Ранее с помощью ламп накаливания освещались все помещения. Они и сегодня остаются популярными при создании искусственного освещения в различных комнатах дома. Ведь лампа накаливания – это хорошо всем знакомый источник света. Читайте и будете знать, что она представляет собой, какую имеет конструкцию и принцип действия, а также ее основные электротехнические характеристики.
Общая информация
Лампа накаливания, для обозначения которой нередко используются аббревиатура ЛН, представляет собой источник света искусственного происхождения. Это первый осветительный электроприбор, изобретенный еще в конце XVIII века. Его устройство и принцип действия не отличается сложностью. Сегодня он на рынке представлен в разном исполнении.
На заметку! Томас Эдисон является официальным изобретателем лампы накаливания. Хотя проектированием изделия занимались многие ученые. Одним из них является Лодыгин А. Н. из России, которому в 1872 году был выдан патент на лампочку со спиралью из ретортного угля.
Конструкция и принцип действия
Если рассматривать упрощенное строение лампочки накаливания, тогда такое изделие является электропроводником в герметичной колбе из прозрачного стекла. При подключении его к электротоку он начинает сильно раскаляться. В результате происходит излучение не только видимых, но и невидимых электромагнитных волн. Второй вариант еще разделяется на незначительное количество ультрафиолетовых и существенное число инфракрасных колебаний, которые могут составлять практически 90%. При этом от 5% до 15% потребляемой электрической энергии лампочка накаливания преобразует только в видимые электромагнитные волны. Этот показатель является небольшим в современном мире.
Конструктивные особенности
Классическое устройство лампы накаливания включает следующие основные элементы:
Колба.
Этот элемент производители изготавливают из силикатного стекла с прозрачной структурой и способного выдерживать воздействие очень высоких температур. Кроме того, колба – это абсолютно герметичная часть. Такая ее особенность обеспечивает возможность закачивание газа. Он необходим для работы тела (нити) накала.
В качестве газа производители могут использовать не только вакуум, но и аргон или другой инертный газ. Помимо этого, колба обеспечивает защиту от окисления спиралевидной нити накала.
Спиралевидная нить накала.
Данный элемент в лампочках с классическим исполнением представляет собой тонкую проволоку, изогнутую в виде спирали. Ее производители изготавливают из вольфрама. Спираль в колбе устанавливается на ножках из металла. При этом тело накала присоединяется к электродам, проводящих электрический ток. Кроме того, спиралевидная тонкая проволока располагается в стеклянной колбе и имеет вид половины шестиугольника. Такая форма позволяет равномерно распространяться излучаемому свету от вольфрамовой спирали.
Ранее, когда только стали появляться первые лампы накаливания, для изготовления в их нитей накала использовался не только уголь, но и волокна бамбука и другие органические материалы, которые обугливались особым образом. Только спустя какое-то время стали применять тугоплавкие металлы. При этом их не начали использовать моментально, так как технология производства изначального сырья была в те времена очень дорогой и сложной.
Лампы накаливания в современном исполнении оснащаются вольфрамовой спиралью. Это тело накала начинает плавиться только при температуре 3422 ℃. Данного предела вполне достаточно, чтобы нить стала излучать нормальный яркий свет. Ведь он появляется, как только вольфрамовая спираль разогревается электротоком до температуры от 2000 до 2500 ℃.
Электроды и плавкий предохранитель.
Электрическая энергия проходит через вольфрамовую нить благодаря прикрепленным токоведущим электродам. Они располагаются изолированно от газовой среды электрического прибора. Конструктивно для этой цели в каждой лампе имеется ножка из стекла. Эта трубка, которая внутри имеет пустоту. Именно в ней находятся электропроводники, один из которых является плавким предохранителем.
Важно! Этот элемент представляет собой самый простой вид предохранителя. Это проводник тока, который рассчитан на конкретную его силу.
При изготовлении предохранителя осуществляется подбор сечения электропроводника. Если сила тока становится больше расчетного значения, тогда плавкий элемент перегорает. Из-за этого происходит разрыв электрической цепи и лампочка гаснет.
Срабатывание плавкого предохранителя происходит из-за нагрева электропроводника по причине его нагрева электротоком. Его повышение и более высокое сопротивление проводящего элемента сильнее заставляет раскаляться проводник. При этом на вычисление сопротивления электропроводника влияет сечение токопроводящего электрода.
Плавкий предохранитель в современной лампе накаливания необходим для создания безопасных условий эксплуатации электрического прибора в тот момент, когда происходит перегрев вольфрамовой нити. Если бы он отсутствовал, тогда в том месте, где спираль перегорает, образовывалась бы электродуга. Из-за этого частички металла расплавлялись и устремлялись бы в разные стороны. В результате происходило бы разрушение колбы и стекла. Она бы разлеталась в разные стороны и могла бы нанести вред здоровью. При отсутствии плавкого предохранителя также легко мог бы возникнуть пожар в комнате.
Если в электрической цепи с лампочкой протекает электроток, у которого сила больше расчетной величины, тогда сначала происходит разрыв плавкого предохранителя, а только потом – вольфрамовой спирали. Именно в изолированной ножке из стекла образуется электродуга. За счет ее нахождения в герметичной конструкции она локально перегорает. Поэтому расплавленный металл и искры не разлетаются в разные стороны. Помимо этого, плавкий предохранитель расположен в среде, у которой давление такое же, как и у атмосферы. Из-за этого горение электродуги происходит кратковременно.
