Рис. 83. Лампа накаливания: 1 — цоколь, 2 — контакт, 3 — стеклянная колба, 4 — нить накала, 5 — газ (аргон, криптон), 6 — предохранитель

§ 40. Электроосветительные приборы

Преобразование электрической энергии в световую основано на двух факторах — температурном и способности некоторых тел (люминофоров) к свечению. На основе первого работают тепловые источники света, на основе второго — люминесцентные (рис. 82). К тепловым источникам относятся лампы накаливания и дуговые лампы. В дуговых лампах свет идёт от электрической дуги, возникающей между двумя электродами, которые при этом постепенно сгорают.

В настоящее время дуговые лампы находят применение в качестве мощных источников света в прожекторах. Изобретателем дуговой лампы был русский учёный П. Н. Яблочков.

Рис. 82. Виды электрических ламп: а — лампы накаливания, б — люминесцентные лампы

Заслуга разработки люминесцентного освещения принадлежит русскому академику С. И. Вавилову и его ученикам. Сегодня трудно себе представить городское освещение без этих ламп, как и световую рекламу — без неонового многоцветия. Люминесцентные осветительные приборы всё глубже проникают в наш быт, однако самой популярной остаётся привычная всем нам лампа накаливания.

В лампах накаливания свечение происходит без сгорания спирали. Первая лампа накаливания, нашедшая практическое применение, была изобретена в 1872 году русским электротехником Л. Н. Лодыгиным. В качестве нити накала в его лампе использовалась угольная нить. Лампа Лодыгина была очень недолговечной и по срокам службы значительно уступала дуговой.

В 1879 году американский изобретатель Томас Эдисон усовершенствовал лампу накаливания, откачав из неё воздух, что сразу значительно увеличило срок её службы. Впоследствии угольная нить была заменена вольфрамовой спиралью, которая благодаря высокой температуре плавления этого металла (3400 °С) сделала лампу накаливания долговечной.

Новые слова и понятия

Тепловые источники света, люминесцентные источники света, лампы накаливания, дуговые лампы.

Проверяем свои знания

Чем отличается лампа накаливания от дуговой лампы?

Кто изобрёл лампу накаливания и дуговую лампу?

Кто и как усовершенствовал лампу накаливания?

Почему спираль лампы накаливания изготовляют из вольфрама?

§ 41. Лампа накаливания

Современная лампа накаливания имеет стеклянный баллон, к которому крепится металлический цоколь с винтовой нарезкой. Концы нити накала приварены к электродам и дополнительно поддерживаются двумя крючками. Выводы электродов соединены с цоколем. К одному из них с помощью сварки подключается предохранитель, а затем этот вывод приваривается к корпусу цоколя. Вывод второго электрода через изолятор из стекломассы (рис. 83) припаивается к центральному электроду, закреплённому к нижней части цоколя.

Для увеличения срока службы лампы воздух из стеклянной колбы удаляют (вакуумные лампы) или заполняют колбу инертным газом (газонаполненные лампы).

Рис. 83. Лампа накаливания: 1 — цоколь, 2 — контакт, 3 — стеклянная колба, 4 — нить накала, 5 — газ (аргон, криптон), 6 — предохранитель

Лампы накаливания мощностью до 40 Вт — вакуумные, рабочая температура нити накала в них достигает 2400 °С. Лампы мощностью 60 Вт и выше — газонаполненные, температура нити накала в этих лампах выше 3000 °С. Газ уменьшает распыление вольфрамовой нити, увеличивая тем самым срок службы лампы, позволяет повысить температуру нагрева и соответственно яркость свечения.

Промышленность выпускает лампы накаливания разных форм и размеров (см. рис. 82).

Мощность ламп накаливания в бытовых осветительных устройствах в пределах 15-300 Вт. Чем больше мощность лампы, тем больше электроэнергии необходимо для её работы. На колбе и цоколе электрической лампы есть надписи, информирующие о величине рабочего напряжения лампы и её мощности:

лампочка карманного фонарика — 3, 5 В;

лампочка мотоцикла — 6 В;

автомобильные лампы — 12 В;

в бытовой осветительной сети — 127, 220 и 230 В.

