Лампа накаливания. Лампа накаливания
 Скачать 344.17 Kb.
|
|
Лампа накаливания  Ла́мпа нака́ливания — искусственный источник света, в котором свет испускает тело накала, нагреваемое электрическим током до высокой температуры. В качестве тела накала чаще всего используется спираль из тугоплавкого металла (обычно — вольфрама) либо угольная нить. Чтобы исключить окисление тела накала при контакте с воздухом, его помещают в вакуумированную либо заполненную инертными газами или парами колбу.Принцип действия  Лампа накаливания В лампе накаливания используется эффект нагревания тела накаливания при протекании через него электрического тока (тепловое действие тока). Температура тела накаливания повышается после замыкания электрической цепи. Любые тела испускают электромагнитные тепловые волны в соответствии с законом Планка. Спектральная плотность мощности излучения (Функция Планка) имеет максимум. Для получения видимого излучения необходимо, чтобы температура излучающего тела превышала 570 °C (температура начала красного свечения, видимого человеческим глазом в темноте). Для зрения человека оптимальный, физиологически самый удобный спектральный состав видимого света отвечает излучению абсолютно чёрного тела с температурой поверхности фотосферы Солнца 5770 K. Однако неизвестны твердые вещества, способные без разрушения выдержать температуру фотосферы Солнца, поэтому рабочие температуры нитей ламп накаливания лежат в пределах 2000—2800 °C. В телах накаливания современных ламп накаливания применяется тугоплавкий и относительно недорогой вольфрам (температура плавления 3410 °C), рений (температура плавления ниже на 236 °C, но выше прочность при пороговых температурах) и очень редко осмий (температура плавления 3045 °C). Поэтому спектр ламп накаливания смещён в красную часть спектра. Только малая доля электромагнитного излучения лежит в области видимого света, основная доля приходится на инфракрасное излучение. Чем меньше температура тела накаливания, тем меньшая доля энергии, подводимой к нагреваемой проволоке, преобразуется в полезное видимое излучение, и тем более «красным» кажется излучение. Для оценки физиологического качества светильников используется понятие цветовой температуры. При типичных для ламп накаливания температурах 2200—2900 K излучается желтоватый свет, отличный от дневного. В вечернее время «тёплый» (T <3500 K) свет более комфортен для человека и меньше подавляет естественную выработку мелатонина, важного для регуляции суточных циклов организма. Конструкция  Конструкции ламп весьма разнообразны и зависят от назначения. Однако общими являются тело накала, колба и токовводы. В зависимости от особенностей конкретного типа лампы, могут применяться держатели тела накала различной конструкции. Крючки-держатели тела накала ламп накаливания (в том числе ламп накаливания общего назначения) изготовляются из молибдена. Лампы могут изготавливаться бесцокольными или с цоколями различных типов, иметь дополнительную внешнюю колбу и иные дополнительные конструктивные элементы.Плавкий предохранитель  Конструкция современной лампы накаливания. На схеме: 1 — колба; 2 — полость колбы (вакуумированная или наполненная газом); 3 — тело накала; 4, 5 — электроды (токовые вводы); 6 — крючки-держатели тела накала; 7 — ножка лампы; 8 — внешнее звено токоввода, предохранитель; 9 — корпус цоколя; 10 — изолятор цоколя (стекло); 11 — контакт донышка цоколя. В конструкции ламп накаливания общего назначения предусматривается плавкий предохранитель — утоньшённый участок токовывода от тела накала из ковара, и расположенное вне герметичной колбы лампы — как правило, в стеклянной ножке. Назначение предохранителя — предотвратить разрушение колбы при обрыве нити накала в процессе работы и в момент включения. При этом в зоне разрыва тела накала возникает электрическая дуга, которая расплавляет остатки металла тела накала, капли расплавленного металла могут разрушить стекло колбы и вызвать пожар. Предохранитель рассчитан таким образом, чтобы при возникновении дуги он разрушался током дуги, который существенно превышает номинальный ток лампы. Проволочка предохранителя находится в полости, где давление равно атмосферному, а потому дуга, возникающая при плавлении предохранителя легко, гаснет. Колба Принятые в европейских странах буквенные обозначения колб ламп накаливания (а также других типов электроламп имитирующих их) в зависимости от их формы. Не следует путать с обозначениями типа цоколя, к примеру, как E27, G4 и т. д. Стеклянная колба защищает тело накала от воздействия атмосферных газов. Размеры колбы определяются скоростью осаждения материала тела накала. В зависимости от типа лампы используются различные виды стекла. Для изготовления колб ламп накаливания и люминесцентных ламп обычно используют натриево-кальциевое силикатное стекло. В высокотемпературных лампах используют боросиликатное стекло, в то время как в газоразрядных лампах высокого давления — либо кварц, либо керамику для дуговой трубки и боросиликатное стекло для наружного баллона. Свинцовое стекло (содержащее от 20 % до 30 % свинца) обычно используется для герметизации концов