало GE инвестирует больше в недавно созданную исследовательскую лабораторию попытаться придумать лучшую лампу. Осталось: Зажженная танталовая лампа на выставке Siemens Forum в Мюнхене, Германия Ниже: Крючки для удержания нити Осталось: The Лампа WOTAN , сделанная из вытянутого вольфрама WOTAN была торговая марка, принадлежащая Siemens & Halske

КАМЕНЬ Металлизированные нити лампы: 1904-1907

Willis Уитни из GE Schenectady разрабатывает способ запекания угля нить накала при 3000 C для создания нити, которая ведет себя как металл.Это повышает эффективность на 25%. Эта нить использовалась в знаменитых лампах Mazda , которые производили очень яркий свет.

спеченный Вольфрамовые нити: 1904-1911

В 1904 г. Александром Жюстом и Францем разработан спеченный вольфрам. Ханаман (Австрия). Вольфрам увеличивает КПД ламп на 100 % и используется GE в 1907 году после покупки прав на него.
* Вольфрамовые и молибденовые нити использовались А. Лодыгин (Россия) в «Всемирной выставке» 1900 года в Париже

Дуктильный Вольфрамовые нити: 1908 — сегодня

Уильям Д. Кулидж работал с вольфрамом, который, как оказалось, быть лучшим материалом для долговечной лампочки по сравнению с любым другим материал на сегодняшний день. Предыдущие спеченные вольфрамовые нити были эффективный, но хрупкий и непрактичный.Кулидж понял как нагреть вольфрам и вытягивать его через нагретые плашки уменьшения диаметр. Результатом его работы стала работоспособная, гибкая (пластичная) проволока, которая была высокопрочной и из нее делалась отличная нить. Новый материал использовался в лампах в 1911 году, и он используется до сих пор. Cегодня. См. Наш раздел изобретателей ниже для получения дополнительных сведений о лампах накаливания.

будущее ламп накаливания:

Лампа накаливания используется в среднем доме более 120 лет .В последнее десятилетие крупная инициатива по развитию более эффективные лампочки заменили большую часть лампочек в мире с компактными люминесцентными лампами. Было значительное сопротивление запретить лампы накаливания

Принцип действия лампы накаливания

и конструкция лампы накаливания

Электрический источник света, работающий по принципу явления накаливания, называется лампой накаливания . Другими словами, лампа, работающая за счет свечения нити накала, вызванного протекающим через нее электрическим током, называется лампой накаливания .

Как работают лампы накаливания?

Когда объект нагревается, атомы внутри объекта термически возбуждаются. Если объект не плавится, электроны на внешней орбите атомов перескакивают на более высокий энергетический уровень из-за подводимой энергии. Электроны на этих более высоких энергетических уровнях нестабильны, они снова возвращаются на более низкие энергетические уровни. Падая с более высоких уровней энергии на более низкие, электроны выделяют свою дополнительную энергию в виде фотонов. Затем эти фотоны испускаются с поверхности объекта в виде электромагнитного излучения.

Это излучение будет иметь разные длины волн. Часть длин волн находится в видимом диапазоне длин волн, а значительная часть длин волн находится в инфракрасном диапазоне. Электромагнитная волна с длинами волн в диапазоне инфракрасного излучения представляет собой тепловую энергию, а электромагнитная волна с длинами волн в диапазоне видимого диапазона является световой энергией.

Лампа накаливания означает получение видимого света при нагревании объекта. Лампа накаливания работает по тому же принципу.Самая простая форма искусственного источника света, использующего электричество, — это лампа накаливания. Здесь мы используем электрический ток, который протекает через тонкую и тонкую нить накала, чтобы произвести видимый свет. Ток увеличивает температуру нити накала до такой степени, что она начинает светиться.

История лампы накаливания

Обычно считается, что Томас Эдисон был изобретателем лампы накаливания, но на самом деле это не так. Многие ученые работали и спроектировали прототип лампы накаливания до того, как это сделал Эдисон.Одним из них был британский физик Джозеф Уилсон Свон. Из протокола выясняется, что он получил первый патент на лампу накаливания. Позже Эдисон и Свон объединились, чтобы производить лампы накаливания в промышленных масштабах.

