Что такое лампочка, конструкция и принцип действия

Разновидности ламп накаливания

Классифицируются лампы накаливания исходя из их конструкционных особенностей и сферы применения.

Общего и местного назначения – самая многочисленная группа. Лампы общего вида используются при организации основного освещения бытовых, промышленных и общественных помещений. Основным отличием устройств местного назначения является пониженное напряжения источника питания. Поэтому чаще всего их используют в переносных светильниках, для освещения рабочего места и т. д.;

Декоративные отличаются разнообразием размеров, форм и расположением спирали. Такие лампы накаливания обрели популярность в последнее время благодаря неординарному внешнему виду. Чаще всего их используют в дизайн-проектах в качестве декоративного элемента.

Иллюминационные виды ламп накаливания отличаются небольшим рабочим напряжением. Как правило, у них цветная колба, окрашенная изнутри (реже снаружи) неорганическим пигментом. Палитра красок самая разнообразная и зависит от цели использования. Чаще всего применяются в иллюминационных устройствах. Но эффективная цветопередача сохраняется недолго – под воздействием высокой температуры пигмент «выгорает» и теряет первоначальную яркость.

Иллюминационная лампа накаливания.

Сигнальные постепенно становятся историей. Все чаще их заменяют светодиодные элементы. Разрабатывался этот вид ламп накаливания для разнообразных светосигнальных устройств.

Сигнальная лампа.

Зеркальные имеют колбу своеобразной формы. Ее разрабатывали с таким расчетом, чтобы световой поток имел определенную направленность. Препятствует рассеиванию и способствует фокусировке специальное алюминиевое покрытие. Оно наносится изнутри, оставляя не закрашенным определенный участок колбы (как правило верхний), через который и будет выходить луч света. Используется в местах где необходимо организовать направленное освещение.

Лампf накаливания зеркальные (ЗК).

Транспортные лампы используются в самых разнообразных ТС. Их конструкция и технические характеристики соответствуют условиям эксплуатации. Такие осветительные элементы отличаются повышенной прочностью и вибрационной устойчивостью. Устройство цоколя позволяет быстро сменить вышедшую из строя лампу на новую. Рассчитаны на работу от электросети транспортного средства. Основные виды таких элементов используются в осветительных приборах авто- и мототранспорта, на тракторной технике, самолетах и вертолетах, на морских и речных судах.

Отдельно в этой категории стоят двухнитевые лампы накаливания. В них имеются две спирали, что позволяет в некоторых ситуациях использовать вместо двух один элемент освещения. Например, фары автомобиля (переключение с ближнего на дальний или с габаритов на стоп-сигналы), ж/д светофоры и т. д.

Лампа накаливания, 12V, 21/5W, BAY15d, МАЯК, 61215, двухнитевая с большим цоколем.

Отдельную группу составляют галогенные лампы накаливания. Использование галогенов позволило значительно уменьшить габариты конструкции при повышении светоотдачи. По этой технологии изготавливаются элементы для общего освещения, инфракрасных облучателей, кино- и телеоборудования, прожекторов и пр.

Характеристики ламп накаливания

Характеристики ламп накаливания находятся в зависимости от толщины и вида нити накала. А также колбы лампы, применяемого цоколя, отсутствия или наличия в колбе инертного газа. Чем больше толщина нити накала, тем более мощной, а соответственно и яркой будет лампа накаливания. Чем мощнее будет лампа, тем больше будет размер ее колбы. Потому при превышении границы мощности в 25 ватт понадобится добавление в колбу лампы инертного газа.

От того, какой инертный газ будет добавлен в колбу, зависит яркость лампы накаливания. Наименьшую яркость имеют лампы накаливания наполненные аргон-азотной смесью. Закачка в колбу лампы криптона немного повышает яркость свечения лампы. А добавление ксенона повышает яркость, по сравнению с аргоновыми лампами в два раза.