Лампы накаливания очень чувствительны к колебаниям напряжения. Например, увеличение напряжения на 10% повышает световую отдачу лампы на 40 %, но при этом сокращает срок её службы на 65 %. Уменьшение напряжения на 10% снижает светоотдачу лампы на 37%, но увеличивает срок службы лампы на 50%.

Срок службы лампы накаливания составляет в среднем 1000 часов непрерывной работы, т. е. около года домашней эксплуатации, но при условии, что напряжение электрической сети не превышает 220 В. Если напряжение сети время от времени повышается, то срок службы лампы накаливания резко сокращается. На этот случай выпускаются лампы на повышенное напряжение — 235-245 В. Такие лампы следует использовать в местах, где их часто приходится включать-выключать, и при затрудненном доступе к ним.

Если лампы служат более двух лет, то это показатель того, что они горят с недостаточным накалом и их световой поток значительно уменьшен. При снижении напряжения на 1 % от номинального световой поток лампы накаливания уменьшается на 3-4%. Для таких случаев выпускаются лампы, рассчитанные на пониженное напряжение — 215-225 В.

Большая часть электрической энергии (до 95%) в лампе накаливания превращается в невидимое инфракрасное излучение, т. е. в тепло. В некоторых случаях это позволяет использовать лампу накаливания в качестве источника тепла.

Известно, что при нагревании металлов до 530 °С они начинают излучать особый розоватый свет. При 700 °С свет становится тёмно-красным, а при 1500 °С — ослепительно белым, что и используют в электрической лампе накаливания.

При длительном сроке эксплуатации лампы её нить накала утончается за счёт распыления вольфрама, сопротивление нити увеличивается, снижается её температура, интенсивность светового потока уменьшается на 15-20%. Процесс разрушения нити накала заканчивается её разрывом. В этом случае мы говорим, что лампочка перегорела.

Каждый из нас бывал свидетелем этого финала. Перед тем как окончательно потухнуть, свет сначала меркнет, потом ярко вспыхивает, а иногда стеклянный баллон даже взрывается. Почему это происходит?

В разрыве изношенной вольфрамовой нити, между её разошедшимися концами, возникает электрическая дуга, видимая нами, как яркая вспышка света. Температура этого электрического разряда превышает температуру плавления вольфрама, и это приводит к очередному разрыву нити на другом её участке. Раскалённый обрывок спирали падает на стекло, баллон разрывается. Для защиты от этого пожаро- и травмоопасного явления в отечественных лампах мощностью 60 Вт и выше в одном из медных выводов лампочки (см. рис. 83) устанавливается плавкий предохранитель. Он представляет собой участок вывода, выполненный из легкоплавкого металла, который при повышении температуры от разряда электрической дуги успевает расплавиться раньше, чем вольфрамовая нить, окончательно разрывает цепь и в конечном счёте предотвращает взрыв стеклянного баллона.

Импортные лампы, лишённые этой защиты, имеют дополнительную маркировку, указывающую, в каком положении должна использоваться лампа: баллоном вверх или вбок, но не вниз (в последнем случае стекло баллона наиболее уязвимо).

Лампа накаливания во время работы греется, что приводит к нагреванию плафона светильника и к повышенной циркуляции воздуха и частиц пыли вокруг него. При выключении лампы циркуляция воздуха уменьшается, частицы пыли и копоти оседают на лампе и плафоне. С течением времени слой пыли и копоти на поверхности светильника накапливается и начинает сильно поглощать свет, снижая освещённость в помещении. Особенно быстро скапливается пыль и копоть там, где лампы устанавливают колбой вверх. В таких светильниках лампы, плафоны и арматуру рекомендуется протирать не реже двух раз в месяц. Вторым правилом эксплуатации осветительных приборов является своевременная замена перегоревших ламп.

Все работы, связанные с уходом за светильниками, в целях безопасности следует проводить при выключенном напряжении и охлаждении ламп накаливания до комнатной температуры.

12 Следующая ⇒