Лампа как работает


Лампа накаливания: как работает, как выбрать, подключение

Чтобы продлить срок службы лампочки (а заодно и сэкономить на электричестве) можно подключить ее через диод. При выборе диода необходимо обратить внимание на такие его параметры, как максимальный прямой ток (+ в импульсе) и максимальное обратное напряжение. Чтобы облегчить задачу и не просчитывать все параметры, приведем табличку:

Для сборки конструкции понадобится:

  • 1 работающая лампочка Е27
  • 1 неработающая лампочка Е27 (или цоколь от нее);
  • диод;
  • паяльник.

Процесс сборки. Припаиваем диод к пятачку на цоколе рабочей лампочки. Аккуратно отделяем цоколь от сгоревшей лампочки, делаем в нем отверстие и продеваем сквозь него вторую «ножку» диода. Выведенный конец припаиваем к месту выведения, затем спаиваем между собой оба цоколя.

Более простой способ: подсоединить диод одним концом к клемме выключателя, а другим – к проводу, который ведет к лампочке.

Как диод продлевает срок службы лампочки накаливания?

В большинстве случаев нить накала перегорает в момент подачи питания (включения тумблера) из-за слишком быстрого нагревания холодной спирали. Полупроводниковый диод уменьшает ток и позволяет вольфраму нагреваться постепенно, с меньшей скоростью. Лампочка начинает заметно мерцать, так как ток проходит полуволнами.

inbyli.ru

Как работает лампа

May 20, 2015

Лампа – устройство, используемое для создания искусственного освещения. Самым распространенным видом лампы является электрическая лампа накаливания. Благодаря своей дешевизне и долговечности этот источник освещения незаменим во всем мире уже не одно столетие.

Лампы накаливания производятся в широком диапазоне размеров, яркости и рабочего напряжения. Они не требуют внешней регулирующей аппаратуры, имеют низкие производственные издержки и одинаково хорошо работают как от переменного, так и от постоянного тока. В результате лампа накаливания широко используется в быту и коммерческом освещении, портативном освещении, таком как светильники, автомобильные фары и ручные фонарики, а также для декоративной и рекламной подсветки.

Несколько тысяч лет назад единственным источником освещения (не считая естественного солнечного света) был огонь. Для освещения использовали костры, факелы, лучины (горящие деревянные щепки). Примерно в 2500 годах до н.э. появились первые лампы. Это были глиняные сосуды заполненные маслом или животным жиром. В масло опускался сплетенный из волокон фитиль. Такая лампа издавала тусклый свет и могла проработать несколько часов. Примерно к 1500 году до н.э. появились первые свечи из воска и сала.

Масляные лампы были предшественниками электрических. Они состояли из резервуара, в котором содержалось легковоспламеняющееся масло. В емкость помещался плетеный фитиль, вершина которого выходила наружу через отверстие в верхней части резервуара. Фитиль пропитывался маслом до самого верха, где он поджигался. Пока фитиль пропитан маслом, сам он гореть не будет, а буден выгорать масло, содержащееся в фитиле. Таким образом, лампа будет светить до тех пор, пока не выгорит все масло.

Первые газовые лампы относятся к 18 веку. В это время был запатентован первый газовый светильник, а в 1798 году, в Англии появились уличные газовые фонари. В России уличное освещение при помощи газовых фонарей было введено в эксплуатацию в 1839 году. Керосиновую лампу начали использовать с начала 19 века.

В 1802 году Хэмфри Дэви создал первый прототип лампы накаливания. Это было устройство, в котором ток пропускался через тонкую полоску платины. Этот металл был выбран из-за высокой температуры плавления. Прототип не был готов для практического применения, свет был тусклым и работало устройство не достаточно долго, но он дал толчок для работы множества экспериментаторов.

За первые три квартала 19 века многие изобретатели работали с различными комбинациями проводников из платины или иридия, углеродных стержней и различными изолированными или полуизолированными корпусами. Многие из этих устройств были продемонстрированы, а некоторые из них запатентованы.