Лампа накаливания и напряжение

Устройство ламп накаливания для применения в сетях переменного и постоянного тока не отличается. То есть лампы для переменного тока будут работать и при постоянном токе. И соответственно наоборот. Все различие между ними в величине напряжения на которое они рассчитываются. Лампы накаливания изготавливают для работы при определенном напряжении. Если лампу включить в сеть с напряжением выше номинала данной лампы, то лампа естественно перегорит. Насколько быстро это произойдет, зависит от того, на сколько больше напряжение сети номинала лампы. Если напряжение больше номинала хотя бы раза в два, то включенная лампа разлетится на осколки. При включении лампы в сеть с пониженным напряжением, она будет светить слабее, чем ей предназначено. Или же не будет работать вовсе, если напряжение слишком мало.

Обычно лампы накаливания на напряжение ниже 220 вольт применяют в сетях постоянного тока. За некоторым исключением для специальных ламп, применяемым, например, на судах или на железной дороге.

Лампы накаливания с обозначением 220 вольт, стоит применять только в сети со стабильным напряжением. Например, при использовании хорошего стабилизатора напряжения. Если такие лампы использовать в сети с постоянными перепадами напряжения, лампы быстро выйдут из строя. При перепадах напряжения в сети применяют лампы накаливания с обозначением 230-240 вольт. По существу будет еще лучше маркировка 235-245 вольт. Такие лампы в условиях нестабильного напряжения прослужат значительно дольше. Но с другой стороны, при наличии стабилизатора, они будут светить слабее, чем рассчитаны.

Обычно цветовая температура ламп накаливания — 2200-3000 Кельвин, но это справедливо лишь для ламп с прозрачной колбой. При применении цветной колбы изменяется и цветовая температура.

Стандартный срок службы лампы накаливания – 1000 часов. Срок этот можно увеличить. При условии что будет устанавливаться блок защиты галогенных ламп и ламп накаливания. А также можно применить диммер для плавного включения лампы.

Виды ламп накаливания и их функциональное назначение

1. Лампы накаливания общего назначения

По своему функциональному назначению наиболее распространенными являются лампы накаливания общего назначения (ЛОН). Все ЛОН, производимые в России должны соответствовать требованиям ГОСТ 2239-79. Их применяют для наружного и внутреннего, а также для декоративного освещения, в бытовых и промышленных сетях с напряжением 127 и 220 В и частотой 50 Гц.
ЛОН имеют относительно недолгий срок, в среднем около 1000 часов, и невысокий КПД – они преобразуют в свет только 5% электроэнергии, а остальное выделяется в виде тепла.

Особенностью маломощных (до 25 Вт) ЛОН является используемая в них, в качестве тела накала, угольная нить. Эта устаревшая технология использовалась еще в первых «лампочках Ильича» и сохранилась только здесь.

Сейсмостойкие лампы, тоже входящие в группу ЛОН, конструктивно способны выдерживать сейсмический удар длительностью до 50 мс.

Лампы накаливания прожекторные

Прожекторные лампы накаливания отличаются значительно большей, по сравнению с остальными видами, мощностью и предназначены для направленного освещения или подачи световых сигналов на дальние расстояния. Согласно ГОСТу их разделяют на три группы: лампы кинопроекционные (ГОСТ 4019-74), для прожекторов общего назначения (ГОСТ 7874-76) и маячные лампы (ГОСТ 16301-80).

Использование трехжильной проводки в домашней сети обеспечивает высокий уровень пожаробезопасности и уменьшает риски для жизни человека. В решении вопроса — как подключить розетку с заземлением — достаточно следовать элементарным правилам и схеме установки.

Для оборудования электрических сетей жилых помещений средствами безопасности необходимо сделать выбор между установкой УЗО или дифавтомата. Помочь в этом сможет полезная статья. Установить дифавтомат можно несколькими методами, о которых можно прочитать здесь.

Тело накала в прожекторных лампах длиннее и при этом расположено более компактно, для усиления габаритной яркости и последующей фокусировки светового потока. Задачу фокусировки решают специальные фокусирующие цоколи, предусмотренные в некоторых моделях, либо оптические линзы в конструкциях прожекторов и маяков.

Максимальная мощность выпускаемых сегодня в России прожекторных ламп составляет 10 кВт.

