Принцип роботи і пристрій електричної лампи розжарювання

Сьогодні складно уявити життя людей без електричної лампи. Цей досить простий прилад використовується для освітлення різних приміщень і вулиць. Існує велика кількість видів лампочок, що відрізняються потужністю світіння і принципом роботи. Останнім часом все частіше користувачі звертають увагу на енергозберігаючі пристрої, але і звичайна лампа розжарювання не поспішає здавати позиції.

Принцип дії

Принцип роботи лампи розжарювання досить простий, Як і конструкція цього пристрою. Електрострум проходить через тугоплавкий провідник і розігріває його до високої температури. Слід зауважити, що температура нагріву залежить від підведеної до пристрою напруги. Відповідно до закону Планка, розігрітий провідник здатний генерувати електромагнітні хвилі.

Чим вище температура, тим коротше довжина хвилі випускається випромінювання. Хвилі видимого спектру з'являються при нагріванні провідника до декількох тисяч градусів за шкалою Кельвіна. Якщо спіраль електричної лампочки нагріти до 5000 К, то вона буде світитися нейтральним світлом (аналогічно тому, що випромінює Сонце). У міру зниження температури колір світіння почне змінюватися спочатку на жовтий, а потім на червоний.

У лампах переважна частина енергії трансформується в теплову і лише незначна її кількість перетворюється в світловий потік. Також слід пам'ятати, що органи зору людини здатні сприймати тільки певний діапазон світлових хвиль. Щоб збільшити освітленість приміщення, доводиться підвищувати температуру спіралі. Однак це можливо лише до певного показника, який обмежений властивостями матеріалу провідника.

Таким чином, максимальна температура лампочки становить 3410 градусів за шкалою Цельсія. Подальший нагрів вольфраму призведе до деформації і розплавлення матеріалу. Однак навіть така температура може бути досягнута тільки за певних умов навколишнього середовища. Якщо вольфрам контактує з киснем, то він перетворюється в оксид. Коли з колби викачується повітря, з'явиться можливість створити лампу потужністю максимум в 25 Вт. Більш потужні пристрої містять в колбі інертні гази.

особливості конструкції

Хоча лампи і відрізняються конструкцією, вони мають три загальних елемента – висновки, провідник і скляну колбу. У деяких пристроїв спеціального призначення може бути відсутнім цоколь, так як використовуються власники іншого типу. Також іноді в лампочки вбудовується феронікелевий запобіжник. Найчастіше він монтується в ніжці, тому після виходу з ладу провідника колба не руйнується.

Коли нитка розжарення обривається, з'являється електродуги, яка розплавляє залишки матеріалу. Речовина в розплавленому стані падає на скляну ємність і може порушити її цілісність. Запобіжник здатний запобігти процесу плавлення спіралі. Однак така технологія не отримала широкого поширення через малу ефективність.

Якщо говорити про те, з чого складається лампочка, то необхідно відзначити основні елементи конструкції. До них відносяться:

• колба, виготовлена ​​зі скла;
• випромінює провідник;
• електроди;
• цоколь;
• газове середовище;
• власники випромінює провідника.

Колба і газове середовище

Завдяки скляній ємності нитка розжарення захищена від процесу окислення, що виникає при взаємодії матеріалу випромінюючого провідника з киснем. Перші електричні лампи розжарювання проводилися з вакуумної колбою. Зараз за такою технологією випускаються тільки пристрої малої потужності. Для виробництва більш потужних пристроїв найчастіше використовується азотно-аргонная суміш або один аргон. Також в колбах деяких ламп може міститися ксенон або криптон.Показник теплового випромінювання матеріалу нитки розжарювання залежить від молярної маси газу.

Окремою групою є галогенні лампочки, в скляну ємність яких закачаний газ групи галогенів. При нагріванні матеріал випромінює провідника випаровується і вступає в реакцію з цими газами. Вийшло під час хімічного процесу речовина швидко розщеплюється під впливом високої температури і повертається на нитку розжарення. В результаті не тільки підвищується ККД пристрою, але і збільшується термін його експлуатації.

випромінює провідник

Форма нитки напруження може бути будь-хто і залежить від специфіки пристрою. Найчастіше в звичайній лампочці провідник має круглий перетин, але можна зустріти і стрічкове. Слід зауважити, що в перших лампах використовувався навіть вугілля, Здатний нагрітися до температури 3559 градусів за шкалою Цельсія. Однак в сучасних приладах основним матеріалом нитки розжарювання є вольфрам.

Також цей елемент може бути виготовлений зі сплаву осмію з вольфрамом. Вибір виду спіралі не є випадковим, так як від цього залежать її габарити. В сучасних лампах можуть використовуватися биспирали і навіть тріспіралі. Вони виходять завдяки повторному закручування. Це дозволяє збільшити ККД пристрою завдяки зниженню показника тепловиділення.

цоколь лампи

Цей елемент стандартизований і має певну форму і габарити. В результаті можна легко замінити лампочку після її виходу з ладу. Сьогодні найчастіше використовуються пристрої з цоколем Е14, Е27, а також Е40. Розшифровка цього маркування вкрай проста – цифри після літери Е вказують на зовнішній діаметр елемента.

Так як зараз існує велика кількість видів ламп, то деякі з них відрізняються конструкцією цоколя. Наприклад, є прилади, які утримуються в патроні завдяки силі тертя. Також слід зауважити, що цоколь в пристрої лампи розжарювання виконує наступні функції:

• з'єднує кілька елементів;
• являє собою один з контактів;
• дозволяє надійно кріпити прилад в патроні.

Переваги і недоліки

Всі технічні пристрої мають не тільки переваги, а й недоліки. Лампочки розжарювання не стали винятком.

Позитивні якості

Одним з головних плюсів цих пристроїв є простота конструкції, що робить вартість виробу невисокою. Зараз без зусиль можна придбати прилад бажаної потужності і габаритів. Не менш важливою перевагою класичних електролампочок є спектр світіння їх випромінює елемента. Так як він максимально близький до сонячного світла, то не може негативно впливати на органи зору.

Розігріта нитка розжарення володіє тепловою інерцією, тому що випускається нею світло практично позбавлений пульсації. Це вигідно відрізняє звичайні лампочки розжарювання від виробів іншого типу (наприклад, люмінесцентних ламп). При виробництві цих пристроїв не використовуються шкідливі речовини, завдяки чому для їх утилізації не потрібні спеціальні технології.

негативні властивості

Одним з основних недоліків пристроїв можна вважати залежність від показника напруги живлення. Якщо він збільшується і перевищує допустимі межі, то спіраль швидко зношується. Коли напруга падає, то зменшується і світловий потік, що випромінюється пристроєм.

Крім цього, слід пам'ятати, що випромінюючий елемент призначений для роботи протягом тривалого часового відрізку. Показник опору холодної спіралі значно нижче в порівнянні з робочим режимом.

Через це в момент включення виникає сильний стрибок сили струму, що призводить до випаровування матеріалу нитки напруження. Таким чином, термін служби пристрою залежить від кількості включень.

Однак з цим недоліком можна боротися, використовуючи спеціальні пристрої плавного пуску – диммери.Також з їх допомогою можна регулювати і показник світлового потоку в досить широкому діапазоні.

Найбільш серйозним недоліком ламп розжарювання є низький ККД. Основна частина електроенергії перетворюється в тепло, яке розсіюється в навколишньому середовищі. Зараз все частіше використовуються світлодіодні лампи, що дозволяють економити на електриці.