Blog Posted by on 2-2-2025 in Взаємодія в роботі

Лампа розжарювання, далі ЛН – це джерело штучного світла, в якому світловий потік отримують розігрівом тонкої металевої нитки до температури свічення розжареного металу. Для нагрівання нитки пропускають електричний струм. Перші лампи мали нитку з обвугленої органічної речовини, наприклад, бамбука, у вигляді волокна.

Щоб нитка швидко не згорала, з колби відкачували повітря та герметизували. Або заповнювали колбу газовим складом, де немає окислювача – кисню. Такі гази називають інертними – аргон, неон, гелій, азот тощо. Ці гази названі оскільки вони вступають у реакцію з металами, тобто. інертні.

Лампа з вугільною ниткою

Перші лампи з вугільною ниткою розжарювання мали робочий ресурс трохи більше десятка годин. Він був значно збільшений після заміни вугільної нитки на тонкий металевий дріт. Першим винахідником лампи офіційно вважається Томас Едісон.

Таке світло називали світлом жару, тобто. світлом розпеченого металу. А нитку назвали ниткою розжарювання. Наприклад, сталь, нагріта до температури 1200°C, світиться жовто-білим світлом, а при 1300°C – практично білим.

Наприкінці 19 століття вугільну нитку, яка швидко перегорала, замінили тугоплавкими металами – вольфрамом, молібденом, осмієм чи окисами металів – цирконію, магнію, ітрію та ін.

Заповнюючи колбу інертними газами, зменшували швидкість випаровування металу з розпеченої нитки, а отже, збільшували тривалість її роботи.

За великої потужності нитки розжарювання роблять «розгалуженою» форми.Проекційні джерела світла до створення спрямованого потоку мають нитку складної конфігурації, утворюючи плоску конструкцію, перпендикулярну осі випромінювання. Усередині колби при цьому розміщується відбивач світла, наприклад, у вигляді тонкого шару напиленого металу – срібла або алюмінію.

Лампа розжарювання загального призначення – ЛОН, у колбі «груша». Пряма коротка нитка у вигляді спіралі свідчить про невелику робочу напругу – 12, 24 або 48-50 В і потужності не вище 10-20 Вт.

Для живлення лампи безпосередньо від існуючої на той час електромережі, що мала постійну напругу 110 В, потрібна була довга і тонка металева нитка. Це забезпечувало збільшений опір, а значить для розігріву був потрібний менший струм.

Для щільної «упаковки» в невеликому обсязі колби з прозорого скла нитку, багаторазово згинаючи, розміщували на дротяних тримачах.

"Складена" в кілька разів довга нитка розжарювання в лампі Едісона сучасного виконання. Ще одна сучасна лампа Едісона. Добре видно паралельно розташовані ділянки нитки розжарювання.

Таке згинання нитки ускладнило конструкцію перших джерел світла, які працювали значно довше за «вугільні». Проривною в розробці конструкції лампочок розжарювання стала пропозиція скручувати нитку в спіраль. Це зменшило її розміри у рази.

Ще менший розмір тіла розжарювання отримали, згорнувши тонку спіраль у другу спіраль, але більшого діаметра. Подвійну спіраль назвали бі-спіраллю.

Бі-спіраль збільшена у 10-20 разів. Видно, що вона введена і обтиснута в петлі дротяної арматури, що розтягує нитку розжарювання на тоненьких штирьках.

Наступним етапом розвитку джерел світла став перехід на мережі змінного струму та застосування трансформатора для зниження напруги живлення ламп.

З чого складається лампочка

До основних елементів будови лампи розжарювання відносяться:

  • нитка або тіло розжарювання;
  • арматура для кріплення нитки;
  • колба для захисту нитки від швидкого згоряння та зовнішніх впливів;
  • цоколь для встановлення в патрон та підключення до електромережі;
  • цокольні контакти – різьбовий корпус та центральний контакт у денці цоколя.

Арматура призначена для кріплення нитки та створення необхідної конфігурації та спрямованості світлового потоку.