Конструкция лампы накаливания

Нить накала прикреплена к двум проводам. Один подводящий провод подключается к ножному контакту, а другой заканчивается на металлическом основании лампы. Оба выводных провода проходят через стеклянную опору, установленную в нижней средней части колбы.Две опорные проволоки, также прикрепленные к стеклянной опоре, используются для поддержки нити в ее средней части. Контакт стопы изолирован от металлического основания изоляционными материалами. Вся система заключена в цветную стеклянную колбу или прозрачную стеклянную колбу с фазовым покрытием. Стеклянная колба может быть заполнена инертными газами или в ней поддерживается вакуум, в зависимости от мощности лампы накаливания.

Нить накаливания лампы накаливания герметично вакуумируется стеклянной колбой подходящей формы и размера.Эта стеклянная колба используется для изоляции нити от окружающего воздуха, чтобы предотвратить окисление нити и минимизировать обычный ток, окружающий нить, следовательно, чтобы поддерживать высокую температуру нити.

Стеклянная колба находится в вакууме или заполнена инертными газами, такими как аргон с небольшим процентным содержанием азота при низком давлении. Инертные газы используются для минимизации испарения нити накала во время эксплуатации ламп. Но из-за конвекционного потока инертного газа внутри колбы будет больше шансов потерять тепло нити накала во время работы.

Опять же, вакуум является отличной изоляцией тепла, но он ускоряет испарение нити во время работы. В случае газонаполненных ламп накаливания используется 85% аргона, смешанного с 15% азота. Иногда криптон можно использовать для уменьшения испарения нити накала, потому что молекулярный вес газообразного криптона намного выше.

Но стоит дороже. При давлении около 80% от атмосферного газы наполняются в баллон. В колбу заправлен газ мощностью более 40 Вт.Но для лампочки менее 40 Вт; газ не используется.

Различные части лампы накаливания показаны ниже.

Нить накаливания лампы накаливания

В настоящее время доступны ламп накаливания различной мощности, например 25, 40, 60, 75, 100 и 200 Вт и т. Д. Существуют лампы различной формы, но в основном все имеют округлую форму. Для изготовления нити накаливания в основном используются три материала: углерод, тантал и вольфрам.Углерод раньше использовался в качестве материала для нити накала, но в настоящее время для этой цели чаще всего используется вольфрам.

Температура плавления углеродной нити составляет около 3500 ^o C, а рабочая температура этой нити составляет около 1800 ^o C, следовательно, вероятность испарения значительно меньше. Из-за этой углеродной нити лампы накаливания не затемняют из-за испарения нити. Потемнение лампы накаливания происходит, когда молекулы материала накаливания осаждаются на внутренней стенке стеклянной колбы из-за испарения нити во время работы.

Это потемнение становится заметным после длительного срока службы лампы. КПД угольной лампы накаливания невысокий — около 4,5 люмен на ватт. В качестве нити накала использовался тантал, но его эффективность очень низкая, около 2 люмен на ватт. Это связано с тем, что тантал очень редко используется в качестве элемента накала.

В настоящее время наиболее широко используемым материалом для накала является вольфрам из-за его высокой светоотдачи. Он может давать 18 люмен на ватт при работе при 2000 ^o C.Эта эффективность может достигать 30 люмен на ватт, когда он работает при 2500 90 328 o 90 329 C. Высокая температура плавления является основным критерием для материала нити, поскольку он должен работать при очень высокой температуре без испарения.

Хотя вольфрам имеет немного более низкую температуру плавления, чем углерод, все же вольфрам более предпочтителен в качестве материала нитей. Это связано с высокими рабочими температурами, которые делают вольфрам очень эффективным светом. Механическая прочность вольфрамовой нити достаточно высока, чтобы выдерживать механические колебания.