Лампы накаливания зеркальные

Зеркальные лампы накаливания отличают особая конструкция колбы и светоотражающий алюминиевый слой. Светопроводящая часть колбы выполнена из матового стекла, что придает свету мягкость и сглаживает контрастные тени от предметов. Такие лампы маркируются индексами обозначающими тип светового потока: ЗК (концентрированное светораспределение), ЗС (среднее светораспределение) или ЗШ (широкое светораспределение).

К этой же группе относят неодимовые лампы, отличие которых состоит в добавлении окиси неодима в формулу состава, из которого выдувается стеклянная колба. Благодаря этому часть желтого спектра поглощается, и цветовая температура сдвигается в область более яркого белого излучения. Это позволяет использовать неодимовые лампы в интерьерном освещении для большей яркости и сохранения оттенков в интерьере. В индекс неодимовых ламп добавлена буква «Н».

Сфера применения зеркальных ламп огромна: витрины магазинов, сценическое освещение, оранжереи, теплицы, животноводческие хозяйства, освещение медицинских кабинетов и многое другое.

Лампы накаливания галогенные

Характеристики галогенных ламп накаливания предусматривают обязательное наличие в газовой колбе бром- или иод-галогеновых соединений. Этот нюанс среды, в которой находится тело накала, позволяет испарившимся молекулам вольфрама реагировать с буферным газом и осаждаться обратно на поверхность спирали после температурного распада неустойчивого соединения.

За счет этого амортизирующего цикла галогенные лампы могут выдерживать больший нагрев спирали, а значит излучать более белый свет, уже около 3000 К, а также имеют увеличенный срок эксплуатации, среднее значение которого 2000 часов.

Но надо знать и о минусах галогенных ламп. Это низкое электрическое сопротивление лампы в остывшем состоянии и невозможность ее применения в системах «Умный дом», где яркость освещения регулируется диммером.

Перед тем, как определить, какая именно лампа накаливания вам нужна, стоит изучить особенности и маркировку существующих типов. При всем их разнообразии, нужно точно понимать назначение выбираемой лампы и то, как и где она будет использоваться. Несоответствие характеристик лампы задачам, под которые она приобретается, может повлечь не только ненужные расходы, но и привести к аварийным ситуациям, вплоть до повреждения электросети и пожара.

Виды и типы светодиодных ламп.

Четкая классификация у светодиодных ламп отсутствует: изделия производятся слишком разных форм, цветов и конфигураций.

По способу применения выделяют три типа:

1. Источники света общего назначения для освещения квартир и офисов. Характеризуются углом рассеивания от 20 0 до 360 0 .
2. Изделия направленного света. Такие лампочки называют спотами. Они используются для создания подсветок или выделения интерьерных зон в комнате.
3. Изделия линейного типа, схожие с привычными люминесцентными лампами. Изготавливаются в виде трубок. Применяются в технических помещениях, офисах, залах магазинов и в других пространствах, где важна пожарная безопасность. Создают яркую, красивую подсветку, которая подчеркнет необходимые детали.

По типу назначения светодиодные лампы делятся на:

1. Изделия для уличного применения. Изготавливаются в пыле- и влагозащищенном корпусе.
2. Изделия для производственных целей, коммунальных служб. Дополняются антивандальным прочным корпусом. Изготавливаются с особыми требованиями к характеристикам освещения: стабильность, срок службы, условия эксплуатации.
3. Бытовые лампы. Характеризуются невысокой мощностью, стильным дизайном, электро- и пожаробезопасностью, качеством светового потока (индекс цветопередачи, коэффициент пульсации и др.).

Исходя из потребляемого напряжения тоже выделяют три вида ламп:

1. С питанием 4 В. Маломощные светодиоды, которые потребляют от одного до 4,5 В. Излучают свет разных длин волн от инфракрасного до ультрафиолетового.
2. С питанием 12 В. Такое напряжение безопасно для человека, поэтому эти источника света подходят для помещений с повышенной влажностью. Часто выпускаются без цоколя со штырьками, что усложняет процесс подключения. Дополнительной трудностью является необходимость специального блока питания, который снизит напряжение сети до 12 В. Удобны для использования автолюбителям и туристам: они могут организовать освещение от аккумулятора.
3. С питанием 220 В. Самый распространенный вид изделий. Широко применяются для бытовых нужд.