Цоколь потрібен для закріплення в монтажному патроні та приєднання до колби. У лампах-ретрофітах, аналогах ламп розжарювання у цоколі розміщується частина пристрою живлення.

Цоколь

На галогенних лампах розжарювання, залежно від напруги живлення, потужності та конструкції колби встановлюють кілька видів цоколів – різьбові, штирьові, байонетні, штифтові та ін.

Система контактів на цоколях потрібна для підключення до електромережі чи блока живлення.

Колба

Прозору колбу ЛН використовують для:

  • захисту нитки від зовнішньої атмосфери, що містить окисник – кисень;
  • створення та утримання вакууму або газового складу;
  • розміщення люмінофора та/або покриттів, що перетворюють різні види електромагнітної енергії у видиме випромінювання, повернення тепла на нитку розжарювання, перетворення невидимих ​​УФ- та ІЧ-випромінювань на світло, корекції відтінку свічення лампи – червоні, зелені, сині.

Тіло розжарювання

Тіло розжарювання – це нитка, згорнута в спіраль або бі-спіраль, або тонка металева стрічка.

Структурний вид нитки напруження

Газове середовище

Інертні гази, якими заповнюють колбу лампи, наприклад азот, аргон, неон, гелій.У суміші інертних газів додають речовини-галогени.

Принцип роботи ЛН

Пристрій лампочки розжарювання мало змінилося за час її розвитку. Основним елементом, що працює на принципі свічення розжареної речовини, є нитка або тіло розжарювання.

Кольори жару починаються з червоного і при збільшенні температури проходять через помаранчевий, жовтий до білого.

Відео-урок: Як Працюють Сучасні Лампочки

Холодна вольфрамова нитка має мале питоме опір. У вольфраму, як і більшості металів, позитивний температурний коефіцієнт опору ТКС.

До включення лампи нитка холодна і має невеликий опір. Тому в момент включення подається струм у 10-15 разів більший за номінальний.

На розігрів нитки потрібні частки секунди. За цей час її опір збільшується. світіння теж стає номінальним, тобто відповідним колірної температури від 2000 до 3500 K. Він називається теплим білим і у вказаному діапазоні має кілька градацій колірної температури з оригінальними назвами та абревіатурами. Наприклад:

  • супер-теплий білий – 2200-2400 K, позначається S-Warm або S-W, він дуже теплий білий або Warm 2400;
  • теплий – 2600-2800 K або Warm 2700;
  • білий теплий – 2700-3500 K або Warm White (WW);
  • ще один теплий – 2900-3100 K чи Warm 3000 (W).

Температура окремих елементів лампи

Зовнішня поверхня колби ЛОН залежить від потужності лампи та може нагріватися до 250-300℃ та більше. Нитка розжарюється до 2000-2800℃, за температури плавлення вольфраму 3410°C. У деяких конструкціях нитку виготовляють з осмію з температурою плавлення 3045℃ або горіння – 2174. Так спектр свічення ЛН зміщується в червону зону видимого спектру.

Який газ у колбі лампи

У перших лампах повітря з колби викачували. Зараз вакуумують (викачують повітря) лише лампочки малої потужності, трохи більше 25 Вт.

При роботі вольфрамового зволікання, розпеченого до 2-3 тисяч градусів, з його поверхні інтенсивно випаровується метал. Його пари осідають на внутрішній частині колби та зменшують її світлопропускання.

Дослідження, проведені на початку минулого століття, показали, що якщо заповнити колбу інертним газом, то випаровування зменшиться та підвищиться вихід світла. Тому колби стали заповнювати одним із інертних газів або їх сумішшю. Найчастіше це аргон, азот, ксенон, криптон, гелій та ін. Гелій використовують для ефективного пасивного охолодження внутрішніх елементів світлодіодних ламп-ретрофітів нового виду.

Їхній основний світловипромінюючий елемент – тонкий стрижень зі штучного сапфіру або скла, на якому розташовані кристали світлодіодів. Такий випромінювач названо філаментом. Деякі «експерти» переплутали суть філаментних ламп та назвали їх «лампами із сапфіровими випромінювачами світла».Хоча штучний сапфір у цих лампах використовується тільки як монтажна основа та пасивне тепловідведення для світлодіодних кристалів.