В 1840 году британский ученый Уорен де ла Рю пропустил электрический ток через платиновую спиральную нить, находящуюся в вакуумной трубке. Проект был основан на концепции, что температура плавления платины позволяет работать устройству длительное время при высоких температурах, а низкое содержание молекул газа в вакуумной трубке еще больше повышают его долговечность. Несмотря на работоспособность прототипа, высокая стоимость платины делала его непрактичным для коммерческого использования.

В 1841 году в Англии был выдан первый патент на лампу накаливания с использованием платиновой проволоки, находящейся в вакуумной трубке. В 1845 году американец Джон Веллингтон Старр получил патент на лампу накаливания с применением углеродных волокон. Эти изобретения также не нашли коммерческого применения.

В 1874 году русский изобретатель Александр Николаевич Лодыгин запатентовал лампу с двумя угольными стержнями в герметичной стеклянной колбе заполненную азотом. Позже, эмигрировав в США, Лодыгин получил несколько патентов на лампы накаливания с применением нитей из хрома, иридия, рутения, осмия, молибдена и вольфрама. Вариант с молибденовой нитью был продемонстрирован на Всемирной выставке в 1900 году.

Томас Эдисон начал основательные исследования по усовершенствованию ламп накаливания с возможностью их практического применения в 1878 году. После многих экспериментов, сначала с углеродом, а затем с платиной и другими металлами, в конце концов, Эдисон вернулся к угольной нити. Первое успешное испытание состоялось 22 октября 1879 года, лампа проработала 13,5 часов. Продолжив усовершенствовать свою конструкцию 4 ноября 1879 года, Эдисон запатентовал электрическую лампу с использованием углеродной спирали с платиновыми контактами. Дальнейшая работа над улучшением изобретения позволила довести срок работы лампы до 1200 часов. В 1880 году лампы Эдисона были впервые применены на практике на пароходе Колумбия.

13 декабря 1904 года Шандор Просто и Франьо Ханаман получили патент на лампу с вольфрамовой нитью. Эта лампа работала намного дольше, чем аналог с углеродной нитью и давала более яркий свет. В том же году эти лампы появились на европейском рынке под торговой маркой венгерской компании Tungsram. Впоследствии эксперименты показали, что яркость ламп намного выше в инертном газе, чем в вакууме. Со временем, вольфрамовая нить вытеснила все другие аналоги.

В 1906 году компания General Electric запатентовала способ изготовления нитей из спеченного вольфрама, а в 1911 году получила патент на использование пластичной вольфрамовой проволоки для ламп накаливания.

В настоящее время лампа накаливания является самым дешевым и наиболее распространенным источником искусственного света. Она состоит из герметичной стеклянной колбы, из которой окачен воздух и закачено небольшое количество инертного газа. В более старых образцах ламп использовался исключительно вакуум. Колба защищает тело накала (спираль) от воздействия атмосферных газов. В основание колбы припаивается контактная группа (цоколь), через которую внутрь колбы подается электрический ток. Непосредственно внутри колбы расположено тело накала – спираль (нить) из чистого вольфрама или осмиево-вольфрамового сплава, к противоположным концам которой подается электрическое напряжение. В среде с низким содержанием кислорода вольфрам, при прохождении через него электрического тока, сильно раскаляется, излучая свет и тепло. По сути, это конструкция, которую запатентовал Томас Эдисон.

Механику того, как работает лампочка становится ясной, если понять атомную реакцию, которая создает свет. Каждый атом вольфрама, из которого сделано тело накала, имеет электроны, вращающиеся вокруг ядра. Поток свободных электронов, врезаясь в орбитальные электроны, увеличивают их орбиту и скорость, способствуя повышению температуры атома. В конце концов, орбитальные электроны стремятся к состоянию спокойствия и уменьшения их орбиты до изначального уровня, но при этом они должны избавиться от избыточной энергии. Эта избыточная энергия принимает форму фотона, который и является светом в общедоступном понимании. Многие из фотонов, испускаемых вольфрамовой нитью электрической лампочки находятся в ультрафиолетовом диапазоне и не видимы человеческому глазу. Более яркие и видимые фотоны испускаются при нагреве нити до очень высоких температур.