Срок службы ламп накаливания

Какой бы ни была технология производства, каждый тип ламп накаливания имеет приблизительный срок службы. Это происходит из-за явления испарения нити, которое можно минимизировать, но нельзя полностью избежать.

Из-за испарения нити накала стеклянная колба со временем темнеет. Из-за испарения нити накала становится тоньше, что делает ее менее светящейся, и, наконец, нить разрывается.Поскольку лампы накаливания напрямую подключены к линии электропитания, колебания напряжения в линии влияют на работу лампы.

Установлено, что световая отдача лампы накаливания прямо пропорциональна квадрату напряжения питания, но в то же время срок службы лампы обратно пропорционален мощности напряжения питания 13 ^th до 14 ^th . Основные преимущества ламп накаливания в том, что они достаточно дешевы и очень подходят для освещения небольших площадей.Но эти лампы не являются энергоэффективными, и около 90% потребляемой электроэнергии теряется в виде тепла.

Наличие на рынке ламп накаливания

На рынке доступны лампы различных привлекательных форм и размеров. Лампы PS30 имеют грушевидную форму, колба T12 — трубчатая диаметром 1,5 дюйма, колба R40 — с колбой рефлектора диаметром 5 дюймов. В зависимости от наличия мощности на рынке широко распространены лампы мощностью 25, 40, 60, 75, 100, 150 и 200 Вт и т. Д.Мы можем воспользоваться приведенной ниже таблицей, чтобы получить важные данные о лампе накаливания .

Конструкция лампочки | HowStuffWorks

Лампочки имеют очень простую конструкцию. В основании у них есть два металлических контакта, которые подключаются к концам электрической цепи. Металлические контакты прикреплены к двум жестким проводам, которые прикреплены к тонкой металлической нити . Нить накала находится посередине колбы и поддерживается стеклянной опорой . Провода и нить накала помещены в стеклянную колбу, заполненную инертным газом , например, аргоном .

Когда лампочка подключена к источнику питания, электрический ток течет от одного контакта к другому через провода и нить накала. Электрический ток в твердом проводнике — это массовое движение свободных электронов (электронов, которые не связаны прочно с атомом) от отрицательно заряженной области к положительно заряженной области.

Когда электроны движутся по нити, они постоянно натыкаются на атомы, составляющие нить. Энергия каждого удара вызывает вибрацию атома — другими словами, ток нагревает атом.Более тонкий проводник нагревается легче, чем более толстый проводник, потому что он более устойчив к движению электронов.

Связанные электроны в колеблющихся атомах могут быть временно переведены на более высокий уровень энергии. Когда они возвращаются к своим нормальным уровням, электроны выделяют дополнительную энергию в виде фотонов. Атомы металла испускают в основном инфракрасных световых фотонов, которые невидимы для человеческого глаза. Но если их нагреть до достаточно высокого уровня — около 4000 градусов по Фаренгейту (2200 градусов по Цельсию) в случае лампочки, — они будут излучать изрядное количество видимых света .

Нить накала в лампочке сделана из очень длинной и невероятно тонкой длины из металла вольфрам . В типичной 60-ваттной лампе вольфрамовая нить имеет длину около 6,5 футов (2 метра), но толщину всего одну сотую дюйма. Вольфрам расположен в двойной катушке , чтобы уместить все это в небольшом пространстве. То есть нить накала наматывается в одну катушку, а затем эта катушка наматывается, чтобы получилась катушка большего размера. В 60-ваттной лампе длина катушки составляет менее дюйма.

Вольфрам используется почти во всех лампах накаливания, потому что это идеальный материал для нити накала.В следующем разделе мы выясним, почему это так, и рассмотрим роль стеклянной колбы и инертного газа.

В следующем разделе мы рассмотрим, из чего сделана нить.

Лампа накаливания — промышленный свет и мощность

Лампа накаливания, лампа накаливания или шар накаливания — это источник электрического света, работающий за счет накаливания (общий термин для теплового излучения света, который включает простой случай излучения черного тела). Электрический ток проходит через тонкую нить накала, нагревая ее до температуры, при которой возникает свет.В стеклянной колбе находится вакуум или инертный газ, предотвращающий окисление горячей нити. Лампы накаливания также иногда называют электрическими лампами, этот термин также применяется к оригинальным дуговым лампам.