Вихід ЛН з ладу найчастіше пов'язані не з випаровуванням металу з поверхні тіла розжарювання, і з прискоренням цього процесу у зонах порушення товщини нитки. Це відбувається в зоні різкого перегину тяганини або її перелому. У цьому місці її опір локально збільшується, зростають напруга, потужність, що розсіюється, і температура металу. Випаровування прискорюється, стає лавиноподібним, нитка швидко зменшує товщину та згоряє.

Цю проблему вирішили наприкінці 1950 – на початку 1960-х, розпочавши масовий випуск галогенних ламп розжарювання.

До складу інертного газу чи суміші стали вводити галогени – хлор, бром, фтор чи йод. В результаті процес випаровування металу припиняється зовсім або суттєво уповільнюється. Атоми цих добавок пов'язують пари вольфраму, утворюючи молекули нестійких сполук. Вони осідають на поверхні тіла розжарювання. Під дією високої температури молекули розпадаються і виділяють атоми галогенів і чистий метал, який осідає на гарячій поверхні нитки і частково відновлює шар, що випарувався.

Цей процес інтенсифікують підвищення тиску. У цьому збільшується температура нитки, термін служби, світловіддача, ККД та інші характеристики. Спектр випромінювання зсувається у білу сторону. У газонаповнених лампах уповільнюється потемніння поверхні колби зсередини від парів вольфраму. Такі джерела світла назвали галогенними.

Електротехнічні параметри

До електротехнічних характеристик ламп розжарювання відносяться:

  • електрична потужність, вимірюється у ватах – Вт, діапазон моделей, що випускаються – від декількох ватів (лампочка для ліхтарика – 1 Вт) до 500 і навіть 1000 Вт;
  • світловий потік, Лм (люмен), пов'язаний із потужністю – від 20 Лм при 5 Вт до 2500 Лм при 200 Вт, при більшій потужності потік світла вищий;
  • світлова віддача, енергоефективність або ККД, Лм/Вт – скільки люменів світла у вигляді світлового потоку дає кожен ват потужності, спожитої з мережі або джерела живлення;
  • сила світла чи яскравість, кд (кандела);
  • колірна температура – ​​температура умовного чорного тіла, що випромінює світло з певним відтінком.

Сфера застосування

Електричні лампи можна розділити на кілька видів застосування – для громадського, технічного та спеціального використання.

Основне громадське застосування – забезпечувати будь-яку людину, тварин і птахів штучним світлом у темний час доби або у темному місці приміщення.

Використовуючи світло люди на кілька годин продовжують свою добову активність. Це можуть бути робочі та навчальні процеси, домашні справи. Поліпшується безпека на дорогах, можливість надавати у вечірній та нічний час медичну допомогу та ін.

Лампи активно застосовуються на тваринницьких фермах та птахофабриках, для вирощування рослин у тепличних комплексах. Їх підсвічують світлом певного спектра та величини світлового потоку. Для розведення риби теж потрібне світло з особливим спектральним складом.

Реалізовано обігрів свійських тварин.

Технічне призначення. У виробництві для технологічних цілей використовують пристрої, що дають видиме та невидиме світло. Приклади:

  • для точної та важливої ​​роботи людині потрібний високий рівень освітленості робочого місця;
  • ІЧ – інфрачервоне випромінювання використовують у промисловості, наприклад, для безконтактного нагрівання деталей конструкцій або в кліматичній техніці для обігріву людини, що працює на відкритому морозному повітрі, у військовій техніці та полюванні – нічні приціли для зброї, прилади нічного бачення та ін.;
  • УФ-випромінювання застосовують у стоматології для швидкого затвердіння пломб, при виготовленні зубних протезів тощо, у медицині та санітарії – для дезінфекції приміщень, інструменту, одягу, поверхонь меблів, повітря, води, лікарських препаратів та ін.