Люминесцентные лампы – это газоразрядная группа электрических лам. Они представляют собой стеклянные трубки, заполненные небольшим количеством ртути. Внутри трубки создается среда низкого давления, в результате чего происходит расширение и преобразование ртути в газообразное состояние. Вот почему люминесцентные лампы также известны как ртутные. К противоположным концам лампы подается электрический ток. Электроны, проходя через трубку, взаимодействует с молекулами ртути, приводя их в состояние возбуждения. Электроны возвращаются в нормальное состояние, высвобождая дополнительную энергию в виде света.

lab-37.com

Устройство электрической лампы накаливания

Нагретое электрическим током тело может, оказывается, не только излучать тепло, но и светиться. Первые источники света функционировали именно на этом принципе. Рассмотрим, как работает лампа накаливания – самый массовый осветительный прибор в мире. И, хотя его со временем предстоит полностью заместить на компактные люминесцентные (энергосберегающие) и светодиодные источники света, без этой технологии человечеству еще долго не обойтись.

Конструкция лампы накаливания

Основным элементом лампочки является спираль из тугоплавкого материала – вольфрама. Для увеличения ее длины и, соответственно, сопротивления, она скручена в тонкую спираль. Это не видно невооруженным глазом.

Спираль укреплена на поддерживающих элементах, крайние из которых служат для присоединения ее концов к электрической цепи. Они изготовлены из молибдена, температура плавления которого выше температуры разогретой спирали. Один из молибденовых электродов соединяется с резьбовой частью цоколя, а другой – с его центральным выводом.

Молибденовые держатели удерживают вольфрамовую спираль

Из колбы, сделанной из стекла, выкачан воздух. Иногда внутрь вместо воздуха закачивают инертный газ, например, аргон или его смесь с азотом. Это необходимо для снижения теплопроводности внутреннего объема, в результате чего стекло менее подвержено нагреву. Дополнительно эта мера препятствует окислению нити накала. При изготовлении лампы воздух выкачивается через часть колбы, скрытую затем цоколем.

Принцип работы лампы накаливания основан на разогреве электрическим током ее нити до температуры, при которой она начинает излучать свет в окружающее пространство.

Лампы накаливания можно изготовить на мощность от 15 до 750 Вт. В зависимости от мощности применяются разные типы резьбовых цоколей: Е10, Е14, Е27 или Е40. Для декоративных, сигнальных и ламп подсветки используются цоколи ВА7S, ВА9S, ВА15S. Такие изделия при установке втыкаются внутрь патрона и поворачиваются на 90 градусов.

Помимо обычной, грушеобразной формы, выпускаются и декоративные лампы, у которых колба выполняется в форме свечи, капли, цилиндра, шара.

Лампа с колбой, не имеющей покрытия, светится желтоватым светом, по составу наиболее напоминающим солнечный. Но при нанесении на внутреннюю поверхность стекла специальных покрытий она может стать матовой, красной, желтой, синей или зеленой.

Интерес представляет устройство зеркальной лампы накаливания. На часть ее колбы нанесен отражающий слой. В результате, за счет отражения от него, световой поток перераспределяется в одном направлении.

Достоинства ламп накаливания

Самым важным плюсом в пользу применения лампочек накаливания является простота их изготовления и, соответственно, цена. Проще осветительного прибора придумать невозможно.

Лампы изготавливают на широкий диапазон мощностей и габаритных размеров. Все остальные современные источники света содержат устройства, преобразующие напряжение питания в необходимую для их работы величину. Хотя их и ухитряются впихнуть в стандартные габаритные размеры лампочки, но при этом усложняется конструкция, увеличивается количество деталей в составе устройства. А это не всегда улучшает показатели стоимости и надежности. Схема же включения лампы накаливания не требует никаких дополнительных элементов.

Светодиодные лампы вытеснили обычные из портативных устройств: переносных источников света, питающихся от батареек и аккумуляторов. При той же светоотдаче они потребляют меньший ток, а габаритные размеры светодиода еще меньше, чем лампочек, использующихся ранее в фонариках. Да и в составе елочных гирлянд они работают успешнее.

