Лампы накаливания: технические характеристики, преимущества и недостатки

Лампе накаливания 1 января исполнится 135 лет. Идея преобразования электрической энергии в световую, родилась в нашем Отечестве. «Свечи» Яблочкова освещали Париж конца 19 века розово-лиловым «русским светом». Сразу несколько светлых голов — А.Н.Лодыгин, В.В Петров, П.Н.Яблочков научно обосновали физическую природу этого явления. Но авторское первенство и международное признание получил всё-таки прибор Т.Эдисона.

Эдисону удалось вызвать настоящий фурор своим изобретение на глазах трёх тысяч американцев. С 1880 года лампа повсеместно вошла в жизнь и быт людей как ЛОН — лампа общего назначения.

Принцип действия, который изучают в школе

В школьной программе по физике 9-го класса рассматривается эффект нагревания проводника в процесс роста сопротивления при увеличении силы тока — преобразование электрической энергии, проходящей по вольфрамовой нити накала, до выброса излучения широкого спектрального диапазона, в том числе тепла и света. Видимый свет, в этом спектре составляет очень скромную величину.

Чтобы предотвратить окисление и разрушение вольфрама, необходимо создать вакуум в стеклянной колбе лампы, для чего из неё откачивают воздух — среду окислительных процессов.

Практика показала, что наполнение колбы любым инертным газом, увеличивает силу свечения. Поэтому большинство ЛОН сейчас выпускают как газонаполненные, оставив применение вакуума только в технологии маломощных ламп (на25Вт).

Одним из последних новшеств в сфере освещения стали светодиодные лампы. Они успешно заменяют столь привычные лампы накаливания, но пока не получили распространения в виду высокой стоимости.

Конструкция современной лампы накаливания

Привычный глазу грушевидный осветительный прибор состоит из 11 конструктивных элементов (из 7 разных металлов!), участвующих в процессе ввода электрической энергии, проведении его по телу накала, обеспечивающих прочность соединения цепи, предохраняющих от разрушения колбу в момент обрыва нити накала. Эта нить может иметь круглое сечение или быть выполнена в виде плоской ленточки из металла (или нескольких металлических ленточек). Поэтому принято элемент преобразования энергий в лампе называть — тело накала.

Конструкция лампы накаливания

Размеры стеклянной колбы (круглой или грушевидной) обусловлены скоростью осаждения материала, который используется для тела накала. Колбы бывают прозрачные, матовые, опаловые, окрашенные в белый цвет, двойные и с частично зазеркаленной поверхностью.

Резьбовой цоколь ЛОН, предложен Дж.У.Суоном и стандартизирован для Европы (цоколи европейских ламп могут не подойти к оборудованию США). В бытовых приборах применяются цоколи Эдисона (Е14-миньон, Е27, Е40 — по величине наружного диаметра в мм). Есть модификации цоколей, соединяемых с патроном посредством трения, штырька, штифта или перемещения с поворотом (байонетное соединение) — характерные для Великобритании. Лампы большой мощности (200-300вт и более) выпускают только с резьбовым цоколем.

Что характеризует лампу накаливания

Осветительные лампы характеризуются с позиций:

• электричества (напряжение, номинальная мощность);
• светотехники (световой поток, его спектральный состав);
• эксплуатации (светоотдача, размеры, срок службы).

Часть технических характеристик заложена уже в маркировку изделия. Прежде всего, это тип лампы, который условно обозначается буквой:

• В — вакуумная;
• Б — биспиральная ЛОН ;
• Г — спиральная ЛОН (с азот-аргоновым наполнителем):
• БО — биспиральная ЛОН (с аргоновым наполнителем в опаловой колбе);
• РН — различного назначения;
• БК — биспиральная ЛОН (криптоновая);
• ЗК — зеркальная (с концентрированной КСС);
• ЗШ— зеркальная ( широкой кривой силы света);
• Д — декоративная;
• Ш — шаровидная;
• С — свечевидная;
• М — в «молочной» колбе;
• О — в «опаловой» колбе;
• МО — местного освещения.

В маркировке это выглядит так: Б220-40 — биспиральная лампа накаливания для сети 220в, мощностью 40Вт.

Мощность лампы определяют размеры вольфрамового тела накаливания и напряжение в сети. Увеличение мощности прибора увеличивает в несколько раз световой поток, но мало меняет светоотдачу.

Не стоит стремиться к применению ламп большой мощности (в 100-200Вт) там, где такую же светоотдачу могут дать две лампы меньшей мощности (по 40Вт).

Самые распространённые — ЛОН на 60Вт. Это источник света для бытовых светильников.ЛОН на 40ВТ — для освещения общественных мест (подъездов, чердаков), для настольных ламп. Лон на 100ВТ — для промышленных помещений, улицы.

Лампа накаливания горящая и выключенная

Световой поток

Насыщенность излучения и равномерность распределения света характеризуют световой поток, что оценивает изделие с точки зрения эффективности (сила светового потока определяется в люменах). Сила светового потока может изменяться в зависимости от конструкции светильника или сроков эксплуатации.

Освещённость.

Наряду с категорией «световой поток» существует понятие «полезного света» с параметром — освещённость, которая измеряется в люксах. Светоотдача как КПД лампы накаливания составляет всего 10-15лм/Вт. В соотношении мощности прибора с величиной освещённости можно выявить наличие или отсутствие энергосбережения.