Лампи спеціального призначення використовують у зовнішній та внутрішній світловій рекламі, криміналістиці, в авіації та космонавтиці, світловому супроводі шоу-уявлень та ін.

Основні види та характеристики

До основних видів ламп розжарювання відносяться:

  1. Лампи загального призначення. Позначають абревіатурою ЛОН. Зазвичай це пристрої з потужністю 25, 40, 60, 75 та 100 Вт. Найпоширеніші – 60 Вт. Але промислово випускаються ЛОН потужністю 150, 200, 500 і навіть 1000 Вт.
  2. Галогенні лампи розжарювання. Виробляють для роботи від високовольтної мережі 220 або 110 В та від низьковольтної. І тут вони живляться від понижуючого трансформатора.

Різновиди низьковольтних галогенних ЛН:

  • капсульні, мають вигляд повністю скляних трубок з різними цоколями – торцевими штиревими GY6,35 або G4;
  • рефлекторні, що мають світловідбивний елемент, діаметром від 35 до 111 мм, цоколь GZ10 з варіантами.

Високовольтні. Основна напруга 220-230, 50 Гц. У цих ламп варіантів виконання більше:

  • лінійні у вигляді трубки зі скла з цоколями R7S;
  • циліндричні – цоколі E27, E14 або B15D;
  • з винесеною чи додатковою колбою.

В останній моделі всередині лампи жорстко змонтовано малогабаритну галогенну лампу-капсюль або трубку. Вона приварена до центрального стрижня звичайної колби ЛОН, має гнучкі висновки, з'єднані зі стандартним цоколем Едісон Е27 або Е14. При споживанні потужності 70-100 Вт вона забезпечує світловий потік на 20-30% більше ніж звичайна лампа розжарювання.

Ці моделі мають більш високу енергоефективність, що досягає 12-25 Лм/Вт, тоді як у звичайних ЛОН світловіддача від 3-4 до 10-12 Лм/Вт.

Термін служби галогенних моделей становить від 4-5 до 10-12 тис. годин.

Поділ ламп за призначенням та за конструкцією

Декоративні лампи

В останні роки з'явилися ретро-лампи, що імітують старовинні ЛН Едісона.

Крім того, вони формою колби імітують «свічку», «свічку на вітрі», «гулю», «грушу», «кулю» тощо.

Лампи Едісона – з колірною температурою 2000 K, з різними формою нитками розжарювання, з різними колбами.

Дзеркальні

Дзеркальні лампи мають частину колби, покриту зсередини шаром, що відбиває. Найчастіше це напилення з металу – срібла, алюмінію, золота та ін. Цей шар може бути тонким, напівпрозорим або товстим, непрозорим.

Дзеркальна інфрачервона лампа.

Дзеркальні конструкції використовують у виробництві для абсолютно чистого технологічного нагріву, наприклад, у напівпровідниковому виробництві з високою чистотою матеріалів. У цьому випадку нестача ламп розжарювання – великий потік ІЧ-випромінювання – стає їхньою неперевершеною гідністю.

Такі лампи застосовують у світильниках із вузьким поворотним променем світла.

Сигнальні

Сигнальні лампи – це миготливі джерела світла. Зазвичай у вигляді проблискових маячків, наприклад, на службових автомобілях, літаках і вертольотах, передачі світлових повідомлень на флоті тощо.Мають тонку нитку розжарювання, що забезпечує швидкий набір яскравості.

Транспортні

Цей вид ламп призначений для використання на різних видах транспорту – автомобілях, залізниці та в метро, ​​річкових та морських суднах. Головна вимога до них – стійкість до вібрацій та ударів. Для цього нитка розжарювання роблять короткою і встановлюють на безлічі елементів, що підтримують.. Цоколі таких ламп – байонетні свана, штифтові або софітні. Вони не дають пристрою викрутитись і випасти з патрона.

Лампи транспортні із штифтовим цоколем. Транспортні, автомобільні лампи з різними видами цоколів, що не випадають: д), е), ж) – зі штифтовими, з) із софітним.