Стоит отметить еще одно достоинство, присущее лампочкам накаливания – их спектр свечения наиболее близок к солнечному, чем у всех остальных искусственных источников света. А это – большой плюс для зрения, ведь оно адаптировано именно к солнцу, а не монохромным светодиодам.

Из-за тепловой инерции разогретой нити накала свет от нее практически не пульсирует. Чего нельзя сказать об излучении от остальных устройств, особенно люминесцентных, использующих в качестве пускорегулирующего устройства обычный дроссель, а не полупроводниковую схему. Да и электроника, особенно дешевая, не всегда подавляет пульсации от сети должным образом. От этого тоже страдает зрение.

Но не только здоровью может повредить пульсирующий характер работы полупроводниковых устройств, использующихся в современных лампочках. Массовое их применение приводит к резкому изменению формы потребляемого от сети тока, что сказывается в итоге и на форме напряжения. Она настолько изменяется по отношению к изначальной (синусоидальной), что это сказывается на качестве работы других электроприборов в сети.

Недостатки ламп накаливания

Существенный недостаток лампочек накаливания, сокращающий их срок службы – зависимость его от величины питающего напряжения. При повышении напряжения износ нити накала происходит быстрее. Выпускают лампы на разные величины этого параметра (вплоть до 240 В), но при номинальном значении они светят хуже.

Понижение напряжения приводит к резкому изменению интенсивности свечения. А еще хуже воздействуют на осветительный прибор его колебания, при резких скачках лампа может и перегореть.

Но самое худшее – то, что нить накала рассчитана на длительную работу в нагретом состоянии. При нагревании ее удельное сопротивление увеличивается. Поэтому в момент включения, когда нить холодная, ее сопротивление намного меньше того, при котором происходит свечение. Это приводит к неизбежному скачку тока в момент зажигания, приводящему к испарению вольфрама. Чем больше количество включений – тем меньше проживет лампа.

Исправить ситуацию помогают устройства для плавного запуска или диммеры, позволяющие регулировать яркость свечения в широких пределах.

Самым главным недостатком лампочек накаливания считается их низкий коэффициент полезного действия. Подавляющая часть электроэнергии (до 96 %) расходуется на бесполезный нагрев окружающего воздуха и излучение в инфракрасном спектре. С этим поделать ничего нельзя – таков принцип действия лампы накаливания.

Ну и еще: стекло колбы легко разбить. Но в отличие от компактных люминесцентных, содержащих внутри небольшое количество паров ртути, разбитая лампа накаливания кроме возможного пореза ничем владельцу не угрожает.

Галогенные лампы

Причиной перегорания лампы накаливания является постепенное испарение фольфрама, из которого сделана нить. Она становится тоньше, а затем очередной скачок тока при включении расплавляет ее в самом тонком месте.

Этот недостаток призваны устранить галогенные лампы, заполняемые парами брома или йода. При горении испаряющийся вольфрам вступает в соединение с галогеном. Получившееся вещество не способно осаждаться на стенках колбы или других, относительно холодных, внутренних поверхностях.

Вблизи же нити накала вольфрам под действием температуры извлекается из соединения и возвращается на место.

Применением галогенов решается еще одна задача: температуру спирали можно поднять, увеличивая световую отдачу и уменьшить размеры осветительного прибора. Поэтому при той же мощности габариты галогенных ламп оказываются меньше.

Загрузка...Понравилась статья? Поделитесь:

voltland.ru

Устройство и принцип действия лампы накаливания

Всем привет. Рад вас видеть у себя на сайте. Тема сегодняшней статьи: устройство лампы накаливания. Но для начала хотелось бы сказать пару слов об истории этой лампы.

Самую первую лампочку накаливания придумал английский учёный Деларю ещё в 1840 году. Она была с платиновой спиралью. Немного позже, в 1854 году, немецкий учёный Генрих Гёбель представил лампу с бамбуковой нитью, которая находилась в вакуумной колбе. В то время ещё очень много было представленных различных ламп, различными учёными. Но все они имели очень короткий срок службы, и были не эффективными.