Лампы накаливания производятся в широком диапазоне размеров и напряжений, от 1,5 вольт до примерно 300 вольт. Они не требуют внешнего регулирующего оборудования, имеют низкую стоимость производства и хорошо работают как на переменном, так и на постоянном токе. В результате лампа накаливания широко используется в домашнем и коммерческом освещении, для портативного освещения, такого как настольные лампы, автомобильные фары и фонарики, а также для декоративного и рекламного освещения.

В некоторых сферах применения лампы накаливания используется выделяемое тепло, например, в инкубаторах, инкубаториях для птицы, обогревателях для резервуаров для рептилий, инфракрасном обогреве для промышленных процессов нагрева и сушки, а также в игрушке Easy-Bake Oven. В холодную погоду тепло от ламп накаливания способствует обогреву здания, но в жарком климате потери в лампах увеличивают энергию, используемую системами кондиционирования воздуха.

Лампы накаливания постепенно заменяются во многих приложениях другими типами электрического света, такими как (компактные) люминесцентные лампы, газоразрядные лампы высокой интенсивности, светоизлучающие диоды (светодиоды) и другие устройства.Эти новые технологии дают больше видимого света и меньше тепла при том же количестве потребляемой электроэнергии. Некоторые юрисдикции, такие как Европейский Союз, находятся в процессе постепенного отказа от использования ламп накаливания в пользу более энергоэффективного освещения. В Соединенных Штатах федеральный закон предусматривает отказ от ламп накаливания к 2014 году и их замену на более энергоэффективные лампочки.

** Эта технология постепенно выводится из употребления в Соединенных Штатах, и в конечном итоге планируется полностью отказаться от нее в соответствии с Федеральным законом о независимости и безопасности в области энергетики от 2007 года.

Раздел D: Энергоэффективность и второй закон термодинамики — Энергетическое образование: концепции и практика

Первый закон термодинамики гласит, что энергия не может быть ни создана, ни уничтожена, ее можно только преобразовать из одной формы в другую. Это может означать, что мы всегда можем преобразовывать энергию в любую нужную нам форму, даже не беспокоясь об использовании наших энергетических ресурсов.

Однако не вся энергия преобразуется в желаемую форму энергии (например, в свет). Хотя количество энергии одинаково до и после преобразования, качество отличается. Внутри лампы накаливания закреплена тонкая проволочная нить. Когда лампочка включена, электрический ток проходит через нить накала, нагревая ее настолько, что она излучает свет. Тепловую энергию, производимую лампочкой, часто называют потраченным впустую теплом, потому что эту форму энергии трудно использовать для выполнения работы.

Энергия, которая тратится впустую, когда светит лампочка, иллюстрирует второй закон термодинамики, который гласит, что при каждом преобразовании энергии из одной формы в другую часть энергии становится недоступной для дальнейшего использования. Применительно к лампочке второй закон термодинамики гласит, что 100 единиц электрической энергии не могут быть преобразованы в 100 единиц световой энергии. Вместо 100 единиц, которые используются для генерации света, 95 необходимы для нагрева нити. ПРИМЕЧАНИЕ: Есть и другие соображения при разработке и использовании эффективных устройств преобразования, такие как затраты и государственные субсидии.

Энергоэффективность

С точки зрения энергии, эффективность означает, какая часть заданного количества энергии может быть преобразована из одной формы в другую полезную форму. То есть, сколько энергии используется для того, что предназначено (например, для получения света), по сравнению с тем, сколько теряется или «тратится впустую» в виде тепла. Формула энергоэффективности — это количество полезной энергии, полученной в результате преобразования, деленное на энергию, которая ушла на преобразование (эффективность = полезная выходная энергия / входная энергия).Например, большинство ламп накаливания имеют КПД только 5 процентов (КПД 0,05 = f единиц света / 100 единиц электроэнергии).