Типы цоколей.

Чтобы LED источники света подходили к уже применяемой схеме электроснабжения домов, их оснащают винтовыми цоколями. В качестве альтернативы светильникам галогенного типа выпускают лампы со штырьковыми цоколями. Основные типы представлены в таблице.

Какие виды подобных приборов существуют?

Из огромного ассортимента светильников, предлагаемых производителем на российском рынке, можно выделить 4 основных типа:

• Встраиваемые устройства, устанавливаемые в натяжных и подвесных потолках.
• Настенный вариант для монтажа на вертикальной поверхности. Такие можно использовать и на потолке в качестве накладных.
• Линейные – к ним можно отнести светодиодную ленту. Этот вид используется в качестве дополнительного.
• Аккумуляторные светодиодные светильники с зарядным устройством или без такового. Они чаще всего применяются для обозначения аварийных, пожарных выходов, направления эвакуации.

Каждый из этих видов может применяться в различных целях – для комнатного, местного, дежурного или уличного освещения.

История развития электрического освещения

Все началось с создания в 1802 году русским физиком и первым в мире электротехником Василием Владимировичем Петровым электрической дуги (рисунок 10). Это изобретение можно считать прообразом лампы накаливания и первым осветительным элементом.

Петров взял два угольных стержня-электрода, имеющих разноименные электрические заряды. Оказалось, что если их приблизить друг к другу, то они дают яркий разряд в форме дуги. 

Рисунок 10. Электрическая дуга Петрова

Тем не менее электрическая дуга оставалась без внимания до 1876 года. Русский инженер и электротехник Павел Николаевич Яблочков разработал прибор, который назвал «электрической свечой» (рисунок 11). В основе этого устройства и оказалась электрическая дуга Петрова: два угольных стержня расположены параллельно друг другу и разделены слоем каолина (белой глины). Эта лампа широко использовалась в Лондоне для освещения улиц.

Рисунок 11. «Электрическая свеча» Яблочкова

В 1872 году была изобретена первая лампа накаливания (рисунок 12) русским инженером Александром Николаевичем Лодыгиным. Здесь уже было применено знание о тепловом действии тока. В устройстве лампы были две медные проволоки, соединенные с источником тока. Они были впаяны в стеклянный шар. Между ними закреплялся тонкий угольный стержень. Он раскалялся и ярко светился. Чтобы продлить работу такой лампы, из стеклянной колбы откачивали воздух. 

Рисунок 12. Лампа Лодыгина

Далее следовало огромное количество модификаций и экспериментов: к 1890-ым годам в лампах уже стали применять вольфрамовую нить вместо угольных стержней. Тогда лампы накаливания сменили «электрическую свечу» Яблочкова. Прогресс постепенно привел к появлению энергосберегающих и светодиодных ламп.

Первая энергосберегающая лампа была создана в 1901 году американским инженером Питером Купером Хьюиттом. Она излучала неприятный голубовато-зеленый свет, поэтому не получила распространения. По это причине создание полноценной энергосберегающей лампы относят к 1926 году Эдмундом Гермером.

Исследования, относящиеся к светодиодам, длились с 1920-ых годов. Первые светодиодные лампы с желто-зеленым и красным свечением были созданы в 1962 году, а свое широкое распространение — после огромного количества доработок и усовершенствований — нашли только к 2000-ым годам.

Световые характеристики источников света, на которые следует обращать внимание при покупке

Современный подход к осветительным приборам позволяет учитывать три группы требований к оформлению помещений:

1. общую освещенность рабочего места;
2. влияние созданного света на здоровье человека;
3. экономические показатели, определяющие денежные затраты.

От чего зависит освещенность рабочего места

Единичная лампочка создает световой поток, измеряемый в люменах. Он указывается производителем в сопроводительной документации.

Этот световой поток распределяется по поверхности рабочей зоны и формирует ее освещенность, выражаемую люксами.

Поскольку в помещении обычно используется несколько источников света, то общая освещенность от них рассчитывается по специальной формуле.

Влияние качества освещения на здоровье человека

Цветовой спектр оказывает различное влияние на наш организм: возбуждает или тонизирует его либо создает успокаивающее действие.

Эту особенность позволяет учитывать цветовая температура, маркируемая в градусах Кельвина. Она обычно приводится на упаковочной коробке ламп.

Также при выборе лампочек необходимо учитывать чувствительность человеческого глаза к длине световой волны. Она выражается условными единицами.

Экономические показатели различных источников

Электрическая энергия, потребляемая лампой, преобразуется не только в видимый спектр освещения, но к нему еще дополнительно прибавляется:

1. ультрафиолетовое;
2. инфракрасное;
3. тепловое излучение.

В итоге на 1 ватт затраченной электрической мощности у всех видов ламп создается разный уровень освещенности, называемый световой отдачей.

Она самая низкая у нитей накаливания и наиболее высокая у светодиодов.

Филаментные лампы

Филаментный источник света внешне напоминает лампу накаливания, но конструктивно остается светодиодным изделием. В таком случае пропадает необходимость в отводе тепла, но применение устройств в бытовой сфере связано с исключительно эстетическими соображениями.

Основной элемент филаментного прибора — светодиодная нить. В зависимости от количества таких нитей производят изделия разной мощности. Филамент — тонкий стержень из стекла, на поверхности которого имеются SMD-диоды. Верхняя часть покрывается люминофором, дающим желтый оттенок. Для отвода тепла применяют стеклянную колбу, внутренняя часть которой заполняется газом.

Из-за отсутствия места для драйвера внутри производители размещают низкокачественный модуль питания. Это повышает пульсацию, негативно сказывающуюся на зрительных органах. Для избавления от мерцания между цоколем и колбой добавляется пластиковое кольцо с качественным драйвером.

Как увеличить срок службы лампы

Способов увеличения срока службы много. Наиболее используемые:

• ограничение пускового тока включением терморезистора последовательно с лампой, большое сопротивление которого уменьшается по мере прогрева его пусковым током;
• плавный пуск с ручной регулировкой яркости тиристорным или симисторным диммером;
• питание лампы через мощный выпрямительный диод, т.е. выпрямленным напряжением половинок синусоиды;
• последовательное соединение ламп парами в многоламповых светильниках, например, в люстрах.

Современной промышленностью выпускается большое количество разных видов ламп накаливания с большим диапазоном рабочих напряжений и мощностей, с разными оттенками свечения, конфигурациями колб и цоколей. Такой ассортимент позволяет выбрать необходимую лампу для любого использования.

Конструкция ламп на светодиодах

Внешне источники света, использующие эффект испускания фотонов при прохождении электрического тока через полупроводник, почти не отличаются от ламп накаливания. Главное то, что у них есть привычный металлический цоколь с резьбой, который в точности повторяет все типоразмеры ламп накаливания. Это позволяет ничего не менять в электрооборудовании помещения для их подключения. Однако внутреннее устройство светодиодной лампы 220 вольт очень сложное. Она состоит из следующих элементов:

1) контактного цоколя;

2) корпуса, одновременно играющего роль радиатора;

3) платы питания и управления;

4) платы со светодиодами;

5) прозрачного колпака.

Плата питания и управления

Разбираясь как устроены светодиодные лампы 220 вольт, в первую очередь стоит понять, что полупроводниковые элементы не могут быть запитаны от переменного тока и напряжения такой величины. Иначе они попросту сгорят. Поэтому в корпусе этого источника света обязательно находится плата, которая снижает напряжение и выпрямляет ток. От устройства этой платы во многом зависит долговечность лампы. Точнее, какие элементы стоят на ее входе. В дешевых, кроме резистора перед выпрямляющим диодным мостом, ничего нет. Нередко случаются чудеса (обычно в лампах из Поднебесной), когда нет даже этого резистора и диодный мост напрямую подключен к цоколю. Такие лампы светят очень ярко, но срок их службы чрезвычайно низок, если они не подключены через стабилизирующие устройства. Для этого можно использовать, например, балластные трансформаторы.

