Общие сведения о лампах накаливания

В качестве источников искусственного света в настоящее время используются два типа ламп – лампы накаливания и газоразрядные лампы.

Лампы накаливания относятся к источникам света теплового излучения, где проводник раскаляется под действием тока до высокой температуры и начинает светиться в видимом диапазоне. Часть потребляемой энергии превращается в излучение, все остальное теряется в результате теплопроводности и конвекции, причем только малая доля излучения лежит в области видимого света, основная доля приходится на инфракрасное излучение.

Лампы накаливания излучают желто-красный спектр, который по составу приближен к дневному свету. Для полностью идентичного излучения следует разогреть тело накаливания до 5500°C (температура поверхности Солнца), однако такая температура недостижима, поскольку любой существующий материал плавится, разрушается и перестает проводить электрический ток. В современных лампах применяют материалы с максимальными температурами плавления – вольфрам (3410°C) и значительно реже осмий (3045°C).

Лампы накаливания по конструкции делятся на:

- вакуумные – лампы малой мощности, где из колбы для предотвращения окисления вольфрама откачан воздух;

- газонаполненные – более мощные лампы, в которых для уменьшения испарения спирали в колбе создано избыточное давление инертных газов (азота, аргона или криптона);

- безспиральные с криптоново-ксеноновым наполнением – тело накаливания имеет вид ленты, а в колбе создано избыточное давление инертных газов;

- зеркальные лампы-светильники – предназначены для создания потока рассеянного света;

- с иодным циклом – лампы большой мощности, в колбы которых вводятся пары иода для увеличения температуры спирали и предотвращения распыления вольфрама.

Конструкции ламп накаливания весьма разнообразны и зависят от назначения, однако все они имеют общие элементы. На рис. 3.1 показана конструкция лампы накаливания.

В зависимости от типа лампы могут изготавливаться без цоколя или с цоколем различных типов, иметь дополнительную внешнюю колбу, другие конструктивные элементы.

В конструкции ламп общего назначения предусматривается предохранитель из ферроникелеевого сплава в цепи одного из электродов в ножке лампы. Его назначение – предотвратить разрушение колбы при обрыве нити накаливания, ведь в зоне разрыва возникает электрическая дуга, которая расплавляет остатки нити и может разрушить стекло колбы, приведя к пожару. Предохранитель при возникновении дуги разрушается, а дуга гаснет.

Рис. 3.1 – Конструкция лампы накаливания: 1 – колба; 2 – полость колбы; 3 – тело накаливания; 4, 5 – электроды; 6 – держатели тела накаливания; 7 – ножка лампы; 8 – предохранитель; 9 – корпус цоколя; 10 – изолятор цоколя (стекло); 11 — контакт цоколя

Большинство современных ламп наполняются химически инертными газами. Потери мощности на теплопроводность уменьшают подбором газа с большой молярной массой. Смеси азота N₂ (μ = 28 г/моль) с аргоном Ar (μ = 40 г/моль) наиболее распространены в силу малой себестоимости, также применяют чистый осушенный аргон, реже – криптон Kr (μ = 84 г/моль) и ксенон Xe (μ = 131,3 г/моль).

К достоинствам ламп накаливания относятся налажено массовое производство, малая стоимость, небольшие размеры и возможность включения в сеть освещения без дополнительных устройств. Они нечувствительны к действию ионизирующего излучения, имеют только активное сопротивление, быстрый выход на рабочий режим, нечувствительны к изменению напряжения в сети, безвредны (отсутствие потребностей в утилизации). Работают на любом роде тока, нечувствительные к полярности напряжения, имеют незначительные пульсации яркости и шумы при работе на переменном токе, непрерывный спектр излучения.

К недостаткам ламп накаливания следует отнести низкую световую отдачу (7...20 лм/Вт), небольшой срок службы (от 5 часов для фар самолета и до 2500 часов обычных ламп), хрупкость, чувствительность к ударам и вибрациям, скачок тока в 10 раз при включении или выключении, возможность взрыва баллона при разрыве нити, пожарную опасность. К тому же лампы накаливания имеют очень низкий КПД, который редко превышает 4 %.

В связи с необходимостью экономии электроэнергии и сокращения выбросов углекислого газа в атмосферу во многих странах введен или планируется к вводу запрет на производство, закупку и импорт ламп накаливания с целью вынуждения потребителей к их замене на энергосберегающие лампы.