Из-за неизбежного соблюдения второго закона термодинамики ни одно устройство преобразования энергии не является эффективным на 100 процентов. Даже природные системы должны соответствовать этому закону (см. «Энергия через нашу жизнь» — , раздел D. Поток энергии в экосистемах )

Большинство современных устройств преобразования, таких как лампочки и двигатели, неэффективны.Количество полезной энергии, получаемой в результате процесса преобразования (выработка электроэнергии, освещение, обогрев, движение и т. Д.), Значительно меньше первоначального количества энергии. Фактически, из всей энергии, которая используется в таких технологиях, как электростанции, печи и двигатели, в среднем только около 16 процентов преобразуется в практические формы энергии или используется для создания продуктов. Куда делись остальные 84 процента? Большая часть этой энергии теряется в виде тепла в окружающую атмосферу.

Вам может быть интересно, почему не произошло улучшений, если есть много возможностей для повышения эффективности?

Одна из причин заключалась в том, что, когда впервые были изобретены лампочки и другие преобразовательные устройства, запасы энергии казались обильными, и не было особой озабоченности по поводу отходящего тепла, которое они производили, пока их основная цель (свет , движение и электричество).Однако, поскольку становится очевидным, что источники энергии — в первую очередь ископаемое топливо — которые мы используем, действительно ограничены, одна из целей технологии заключалась в том, чтобы сделать устройства и системы преобразования более эффективными.

Лампочка — это один из примеров преобразователя, для которого были разработаны более эффективные альтернативы. Одна альтернатива, компактная люминесцентная лампа (КЛЛ), была коммерчески представлена ​​в 1980-х годах. Вместо использования электрического тока для нагрева тонких нитей в КЛЛ используются трубки, покрытые флуоресцентными материалами (называемыми люминофорами), которые излучают свет при электрическом возбуждении.Несмотря на то, что они излучают одинаковое количество света, 20-ваттная лампа CFL кажется более прохладной, чем 75-ваттная лампа накаливания. КЛЛ преобразует больше электроэнергии в свет и меньше — в отходящее тепло. Типичные лампы накаливания имеют КПД от 55 до 70 процентов, что делает их в три-четыре раза более эффективными, чем обычные лампы накаливания с КПД менее 20 процентов. Другая альтернатива, светоизлучающий диод (LED), стала более распространенной и доступной в последние годы. Светодиоды объединяют токи с положительным и отрицательным зарядом, создавая энергию, выделяемую в виде света.Светодиоды имеют КПД от 75 до 95 процентов, что делает их в четыре-пять раз более эффективными, чем лампы накаливания. Светодиодные лампы также могут прослужить от 20 000 до 50 000 часов, что в пять раз дольше, чем у любой сопоставимой лампочки.

Одна компактная люминесцентная лампа (КЛЛ) мощностью 20 Вт по сравнению с лампой накаливания мощностью 75 Вт экономит около 550 кВтч электроэнергии в течение всего срока службы. Если электричество производится на угольной электростанции, эта экономия составляет около 500 фунтов угля.Если каждое домашнее хозяйство в Висконсине заменит одну 75-ваттную лампу накаливания на 20-ваттную компактную люминесцентную лампу, будет сэкономлено достаточно электроэнергии, чтобы электростанция, работающая на угле, мощностью 500 мегаватт могла быть выведена из эксплуатации. Представьте, что сэкономит, заменив их все на светодиоды!

Установка эффективных лампочек — это всего лишь одно действие, которое люди могут предпринять для повышения эффективности системы. Другие эффективные электрические приборы, такие как водонагреватели, кондиционеры и холодильники, доступны и становятся все более доступными.Вы можете легко распознать энергоэффективные приборы по этикетке EnergyStar ^® . Выключение света и других устройств, когда они не используются, также снижает нагрузку на систему. Таким образом, люди — будь то инженеры, улучшающие устройство преобразования энергии, или дети, выключающие свет в доме, — могут внести значительный вклад в энергосбережение. (Взято из KEEP Energy Education Activity Guide «Уменьшение прибыли».)