Ілюмінаційні

Із назви зрозуміло, що лампи використовують для ілюмінації. Тому їх колби виготовляють зі скла різних кольорів – синього, зеленого, жовтого, червоного тощо.

Ілюмінаційні лампи різного кольору із різьбовим цоколем Едісона E27.

Двохниткові

Схема такої лампи розжарювання: в одній колбі дві окремі нитки розжарювання. Наприклад, в автомобільній фарі двониткова лампа використовується так:

  • при подачі напруги на одну нитку вмикається ближнє світло – потік світла «притиснутий» до полотна дороги і промінь поширюється на кілька десятків метрів;
  • після перемикання на другу нитку світло піднімається і його дальність може досягати сотень метрів, а потік буде значно більшим.

Такі лампи можуть бути у задньому ліхтарі. Перша нитка – для габаритних вогнів, друга – для стоп-сигналу.

У світлофорах двониткові лампи підвищують їхню надійність. Дублювання дозволяє пристрою працювати або з однією ниткою, або включати другу після того, як перша перегоріла. А, наприклад, на залізницях надійність сигналізації – гарантія безпеки перевезень.

Загального місцевого призначення

Верхній ряд, ліворуч – лампа з цоколем Е14 – для люстр, бра і малогабаритних світильників; із цоколем Е27 – загального призначення; зелена, червона, жовта – ілюмінаційні.

Нижній ряд: синя – медичне призначення для процедур; дзеркальна з відбивачем – для фоторобіт або спеціального освітлення, з віолевим склом, дві крайні – декоративні з колбою «свічка» та цоколями Е27 та Е14.

Плюси та мінуси

Переваги ламп розжарювання:

  • невелика ціна – прості та недорогі матеріали, конструкція та технологія відпрацьовані десятиліттями, масове автоматизоване виробництво;
  • відносно невеликі розміри;
  • кидки напруги в мережі не викликають негайного виходу з ладу;
  • запуск у роботу, а також перезапуск – миттєвий;
  • при живленні змінним струмом частотою 50-60 Гц пульсації яскравості малопомітні;
  • яскравість свічення регулюється димерами;
  • спектр випромінювання суцільний та звичний оку – подібний до сонячного;
  • практично повна повторюваність характеристик ламп у різних виробників;
  • індекс кольору Ra або CRI – якість відтворення відтінків кольору освітлюваних предметів – дорівнює 100, що повністю відповідає показнику сонця;
  • невеликі розміри компактної нитки розжарювання дають чіткі тіні;
  • висока надійність в умовах сильного морозу та спеки;
  • конструкція дозволяє масово виготовляти моделі з робочою напругою від часток до сотень вольт;
  • живлення від змінної чи постійної напруги за відсутності пристроїв пуску;
  • активний характер опору нитки розжарювання забезпечує коефіцієнт потужності (косинус?) рівний 1;
  • байдужі до радіації, електромагнітного імпульсу, перешкод;
  • практично відсутня УФ-складова у випромінюванні;
  • забезпечено штатну роботу з частими включеннями/вимиканнями світла та ін.

До недоліків можна віднести:

  • номінальний термін служби ЛОН – 1000 годин, у галогенних ламп розжарювання – від 3 до 5-6 тис., у люмінесцентних – до 10-50 тис., у світлодіодних – 30-150 тис. годин та більше;
  • скло колби та тонка нитка чутливі до ударів, при вібрації можливі резонанси на деяких частотах;
  • висока залежність енергоефективності та терміну служби від напруги живлення;
  • ККД перетворення електроенергії у видиме світло не перевищує 3-4%, але зростає зі збільшенням потужності;
  • температура поверхні колби залежить від потужності та становить: для 100 Вт – 290°C, для 200 Вт – 330°C, 25 Вт – 100°C;
  • при включенні стрибок струму до прогріву нитки може бути в десять разів вище від номіналу;
  • патрони та арматура світильників повинні бути теплостійкими.