Наиболее распространены схемы, в которых в цепи питания управляющей схемы лампы создан сглаживающий фильтр из резистора и конденсатора. В самых дорогих светодиодных лампах блок питания и управления построен на микросхемах. Они хорошо сглаживают броски напряжений, но их рабочий ресурс не слишком высок. В основном, из-за невозможности наладить эффективное охлаждение.

Плата светодиодов

Как бы ученые ни старались, изобретая все новые вещества с высокой эффективностью излучения в видимой части спектра, принцип работы светодиодной лампы остается прежним, и каждый её отдельный светящийся элемент очень слаб. Чтобы достичь требуемого эффекта, их группируют по несколько десятков, а иногда и сотен штук. Для этого используется плата из диэлектрика, на которую нанесены металлические токопроводящие дорожки. Она очень похожа на те, что используются в телевизорах, материнских платах компьютеров и других радиотехнических устройствах. Плата светодиодов выполняет еще одну важную функцию. Как вы уже заметили, в блоке управления нет понижающего трансформатора. Поставить его, конечно, можно, но это приведет к увеличению габаритов лампы и ее стоимости. Проблема понижения питающего напряжения до номинала, являющегося безопасным для светодиода, решается просто, но экстенсивно. Все светящиеся элементы включены последовательно, как в елочной гирлянде. Например, если в цепь 220 вольт включить последовательно 10 светодиодов, то каждому достанется 22 V (правда, величина тока при этом останется прежней). Недостатком этой схемы является то, что перегоревший элемент обрывает всю цепь и лампа перестает светить. У нерабочей лампы из десятка светодиодов могут быть неисправными лишь один или два. Есть умельцы, которые перепаивают их и живут спокойно дальше, но большинство неискушенных пользователей выбрасывают всё устройство на помойку.

Прозрачный колпак

В основном этот элемент играет роль защиты от пыли, влаги и шаловливых ручек. Однако есть у него и утилитарная функция. Большинство колпаков светодиодных ламп выглядят матовыми. Это решение могло бы показаться странным, ведь сила излучения светодиода ослабляется. Но его полезность для специалистов очевидна. Колпак матовый потому, что на его внутреннюю стороны нанесен слой люминофора – вещества, начинающего светиться под воздействием квантов энергии. Казалось бы, тут, что называется, масло масляное. Но люминофор имеет спектр излучения в несколько раз более широкий, чем у светодиода. Он приближен к естественному солнечному. Если оставить светодиоды без такой «прокладки», то от их свечения глаза начинают уставать и болеть.

Сфера использования

Не так давно лампы накаливания присутствовали в различных сферах жизни, в быту и на предприятиях. Это обуславливается простой их монтажа, эксплуатации и обслуживания. Используются в таких сферах:

• Общего предназначения для внутреннего и наружного освещения в частных домах, квартирах, офисах.
• Местного применения – для подсветки рабочих мест.
• Также есть специальные автомобильные лампы накаливания.
• Устанавливаются в поездах, на судах, и в самолетах.
• Миниатюрные ЛН применяются в фонариках, шкалах приборов.
• Сверхминиатюрные в отдельных медприборах, пультах управления.
• Также есть коммутационные, маячные, кинопроекционные.

Мнение эксперта
Алексей Бартош
Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники.
Задать вопрос эксперту

Важно! Во многих сферах сегодня используются экономичные лампы, но все же потребительский интерес применения ЛН не снижается

Основные виды ламп

Выделяют несколько основных разновидностей этих источников света, отличающихся друг от друга внешне и  сферой применения.

Зеркальные
Такие лампы накаливания имеют своеобразную форму. Их внутренняя поверхность покрыта слоем алюминия, придающим конструкции эффект зеркальности. Световой поток в колбе распределяется и собирается в определенной зоне. Используются для освещения витрин, торговых залов, а также в инкубаторах для обогрева птенцов.

Декоративные
Изделия предназначены для декоративных целей. Отличаются необычным внешним видом, фигурной формой колбы и размером.

Сигнальные
Данные лампы созданы для подсветки светосигнальных приборов, но уже практически не используются. Им на смену пришли светодиодные светильники.

Транспортные
Лампочки различаются вибрационной прочностью и применяются в фарах тракторов, легковых и грузовых автомобилей, мотоциклов и в подсветке.