В 1890 году учёный Лодыгин А. Н. впервые представил лампу, у которой нить накаливания была из вольфрама, и имела вид спирали. Так же этот учёный делал попытки откачивания из колбы воздуха, и заполнение её газами. Что значительно увеличивало срок службы ламп.

А вот серийное производство ламп накаливания началось уже в 20 веке. Тогда это был реальный прорыв в технологии. Сейчас же, в наше время, многие предприятия, и просто обычные люди отказываются от этих ламп из-за того, что они много потребляют электроэнергии. А в некоторых странах даже запретили выпускать лампы накаливания, мощностью которых более 60 Ватт.

Устройство лампы накаливания.

Такая лампа состоит из следующих деталей: цоколь, колба, электроды, крючки для держания нити накаливания, нить накаливания, штенгель, изолирующий материал, контактная поверхность.

Для того, чтобы вам было более понятно, я сейчас напишу про каждую деталь отдельно. Так же смотрите рисунок и видео.

Колба – изготавливается из обычного стекла и нужна для защиты нити накаливания от внешней среды. В неё вставляется штенгель с электродами и крючками, которые держат саму нить. В колбе специально создаётся вакуум, или она заполняется специальным газом. Обычно это аргон, так как он не поддается нагреванию.

С той стороны, где находятся вывода электродов, колба заплавляется стеклом и приклеивается к цоколю.

Цоколь нужен для того, чтобы лампочку можно было вкрутить в патрон. Обычно он изготовляется из алюминия.

Нить накаливания – деталь, которая излучает свет. Изготавливается в основном из вольфрама.

А теперь для закрепления своих знаний, предлагаю вам посмотреть очень интересное видео, в котором рассказывается, и показывается, как делаются лампы накаливания.

Принцип действия.

Принцип действия лампы накаливание основывается на нагревании материала. Ведь не зря нить накаливания имеет такое название. Если пропустить через лампочку электрический ток, то вольфрамовая нить накаляется до очень высокой температуры и начинает излучать световой поток.

Не расплавляется нить, потому что вольфрам имеет очень высокую температуру плавления, где-то 3200—3400 градусов Цельсия. А при работе лампы нить накаляется где-то до 2600—3000 градусов Цельсия.

Преимущества и недостатки ламп накаливания.

Основные преимущества:

Не высокая цена.

Небольшие габариты.

Легко переносят перепады напряжения в сети.

При включении мгновенно зажигается.

Для человеческого глаза практически незаметно мерцание при работе от источника переменного тока.

Можно использовать устройство для регулировки яркости.

Можно использовать как при низких, так и при высоких температурах окружающей среды.

Такие лампы можно выпускать практически на любое напряжение.

В своём составе не содержит опасных веществ, и поэтому не нуждается в специальной утилизации.

Для зажигания лампы не нужно никаких устройств запуска.

Может работать на переменном и на постоянном напряжении.

Работает очень тихо и не создаёт радиопомех.

И это далеко не полный список преимуществ.

Недостатки:

Имеет очень маленький срок службы.

Очень маленький КПД. Обычно он не превышает 5 процентов.

Световой поток и срок службы напрямую зависит от напряжения сети.

Корпус лампы при работе очень сильно нагревается. Поэтому такая лампа считается пожароопасной.

При разрыве нити колба может взорваться.

Очень хрупкая, и чувствительная к ударам.

В условиях вибрации очень быстро выходит со строя.

И в заключение статьи хотелось бы написать об одном удивительном факте. В США в одной из пожарных частей города Ливермор, есть лампа мощностью 60 ватт, которая светиться беспрерывно уже более 100 лет. Её зажгли ещё в 1901 году, а в 1972 году её занесли в Книгу рекордов Гинесса.

Секрет её долговечности в том, что она работает в глубоком недокале. Кстати, работу этой лампы беспрерывно фиксирует вебкамера. Так что кому интересно можете поискать прямую трансляцию в интернете.

На этом у меня всё. Если статья была вам полезной, то поделитесь неё со своими друзьями в социальных сетях и подписывайтесь на обновления. Пока.

С уважением Александр!

fazanet.ru


Смотрите также

Голосование

Оцените наш сайт

  •   
  •   
  •