Как связаться

Лампы накаливания. Общая информация

Лампа накаливанияПрибор, являющийся источником искусственного света, получаемого от нагретой металлической спирали, когда через нее пропускается электрический ток, называется лампой накаливания.

 

Для изготовления нити накаливания используется вольфрам, который при высокой температуре излучает свет. В процессе работы лампы накаливания преобразуют электроэнергию не только в световую энергию, но и в тепловую, так как доля инфракрасного излучения при работе довольно высока. Чтобы повысить КПД лампы накаливания и получить максимально белый свет, требуется повысить температуру нити, но она ограничивается температурой плавления металла.

Максимальные температуры плавления имеют вольфрам, порядка 3410°С, и осмий, 3045°С. Но второй металл используется крайне редко, поскольку очень дорог, так как принадлежит к платиновой группе. Обычно температура нити накаливания достигает 2300 - 2900°С, в результате испускается не дневной белый свет, а желто-красный.

Если бы вольфрам нагрели до такой температуры на открытом воздухе, он бы мгновенно стал оксидом. Поэтому в стеклянную колбу, защищающую нить, закачивают аргон. Самые первые лампы накаливания были с вакуумной колбой, но в них вольфрам быстро испарялся и оседал на стекле, делая его более темным и лишая части светопроводимости. Позже колбы заполнялись инертными газами, или химически нейтральными. Сегодня вакуумные колбы используются только для производства ламп небольшой мощности.

Лампа накаливания состоит из стеклянной колбы, которая предохраняет нить накаливания, цоколя, контактных проводов, и предохранителя. Благодаря колбе нить не сгорает в открытом воздухе. Каким должен быть размер колбы, определяют исходя из скорости осаждения металла, использованного для изготовления нити накаливания. Если мощность большая, размер колбы тоже большой, в этом случае поверхность, на которую будет оседать испаряющийся металл, будет больше, а потеря колбой прозрачности замедлится.

Сегодня при изготовлении ламп накаливания колбу заполняют буферным газом, который замедляет испарение металла нити накаливания. Чтобы уменьшить теплопроводность ламп, выбирают газ, у которого более тяжелые молекулы. Заполнять колбу лампы целиком аргоном оптимально, но очень дорого, поэтому найден консенсус, используется смесь инертного газа с азотом. В более дорогих лампах содержится ксенон или криптон, у них намного выше атомный вес.

Первые лампы в начале прошлого века имели угольную нить накаливания, причем одна из таких ламп служила в Англии даже в 80-х годах, будучи выпущенной в начале века. Но надо оговориться, что она была сигнальной, и ее не выключали. Она просто горела всегда. Современные нити накаливания делаются из сплава вольфрам-осмий. Лампы могут быть предназначены для разных рабочих напряжений. Необходимая сила тока при этом рассчитывается по закону Ома для участка цепи, где I = U / R. При 60 Вт мощности лампы, рабочем напряжении сети 230 В, сопротивление нити накаливания составит 882 Ома.

Поскольку у металлов удельное сопротивление небольшое, то чтобы достичь необходимого, требуется тонкий длинный провод. Толщина его, как правило, около 50 микрон. В момент включения при комнатной температуре сопротивление нити маленькое, для этого при включении идет большой ток. Нить нагревается, уменьшается ее сопротивление, и сила тока падает.

Цоколи ламп накаливания имеют стандартные размеры, форму у них резьбовая, она была предложена впервые Томасом Эдисоном. В цоколе располагается небольшой кусочек тонкой проволоки, плавкий предохранитель, он предотвращает образование вольтовой дуги, и размыкает электрическую цепь в момент, когда лампа перегорает. У ламп, используемых в быту, работающих от стандартного напряжения в 220 В, предохранители могут пропускать ток до 7 А.

Чем выше КПД лампы, тем меньше она служит. Уменьшение напряжения в сети в два раза, в случае последовательного включения двух ламп, влечет за собой падение КПД, но существенно продляет время службы лампы. Этот эффект использован в быту, когда лестничную площадку надо осветить, а особых требований к яркости свет нет. И дежурное освещение с успехом будет служить долго.

Неоднородности в нити накаливания существенно ограничивают период службы лампы, так как испарение металла происходит неравномерно, и появляются истонченные участки. На них резко повышается сопротивление, усиливается нагрев, и испарение металла ускоряется. При сужении сечения нити до критического, нить плавится и лампа перегорает.

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить