Лампы накаливания, вошедшие в обиход еще в начале 20 века, нередко встречаются и сегодня. Изменилась только область их применения: в быту классическую лампочку потеснили люминесцентные, светодиодные и прочие более эффективные и экономичные аналоги, но остались узкие сферы использования, где нить накала остается по-прежнему непревзойденной. Расскажем подробнее об этом источнике света, а также о том – где и почему применение лампы накаливания все еще остается актуальным.
Содержание: 1) Конструкция и принцип работы 2) Основные виды ламп накаливания 3) Мощность лампы накаливания 4) Параметры эксплуатации и область применения 5) Преимущества и недостатки лампы накаливания Какие лампы накаливания ещё есть в продаже можно узнать на этой странице
В основе работы лампочки лежит тело накала, которое очень сильно нагревается за счет проходящего через него высокого напряжения. Чтобы достичь видимого предела излучения, температура источника света достигает порядка 570°C и образует световой поток красного оттенка. Комфортная тональность освещения в теплых тонах, которую создает лампа накаливания с желтоватым оттенком света, достигается при минимальном нагреве 2280-2850°C. Высокой устойчивостью к плавлению среди металлов обладает вольфрам – основной элемент, из которого делают нить накаливания в лампе (начинает плавиться при температурах свыше 3410°C).
Вольфрамовую проволоку сворачивают в спираль, чтобы уменьшить занимаемый объем в колбе, но сохранить при этом площадь излучения. Так, средний показатель температуры для работающей лампы накаливания составляет от 2000 до 2800°C. На практике это означает цветовую температуру от 2200 К, которая передает теплый свет желтоватого оттенка. Лампочки с улучшенной цветностью (около 5700К) излучают дневной свет с меньшим количеством желтого спектра, но для применения в быту не очень годятся: более тусклый свет в вечернее время не отражается на выработке мелатонина (гормон сна) в отличие от яркого.
Вернемся к нити накаливания. Как и любой металл, вольфрам подвержен окислительным процессам. Поэтому для их предотвращения нить размещают в стеклянной колбе – герметичной конструкции, заполненной аргоном (также это может быть азот или криптон). Регулярный нагрев лампочки приводит к постепенному истончению вольфрамовой нитки, но инертный газ создает препятствие в виде давления, что в конечном счете немного продлевает жизнь источника света.
Тело накала монтируют внутри стеклянной колбы на специальные крючки-держатели, изготовленные из молибдена, а через пространство герметичного цоколя подводят электроды. Всего у лампы накаливания существует три вида цоколей (по российским стандартам) – это резьбовые Е14, Е27 и Е40. В основном – это приборы общего назначения и работают с напряжением 220 В (стабильное) и 250 В (повышенное). Такая нехитрая конструкция позволяет получить стандартный свет в теплых желтых оттенках, но есть два минуса – это низкий КПД и короткий срок жизни лампы, но об этом чуть позже.
Кстати - галогенная лампа - это модифицированная лампа накаливания. Только нить накала помещена не в вакуум, а в специальную среду из смеси инертных газов, позволяющих нити накала нагреваться до больших температур и ярче светиться. Вернуться к меню
Начнем с лампочек общего назначения, которые еще обозначают аббревиатурой ЛОН. Это обычные источники света, предназначенные для внутреннего, наружного и декоративного освещения. Лампы производят в форме свечи, привычной груши или шарообразные. Колба источников бывает традиционно прозрачной или окрашенной в различные цвета – от зеленого до красного, что позволяет создать цветовое оформление помещений или зданий.
Они работают от сети 12-220 В, а средний срок жизни укладывается в 1 тысячу часов. Уровень КПД лампы накаливания не превышает 5-процентного рубежа: 95% потребляемой энергии она расходует на выработку тепла, поэтому на создание светового потока энергии остается ничтожно мало.
Следующий вид – этолампы прожекторного типа, мощность которых в разы превосходит стандартные источники и составляет от 500 до 1500 Вт. В основном их используют при освещении больших территорий или дальних расстояний, создавая направленный свет. Это могут быть стандартные прожекторы для освещения улиц, лампы для маяков и кино- и диапроекторов. Вольфрамовая спираль в таких лампах длинная, но расположена компактно, позволяя усилить яркость и фокусировку света.
Еще одна разновидность – это зеркальные лампы накаливания. Ключевое отличие представляет алюминиевое покрытие как отражающий элемент, которым оснащена колба. Вместо прозрачного стекла здесь используют матовое, чтобы добавить световому потоку мягкости и сгладить тени (при контрасте с предметами или объектами). В отечественной светотехнике лампы разделены маркировкой: • ЗК – концентрированный свет; • ЗС – распределение света среднее; • ЗШ – широкое распределение света.
Группу зеркальных лампочек пополняют и неодимовые источники света. Их колбу выдувают из стекла с добавлением окиси неодима, что позволяет нивелировать желтый спектр и достичь высокой цветовой температуры с излучением белых оттенков.
И последняя разновидность, заменившая классическую лампу накаливания – это галогенный источник, который повторяет принцип работы, но отличается большей экономичностью и КПД. Техническое отличие представлено обязательным наличием в колбе галогенной лампы накаливания паров галогенов (соединения брома или йода). Это создает своеобразный буфер: частицы вольфрама вступают в реакцию с газом, после чего снова оседают на проволоку. Амортизация веществ позволяет прибору выдерживать высокие температуры и, соответственно, увеличивать цветовую температуру до 3000 К. Срок жизни галогенной лампы накаливания чуть больше предшественника и составляет 2 тысячи часов. Вернуться к меню
Лампы по этой технологии выпускают в самом широком диапазоне мощностей - от 0,1 вт до 23000 вт. Самая маленькая мощность у индикаторных ламп - например такими подсвечивали раньше панель приборов в автомобилях. Высокая мощность - у ламп для маяков, зенитных прожекторов и световых пушек. И самая большая мощность - у театральных ламп (лидер - компании Osram и General Electric, которые производят лампы мощностью 23000 и 24000 ватт. Задача таких ламп - обеспечить "день" на съёмочной площадке в любое время суток. К слову - световой поток такой лампы 800 тыс.люм, тогда как световой поток самого мощного из выпускаемых в мире светодиодных прожекторов - 400 тыс.люм.
Бытовые лампы производят мощностью от 15 до 1500 Вт, где максимальный рубеж для бытовых приборов составляет 150 Вт, а свыше – используют в промышленной сфере или для прожекторов. Функционально бытовые лампы можно разделить на три группы: 1. Приборы в колбе из прозрачного стекла. Они обеспечивают полную светопередачу. 2. В колбе из матового стекла. Поток света снижен на 3%. 3. В колбе белого цвета (или опаловые). Поток света снижен на 20%.
Лампочка мощностью 150 Вт производит поток света с пиковым значением в 2200 Лм, хотя в обиходе наиболее распространены устройства меньшей мощности – от 40 до 60 Вт, что составляет порядка 450-700 Лм. Такой выбор легко объясняется конструкцией светильников, которые не рассчитываются на большую электрическую мощность из одной точки.
Ввиду малой экономичности и низкого показателя пожарной безопасности, в 2011 Россия приняла постановление о запрете выпуска ламп накаливания 100 Вт и выше. Поэтому сегодня на рынке осветительной техники часто можно увидеть лампы мощностью 90, 95 и даже 97 Вт. Однако и эти источники света в ближайшем будущем канут в лету, поскольку готовится к выпуску очередной запрет на производство приборов свыше 50 Вт.
Примечательно, что высокая мощность лампы накаливания не увеличивает фактической светоотдачи. В этом случае практичнее использовать сразу несколько маломощных лампочек, но получить больший уровень освещенности. Правда, энергоэффективность у традиционных приборов крайне скромная: 10 Лм/1 Вт (для сравнения - у галогенных - 25 люм / вт, люминесцентных - 90 люм /вт, у светодиодных при работе в идеальных условиях - до 150 люм/Вт) Вернуться к меню
Лампы накаливания обладают по-настоящему широким диапазоном рабочих температур, поскольку использовать их можно от -150°C до +500°C (с обязательным учетом уровня влажности и атмосферного давления, где каждый показатель может отличаться в зависимости от сферы применения). Одинаково стабильно эти лампы работают жарким летом или морозной зимой, в помещении и на улице, на высоте стратосферы и тропосферы, где летают пассажирские самолеты, и даже в космосе, где окружающие температуры достигают -270°C.
Лампу накаливания по-прежнему используют в космических аппаратах, в частности – на станции «МИР». Довольно узкая область применения, в которой традиционная лампа не знает себе равных. Дополнительным преимуществом, помимо способности выдерживать столь разные температуры, выступает простота конструкции: этот параметр делает лампочку абсолютно неуязвимой в отношении электромагнитных помех, которые могут привести к нештатным ситуациям на орбите.
Компактные лампочки накаливания используют и на производстве, оснащая рабочую зону токарного станка подсветкой (лампы МО - местного освещения). Здесь лампа хороша тем, что не создает бликов, мерцаний и других искажений, которые могут привести к фатальным последствиям. Например, применение люминесцентной подсветки создает стробоскопический эффект или зрительную иллюзию, поэтому токарь может увидеть патрон станка остановленным в то время, как он продолжает движение. Последствия такого видения непредсказуемы.
Специальные лампочки компактных размеров монтируют в духовки и микроволновые печи, холодильники и швейные машины. Их оснащают резьбовым цоколем Е14 и штырьковым G9, а номинальная мощность варьируется от 15 до 40 Вт. Такие лампы практично и выгодно использовать в бытовых приборах, поскольку при небольших габаритах они создают комфортную подсветку рабочей зоны, а обходятся очень дешево. Вернуться к меню
Основные достоинства классического источника света – это низкая стоимость и компактные размеры, благодаря чему лампы применяют в бытовой, профессиональной и узкопрофессиональной сферах деятельности. Технические плюсы: • минимальная чувствительность к сетевым перепадам; • мгновенное включение и выключение света; • незаметный для зрения коэффициент мерцаний; • устойчивость к высоким и низким температурам; • не содержат ртути и другие вредных соединений; • не создают постороннего шума и радиопомех; • устойчивы к электромагнитным импульсам.
Теперь о недостатках, которые в основном состоят из короткой жизни и низкого КПД. Лампочки живут от 1 до 2 тысяч часов и производят больше тепла, чем света. Излишки тепла в отдельных случаях не отвечают пожарной безопасности при использовании мощных ламп накаливания, а применять их в освещении жилых или общественных зданий, а также уличных участков не экономично. Для этих целей практично устанавливать современные светодиодные или люминесцентные аналоги: они в несколько раз экономичнее устаревшего «собрата», а их КПД до 90% выше. Вернуться к меню