Тепло передается в окружающую среду во время всех преобразований энергии.

Примеры включают:

При каждом преобразовании энергии передаваемое тепло приводит к небольшому увеличению тепловой энергии в окружающей среде. Другими словами, эта тепловая энергия «теряется» в окружающей среде (в конечном итоге теряется в космосе!) И непригодна для использования.

Второй закон термодинамики

Во время передачи энергии может показаться, что энергия уходит или уменьшается. Например, прыгающий мяч перестает подпрыгивать, батарея умирает или в машине заканчивается топливо.Энергия все еще существует, но она настолько разрослась, что практически недоступна. При сжигании куска дерева высвобождается световая и тепловая энергия (обычно называемая теплом). Свет и тепло рассеиваются и становятся менее полезными. Другой способ описать этот процесс — сказать, что энергия концентрируется в древесине (химическая энергия) и становится менее концентрированной в формах тепловой и световой энергии.

Вернемся к обезумевшему коту в комнате с загадкой. Хотя вы можете найти все части головоломки после действий кошки, вы не сможете собрать ее полностью.Некоторые части были согнуты, другие порваны, а некоторые — кота, ну, дайте волю своему воображению. Другими словами, хотя количество головоломки осталось прежним, ее качество было скомпрометировано. Эта история о кошке — грубая аналогия второму закону термодинамики.

Следующий набор утверждений представляет собой различные способы выражения второго начала термодинамики:

Намного легче проиллюстрировать примеры второго начала термодинамики. Простое включение лампочки показывает, что помимо света выделяется тепло.Также попробуйте уловить свет или тепло, чтобы проделать дополнительную работу. Тяжело, не правда ли?

Рассмотрим цитату Пола и Энн Эрлих:

«Энергия наиболее пригодна для использования там, где она наиболее сконцентрирована — например, в сильно структурированных химических связях (бензин, сахар) или при высокой температуре (пар, падающий солнечный свет [sic] ). Поскольку второй закон термодинамики гласит, что Общая тенденция во всех процессах — это уход от концентрации, от высокой температуры, это говорит о том, что в целом все больше и больше энергии становится все менее и менее пригодным для использования.»

Ученые и изобретатели на протяжении многих лет осознавали эту тенденцию к «потере энергии» и стремились ее преодолеть. Они всегда терпели поражение. Распространенное изобретение, которое пытается противостоять законам термодинамики, называется вечным двигателем. Идея, лежащая в основе этой машины, заключается в том, что движение машины обеспечивает энергию для продолжения движения машины. (А?) Другими словами, как только машина начинает работать, никакой дополнительной энергии не требуется (машина вырабатывает свою собственную энергию).Думаешь, это сработает? Следующий раздел, Энергетических правил! В разделе E. Действия и эксперименты будут рассмотрены вечные двигатели.

Последние мысли об энергетических правилах

Энергию часто называют валютой жизни. Он проходит через процессы Земли, создавая ветер, обеспечивая свет и позволяя растениям создавать пищу из воды и воздуха (углекислый газ). Люди подключились к этому потоку, чтобы производить электричество, заправлять наши автомобили и обогревать наши дома.Солнце обеспечивает Землю большей частью своей энергии. Студентам важно распознавать и ценить этот источник энергии и исследовать преобразования, которые приносят солнечный свет в их дом в форме света, тепла, пищи и топлива. Нам повезло, что у нас много «концентрированных» источников энергии. Помимо солнца, химическая энергия содержится в ископаемых видах топлива, таких как уголь и нефть, а также в ядерных ресурсах.

В то время как количество энергии в нашем мире остается постоянным, по мере того, как мы ее используем (передаем ее из одной формы в другую), она становится все менее полезной.Энергия также дает нам возможность работать. Благодаря образованию и осознанию того, что такое энергия и как мы ее используем, мы можем научиться (т. Е. Работать) более разумно использовать наши сконцентрированные ресурсы и гарантировать, что они будут доступны для будущих поколений.

.