Иллюминационные
Выделяются разноцветным окрасом. Тон на основе неорганических пигментов наносится на внутреннюю часть стеклянной колбы.

Двухнитевые
Из чего состоит эта лампа накаливания, понятно из названия. Первая нить служит для ближнего освещения, вторая – для дальнего. Используется в местах, где обязательно постоянное освещение: при перегорании одной нити, включается в работу другая.

Устройство и принцип работы

Как устроена лампа накаливания?

Лампа накаливания обычно состоит из стеклянного корпуса, содержащего вольфрамовую нить накаливания. Электрический ток проходит через эту нить, нагревая ее до температуры, которая производит свет. Также в лампах есть стержень или стеклянное крепление, прикрепленное к основанию лампы. Оно позволяет электрическим контактам проходить через оболочку без утечек газа или воздуха.

Небольшие провода, встроенные в стержень, поддерживают нить накала и/или ее подводящие провода. Стеклянный корпус содержит либо вакуум, либо инертный газ для сохранения и защиты нити накала от испарения.

Пример лампы накаливания со схемой, показывающей основные части современной лампы накаливания

Что внутри лампы накаливания:

1. Стеклянная колба.
2. Инертный газ.
3. Вольфрамовая нить накала.
4. Контактный провод.
5. Контактный провод (идет к основанию).
6. Опорные провода.
7. Крепление/опора для стекла.
8. Базовый контактный провод.
9. Винтовые резьбы.
10. Изоляция.
11. Электрический контакт.

Как работает лампа накаливания?

Принцип работы лампы накаливания заключается в нагреве некоего объекта. Атомы внутри него становятся термически возбужденными. Если объект не плавится, атомные электроны переходят на более высокий энергетический уровень за счет подаваемой энергии. Электроны высвобождают свою дополнительную энергию в виде фотонов. Затем эти фотоны испускаются с поверхности объекта в виде электромагнитного излучения.

Это излучение будет иметь разные длины волн. Часть длин волн находится в видимом диапазоне спектра, а значительная часть длин волн находится в инфракрасном диапазоне. Электромагнитная волна с длинами волн в инфракрасном диапазоне — это энергия тепла, а в видимом диапазоне — это энергия света. Лампа накаливания получает видимый свет путем нагрева.

Как расходуется электроэнергия в лампе накаливания?

Нить накала крепится через два подводящих провода. Один подводящий провод присоединен к ножному контакту, а другой заканчивается на металлическом основании лампы. Оба подводящих провода проходят через стеклянную опору, установленную в нижней середине лампы.

Два опорных провода, также прикрепленные к стеклянной опоре, используются для поддержки нити накала в ее средней части. Ножной контакт изолирован от металлического основания изоляционными материалами. Вся система заключена или в цветную, или покрытую фазой, или прозрачную стеклянную колбу. Она может быть заполнена инертными газами или в ней поддерживается вакуум в зависимости от мощности лампы накаливания.

Нить накаливания герметично откачивается с помощью стеклянной колбы подходящей формы и размера. Эта стеклянная колба используется для изоляции нити накала от окружающего воздуха, чтобы предотвратить ее окисление и свести к минимуму окружающий ее ток, и тем самым поддерживать высокую температуру нити накала. 

Нить накаливания не обладает постоянным сопротивлением. Действие тока в лампе накаливания увеличивается вместе с напряжением. Лампочка становится достаточно горячей, чтобы светиться.

Чем наполнены лампы накаливания?

Стеклянная колба либо находится в вакууме, либо заполнена инертными газами, такими как аргон, с небольшим процентом азота при низком давлении. Инертные газы используются для минимизации испарения нити накала во время эксплуатации ламп. Но из-за конвекционного потока инертного газа внутри колбы будет больше шансов потерять тепло нити накала во время работы.

Вакуум является отличной теплоизоляцией, но он ускоряет испарение нити накала во время работы. В случае газонаполненных ламп накаливания используется 85% аргона, смешанного с 15% азота. Иногда криптон можно использовать для уменьшения испарения нитей накала, поскольку молекулярный вес криптонового газа значительно выше. Газ заливается в колбу мощностью более 40 Вт. Но для лампы мощностью менее 40 Вт, газ не используется.