ламповых баллонов. Вольфрамово-галогенные лампы. Вместо стеклянных используются колбы из кварцевого стекла, выдерживающие более высокие температуры. Однако кварцевые колбы потенциально опасны для глаз и кожи, так как кварцевое стекло хорошо пропускает ультрафиолетовое излучение. Несмотря на то, что вольфрамовое тело накала испускает относительно мало ультрафиолетовых лучей, длительное воздействие на небольшом расстоянии может привести к покраснению кожи и раздражению глаз. Дополнительная внешняя колба из обычного стекла задерживает ультрафиолетовое излучение, чем значительно снижает его вредное действие, а также обеспечивает защиту от осколков горячей кварцевой колбы в случае разрушения лампы во время её работы. Газовое наполнение Колбы первых ламп были вакуумированы. Большинство современных ламп наполняются химически инертными газами (кроме ламп малой мощности, которые по-прежнему делают вакуумными). Потери тепла через газ за счёт теплопроводности уменьшают путём выбора газа с большой молярной массой. Смеси азота N2 с аргоном Ar являются наиболее распространёнными в силу малой стоимости, также применяют чистый осушенный аргон, реже — криптон Kr или ксенон Xe. Особой группой являются галогенные лампы накаливания. Принципиальной их особенностью является введение в полость колбы галогенов или их соединений. В такой лампе испарившийся с поверхности тела накала металл в холодной зоне лампы вступает в соединение с галогенами, образуя летучие галогениды. Галогениды металла разлагаются на раскалённом теле накаливания на металл и галоген, таким образом возвращая на тело накала испарившийся металл и освобождая галоген, таким образом происходит непрерывная циркуляция металла. Эта мера продлевает срок службы лампы и позволяет увеличить рабочую температуру. Тело накала Формы тел накала весьма разнообразны и зависят от функционального назначения ламп. Наиболее распространённым является проволока круглого поперечного сечения, однако находят применение и ленточные тела накала из тонкой металлической ленты. Поэтому использование выражения «нить накала» нежелательно — более правильным является термин «тело накала», включённый в состав Международного светотехнического словаря. В лампах общего назначения тело накала закреплено в форме половины шестиугольника для равномерности светового потока по направлениям. В современных лампах применяются почти исключительно спирали из вольфрама (температура плавления 3422 °C), иногда осмиево-вольфрамового сплава. Для уменьшения размеров тела накала ему обычно придаётся форма спирали, иногда спираль подвергают повторной или даже третичной спирализации, получая соответственно биспираль или триспираль. КПД таких ламп выше за счёт уменьшения теплопотерь из-за конвекции. Цоколь Форма цоколя с резьбой обычной лампы накаливания была предложена Джозефом Уилсоном Суоном. Размеры цоколей стандартизованы. У ламп бытового применения наиболее распространены цоколи Эдисона E14 (миньон), E27 и E40 (число обозначает наружный диаметр в мм). В последнее десятилетие (на 2018 год) произошёл переход на использование алюминия, как материала для цоколя, взамен ранее применяемой плакированной цинком стали. Эти цоколи не совместимы в достаточной мере со стандартными патронами, содержащими латунные контактные лепестки. Особенно в условиях высокой влажности, но и внутри сухих помещений, происходит постепенное нарушение контакта и в последней стадии этого процесса возникает дуга, нередко прожигающая цоколь. Мягкость алюминия вызывает подмятие резьбовой части и заклинивание, а также врезание контактов патрона в алюминий цоколя, и в дальнейшем их поломку. Неизвестно, каким образом эта технология прошла, как допустимая к применению, эффект имеет повышенную пожароопасность, провоцирует разрушение колбы и в некоторых случаях вызывает разбрызгивание капель расплавленного дугой металла. При этом, у аналогичных энергосберегающих ламп, даже низшей ценовой категории, встречаются исключительно цоколи из гальванизированной латуни (как у ламп накаливания для ответственных применений). По стандартам СССР лампы с жестяными цоколями (из гальванически покрытой для защиты от коррозии стальной жести) выпускают редкие заводы и небольшими партиями, контакт с таким цоколем в стандартном патроне не нарушается в течение очень длительного времени, как при частых и длительных включениях светильника, так и при больших перерывах в работе. Также встречаются цоколи без резьбы (удержание лампы в патроне происходит за счёт трения или нерезьбовыми сопряжениями — например, байонетным) — британский бытовой стандарт, а бесцокольные лампы, часто применяемые в автомобилях.  Резьбовые цоколи являются самым распространенным видом цоколей, они встречаются почти во всех типах ламп, от ламп накаливания до светодиодных ламп. Наиболее распространенным типом резьбового цоколя является цоколь Е27, который применяется в большинстве бытовых ламп, так же в быту часто встречается и цоколь Е14, он может применяться как в люстрах, так и в потолочных светильниках. В свою очередь цоколь Е40 применяется в мощных лампах применяемых, как правило, для уличного освещения. |