Цветовая температура

Для оценки оптического восприятия качества осветительного прибора пользуются понятием цветовая температура. В отличие от дневного света, лампы накаливания излучают жёлтый цвет, в вечернее время полезный для здоровья человека, так как не нарушает процесс выработки мелатонина, очень важного для человека гормона, регулирующего суточные ритмы. ЛОН обладают высоким индексом цветопередачи.

Лампы накаливания прекрасно сочетаются со многими вариантами подвесных светильников для кухни. Тем более что их цветовая передача будет полезна для хозяйки, которая много времени проводит у плиты.

Вольтамперная характеристика

ЛОН имеют типовую нелинейную вольтамперную характеристику, обусловленную зависимостью величины тока от сопротивления тела накала. Восходящая кривая показывает в любой точке приращение падения напряжения к приращению тока. Создаётся автоматически устойчивый режим, когда для изменения напряжения не может возникнуть внутренних причин. Включение прибора сразу вводит в нормальный режим работы.

Подходы к классификации ламп накаливания

По назначению:

• общего назначения (классические, увеличенной яркости, с мягким светом);
• декоративные (цветные, с колбами декоративных форм, для люстр и бра) ;
• для местного освещения (для освещения шкафов, зеркал, кухонной мебели; в фонарях, для аварийного освещения);
• зеркальные (PAR — обычные, цветные; SPOT- обычные, цветные);
• сигнальные (индикаторные лампы в приборах);
• транспортные (фары, габаритные огни, светофоры);
• прожекторные (промышленные, театральные, пограничные);
• лампы для оптики (бинокулярного микроскопа, автотюнинга).

По виду цоколя: винтовой, штыревой, штифтовой, байонетного соединения, на основе практического применения трения.

По мощности (ЛОН): от 15 до 1500вт.

Включенная лампа накаливания

По составу газовой среды колбы:

• вакуумные;
• газонаполненные (инертные газы — смесь азота с аргоном или криптоном, ксеноном);
• галогенные лампы накаливания (наполнены галогеном, который вступает в соединение с испарением металла с поверхности тела накала; меньший размер колбы, больший КПД и срок службы);

По цветовой температуре ( в кельвинах):

• красный (1200К);
• жёлтый (3500К);
• бело-жёлтый (4300К);
• белый (5000К);
• белый с голубизной (6000К);
• голубой (7000К);
• синий (8000К).

По эксплуатационным качествам; при нормальном напряжении (127в):

• ЛОН может непрерывно гореть 1000ч,
• для ламп МО — 700часов.

Почему так трудно расстаться с привычной лампой накаливания

Ещё в 2009 году на уровне Правительства РФ обсуждался вопрос о снятии с производства обычной лампы накаливания, как это делается в Европе. Особого энтузиазма никто по поводу данной инициативы не проявил. И только в 2011 году на территории России в торговой сети лампы накаливания мощностью 100Вт и выше стали вне закона.

Налаженное производство трудно было перепрофилировать, поэтому до сих пор в продажу поступают ЛОН на 95 или 97Вт. В Европе — без всяких уловок, запрет с 2013 года приобрёл силу закона.

Что послужило причиной такой немилости к лампе накаливания? Технические и эксплуатационные недостатки:

• низкий КПД (не более 4%), определяемый световой отдачей;
• хрупкость;
• взрыв баллона при термоударе;
• зависимость сроков службы от напряжения;
• регистрируемый бросок тока (десятикратный!) при включении;
• пожароопасность.

Если у вас гипсокартонный потолок, то от ламп накаливания придется отказаться. В этом случае устанавливаются точечные светильники с люминесцентными или светодиодными лампами.

Но сторонники ЛОН придают серьёзное значение её основным достоинствам:

• дешевизне;
• налаженному производству;
• отсутствию потребности в пускорегулирующей аппаратуре;
• отсутствию вредного ионизирующего излучения;
• высокому уровню цветопередачи;
• стойкости к температурам и конденсату;
• комфортности цветовой температуры.

Лампы накаливания нового поколения

Исходя из недостатков и достоинств ЛОН, видно, что главными задачами инновационных проектов в области бытовых источников света являются:

• повышение КПД прибора;
• энергосбережение;
• безопасность (с учётом утилизации).

Использование лампы накаливания

Создание новых образцов осветительных приборов с увеличенным показателем светосилы идёт за счёт:

• создания газовой среды для свечения люминофора (люминесцентные лампы);
• создания галогенной среды для увеличения свечения (галогенные лампы);
• использования электрического разряда в виде дуги в газовой среде (ртутные, ксеноновые и натриевые лампы);
• поднятия давления в колбе;
• использования кристаллов в качестве тела накала;
• установки пускорегулирующих аппаратов (ЭПРА и ПРА) для бесстартёрного включения люминесцентных лам, в том числе.
• Прямыми наследниками ламп накаливания, но уже с новыми качествами, являются:
• галогенные приборы с нитью накаливания в среде галогена (на 20% эффективнее, в 2 раза долговечнее);
• кварцевые галогенные лампы (КГ) с нитью накала в кварцевой трубке (большая светоотдача, стабильность светового потока), используются для промышленных помещений, улиц, рекламы.

Всё большую популярность приобретают энергосберегающие лампы — мини-вариант замысловато свёрнутых люминесцентных трубок. При очевидных преимуществах в сниженном потреблении электроэнергии и повышении срока службы, они не однозначно воспринимаются разными людьми.

Есть медицинские факты того, что повышенная яркость света вызывает у светочувствительных людей чувство дискомфорта, мигрень, головокружения и, даже, кожные реакции.

Теплый мягкий свет, проверенной временем, лампы накаливания может ещё быть возвращен в дома людей для комфорта их существования.