Галогенные лампы

Галогенная лампа с обычным цоколем

Галогенные лампы мало чем отличаются от ламп накаливания, принцип работы тот же. Единственная разница между ними — это газовый состав в баллоне. В данных лампах к инертному газу примешивают йод или бром. В результате становится возможным повышение температуры нити накаливания и уменьшение испарения вольфрама.

Лампа ко встроенному светильнику

Именно поэтому галогенные лампы можно делать более компактными, а срок их службы повышается в 2–3 раза. Однако температура нагревания стекла повышается весьма значительно, поэтому галогенные лампы делают из кварцевого материала. Они не терпят загрязнений на колбе. Прикасаться незащищенной рукой к баллону нельзя — лампа перегорит очень быстро.

Галогенная линейная лампа

Линейные галогенные лампы используются в переносных или стационарных прожекторах. В них часто бывают датчики движения. Такие лампы используют в гипсокартонных конструкциях.

Галогенные компактные зеркальные лампы с цоколем G4

Компактные осветительные устройства имеют зеркальное покрытие.

К минусам галогенных ламп можно отнести чувствительность к перепадам напряжения. Если оно «играет», лучше приобрести специальный трансформатор, выравнивающий силу тока.

Прожектор

История изобретения лампочки

Внешний вид лампы накаливания

Изделие проектировалось и дорабатывалось многими учеными в разные периоды. Первая электрическая дуга была зажжена ученым Петровым В.В. в 1802 году. Изобретение состояло из двух угольных стержней, которые подключались к полюсам гальванической батареи. В момент их сближения возникал электрический разряд, и над элементами формировалась светящаяся дуга. Применение такой лампы в быту было невозможным по ряду причин – неудобство конструкции, быстрое перегорание угольных стержней. Зато мировые ученые начали понимать, из чего сделать лампу.

Спустя 70 лет в 1872 году Лодыгин А.Н. получил патент на лампу накаливания. В качестве спирали в ней был использован стержень ретортного угля, который находился под стеклянным колпаком.

Уже в 1880 году 10 мая лампочкой Лодыгина было обустроено уличное освещение в Санкт-Петербурге на Литейном мосту. Срок службы источника света составлял всего 2 месяца (пока не перегорал угольный стержень).

В 1910 году было принято решение скручивать вольфрамовую нить в спираль для увеличения ресурса её службы. Таким образом, изделие теперь работает вместо первоначальных 50-100 часов целых 1000 ч.

Почему их называют лампами Ильича?

За этим бытовым осветительным прибором на территории нашей страны закрепилось название лампа Ильича. Не каждый светильник достоин такого имени. Лишь голую лампочку на проводе без плафона можно назвать именем Ленина. Дело в том, что одной из первых задач молодой советской власти была электрификация страны. В 1920 году Владимир Ильич Ленин приехал в деревню Кашино на запуск электростанции. Там он побеседовал с крестьянами, сфотографировался с ними и провел митинг. Это, казалось бы, рядовое событие, нашло отражение в советской литературе и кино. А простой светильник, свисающий на проводе с потолка, стали называть лампой Ильича. Позже этот термин приобрел иронический оттенок, как пример проблемы, решенной на скорую руку.

Итоги.

Лампы накаливания служили человеку верой и правдой на протяжении всего XX века. В нынешнем столетии на смену приходят светодиодные и люминесцентные осветительные приборы. В нашей стране в рамках борьбы за энергоэффективность приняты программы, которые стимулируют развитие производства более современных источников света. Многие россияне уже отказались от использования ламп накаливания в своих квартирах. Тем не менее, некоторые их достоинства неповторимы. Например, для фото- и кинопроизводства незаменима высокая цветопередача. Многие специальные осветительные приборы пока работают только по старой технологии. Кто-то просто бережет свои глаза и использует лампу Ильича. А для помещений с  кратковременным включением света раз в неделю лампа накаливания и вовсе самый экономически обоснованный вариант. Выбор остается за конкретным потребителем!