Як збільшити термін служби лампи

Способів збільшення терміну служби багато. Найбільш використовувані:

  • обмеження пускового струму включенням терморезистора послідовно з лампою, великий опір якого зменшується з прогріванням його пусковим струмом;
  • плавний пуск з ручним регулюванням яскравості тиристорним або симісторним диммером;
  • харчування лампи через сильний випрямний діод, тобто. випрямленою напругою половинок синусоїди;
  • послідовне з'єднання ламп парами в багатолампових світильниках, наприклад, у люстрах.

Сучасною промисловістю випускається велика кількість різних видів ламп розжарювання з великим діапазоном робочих напруг та потужностей, з різними відтінками світіння, конфігураціями колб та цоколів. Такий асортимент дозволяє вибрати потрібну лампу для будь-якого використання.

Що таке лампа розжарювання – будова, характеристики та види - Kozak

Усередині "звичайних" ламп розжарювання – інертний газ аргон, він з інертних найдешевший. Його наявність дозволяє врівноважити тиск зовні та всередині колби, інакше скляну колбу з вакуумом усередині потрібно робити міцною, здатною витримати тиск атмосфери. Є ще "галогенки". Вони містять галогени – бром або йод. Коли лампочка горить, галоген реагує з вольфрамом нитки розжарювання і випаровується, утворюючи газ. Цей газ підвищує тиск усередині колби, і вольфрам більше не випаровується, тому що в колбі присутній насичений вольфрамовий "пар". Після вимкнення реакція йде у зворотному напрямку, вольфрам осідає де доведеться (тому регульовані галогенові лампи темніють, якщо їх не бадьорити максимальною яскравістю), галоген набуває форми газу в холодній колбі.

Гриша Штучний Інтелект (247802) Mr White, навіть ти можеш прямо зараз відкачати)))Візьми склянку ,приклади до рота і втягни повітря))

У колбі звичайної лампи розжарювання міститься інертний газ, зазвичай, аргон або криптон. Ці гази використовуються для запобігання окисленню нитки розжарювання лампи, що продовжує її термін служби.

У звичайній лампі – вакуум. Не повний звичайно. Це для того, щоб вольфрам довше не служив.

Сергій Колчин Мудрець (10504) Mr White, "вакуум" буквально перекладається як "нічого". Навіть у космосі вакуум не стовідсотковий. У лампі досить мінімізувати рівень кисню, щоб вольфрам не згоряв. Кисню у повітрі приблизно 16%. Щоб його рівень не був критичним, не обов'язково видаляти все повітря.

Mr White Штучний Інтелект (127091) Сергій Колчин, ну так, вольфрамова спіраль за ідеєю повинна спалахувати в кисні

Який газ знаходиться у звичайній лампі розжарювання?
Колби ламп розжарювання вакуумуються або заповнюються інертним газом, серед якого вольфрамова нитка розжарювання не окислюється: азотом; аргоном; криптоном; сумішшю азоту, аргону, ксенону. Лампи розжарювання сильно гріються у процесі експлуатації.

Раніше всі вакуумували (крім галогенок, природно), тепер залишається інертний газ під невеликим тиском. так простіше.

Терике Кіурієткев Оракул (51423) Mr White, ні. Робити простіше. Вакуум дуже повільно викачується (жарт. створюється).

Вакуум і не потрібний, і дорогий.
Вакуум привів би до зайвої крихкості лампи, тиск повітря розчавив би лампочку. (на людину тисне 18 тонн повітря).
Головне – щоб вольфрамова нитка не згоріла в кисні (позбавити лампу кисню), а для цього достатньо заповнити лампу недорогим газом. Тобто. Вакуум просто не потрібен.
Найправильніша відповідь у Gfdtk,

При контакті з повітрям при нагріванні нитка перегорає.
Тому відкачують повітря – порожнеча – вакум.
А інертний газ може знизити тиск, який у результаті цього утворюється зовні?

Так, у лампі газ із деяким надлишковим тиском. Тому лампочка розбивається з характерною бавовною. Просто у вакуумі вольфрамова спіраль швидко перегоріла б.

там вакуум. Є галогенові лампи там галоген. Якщо лампа розжарювання побіліла всередині, це означає втрата вакууму.