Цоколь.
Впервые спроектированные и изготовленные лампы накаливания отличались отсутствием цоколя. Из-за этого у них была очень низкая надежность и безопасность, а также они менее удобнее эксплуатировались. Спустя какое-то время лампочки стали оснащать безрезьбовым керамическим или деревянным цоколем. Поэтому такие изделия представляли собой осветительные приборы, работающие только стационарно. При этом данные лампочки могли размещаться исключительно в вертикальном положении, так как цоколь не имел фиксации в патроне.
Важно! Резьбовой цоколь предал лампе более практичное исполнение. Его стали делать из металла. У такого цоколя имеются изолированные части. Они позволяют фиксировать колбу в патроне, а также подавать электропитание на вольфрамовую нить.
В конструкции резьбового цоколя в современном исполнении присутствует:
корпус из металла и с резьбой, позволяющий вкручивать лампочку в патрон и выполняющий функцию контакта электропитания вольфрамовой нити; нижний контакт на дне цоколя, представляющий собой второй контакт электропитания вольфрамовой спирали; изолятор, который изготавливается из термостойких смол или стекла и предназначен для разделения контактов электропитания.
При вкручивании лампы накаливания в патрон происходит контакт нижнего контакта и корпуса цоколя с ответными патронными металлоконтактами. В результате электроток начинает поступать в электрический прибор.
Для включения лампочек по мере необходимости в электросети предусматривают электровыключатели. По сути каждый из них является ключом, позволяющим замыкать или размыкать простую электроцепь.
Принцип функционирования
Если по электрическим проводникам протекает ток, тогда они обычно начинают накаляться. Именно эта особенность находится в основе работы лампы накаливания. Как только электрическая энергия начинает проходить по вольфрамовой нити, происходит существенное увеличение температуры электропроводника. Если он нагревается более 570 °C, появляются видимые электромагнитные волны.
Другой особенностью, как работает лампочка накаливания, является свойство металлов окисляться при взаимодействии с атмосферой, где имеется кислород. Для продления функционирования осветительного прибора колбу наполняют особой газовой средой. Это инертные газы, одним из которых является доступный и недорогой аргон. Если в колбе используется вакуум, тогда лампочка будет работать не более 50 часов.
Электротехнические характеристики
При выборе лампы с нитью накала каждому обычному пользователю важно учитывать две основные характеристики такого электрического прибора. Одной из них является рабочее напряжение. При этом второй существенный параметр представляет собой номинальную мощность.
Расчетное напряжение, которым является именно рабочая характеристика, позволяет функционировать лампочке на номинальную мощность. Для обозначения данного параметра используются вольты. Другими словами, в них измеряется рабочее напряжение.
На заметку! Лампы накаливания бытового использования применяются в электрических сетях с напряжением 220 В. Для транспортных средств, в частности для легковых автомобилей, производятся осветительные электрические приборы на 12 В и 24 В. Нечасто, но также используется лампочки, рассчитанные на напряжение 36 В или 48 В.
Рабочее напряжение лампочки с нитью накала – это «жизненно важный» параметр осветительного электрического прибора. Если изделие, которое рассчитано на 24 В, включить в бытовой электросети с напряжением 220 вольт, тогда данная модель сразу же перегорит. Когда же человек решает включить лампу на 220 В, подключив ее к бортовой автомобильной электросети 12 В, то осветительный прибор не станет освещать окружающее пространство. При этом взяв две такие лампочки, соединив их последовательно и подключив данную цепочку в бытовую электросеть с напряжением 220 В, изделия начнут светить, но делать они это будут только в пол накала. Другими словами, каждая лампа станет работать от 110 В.
Видео описание
В этом видеоролике рассказывается простыми словами, что собой представляет лампочка с нитью накаливания:
Номинальная же мощность потребляется лампочкой с нитью накаливания при электропитании от номинального напряжения. Для измерения данного параметра используются ватты. С увеличением этой характеристики свет становится ярче. Еще номинальная мощность имеет пропорциональную зависимость от напряжения электропитания.
Не стоит также забывать о спектре лампочки с нитью накала. Это важная характеристика, оказывающая немалое влияние на здоровье. От нее зависит дискомфорт зрительного восприятия.
Спектр лампы накаливания в современном исполнении отличается непрерывными и естественными цветными полосами. Он максимально идентичен природному солнечному свету. При этом спектр лампочки с нитью накала смещен в желто-красную область, что похоже на освещение вечером во время заката Солнца. Именно поэтому работа таких осветительных приборов непроизвольно расслабляет людей.
Видео описание
Это интересное видео об изобретении лампочки накаливания:
Коротко о главном
Лампой накаливания является изделие, которое излучает искусственный свет. Данный осветительный прибор состоит из жаростойкой прозрачной колбы из силикатного стекла, спиралевидной нити накала сейчас из вольфрама, резьбового цоколя с двумя контактирующими частями, двух токоведущих электродов, один из которых является плавким предохранителем.
Такой вид лампочки излучает свет за счет нагрева электрическим током тела накала. В случае с вольфрамом это происходит при температуре от 2000 ℃ до 2500 ℃. К основным электротехническим характеристикам лампочки накаливания относится рабочее напряжение, а также номинальная мощность. Кроме того, такой электрический прибор отличается непрерывным и естественным спектром.