Плюси та мінуси використання ламп розжарювання

Лампа розжарювання є типовим тепловим і світловим випромінювачем – звичайна, вакуумна колба, з вольфрамовою спіраллю, яка під впливом електрики розжарюється до високих температур. Саме в результаті цього розжарювання лампа і виділяє світло і тепло, при цьому найбільше це випромінювання йде в інфрачервоному випромінюванні.

Говорячи про переваги і недоліки ламп розжарювання, слід зазначити, що все залежить від правильності її вибору, а також в яких умовах йде її експлуатація. Якщо все нормально – лампа прослужить порядку 1 000 годин, але при перепадах електрики у мережі – термін служби скорочується у кілька разів у менший бік. Тим не менш, щоб зробити правильний вибір, варто знати, які переваги і недоліки має лампа розжарювання.

Переваги ламп розжарювання

Позитивними сторонами ламп розжарювання є:

• Лампа розжарювання випускається в масовому виробництві, і тому нестачі в такому джерелі світла ніколи немає – її можна придбати в будь-якій торговій точці, підібравши з будь-якою формою колби та цоколя, під будь-який плафон та світильник.
• Масовість виробництва і проста технологія зумовлюють її доступну вартість - вона недорога і навіть якщо перегорить, заміна не позначиться на сімейному бюджеті. Особливо якщо йдеться про масову закупівлю та заміну.
• Лампа розжарювання характерна невеликими розмірами і при цьому її запуск сама робота не вимагає підключення спеціального пускорегулюючого апарату.
• Миттєве запалювання та відносно невисока чутливість до перепадів електрики в мережі та стрибків напруги.
• Така лампа не має токсичних компонентів і тому не несе небезпеки ні домочадцям, ні навколишньому середовищу в процесі експлуатації та її утилізації.
• Лампа розжарювання може працювати від будь-якого струму і джерела його подачі, при цьому її виготовляють під різну напругу, починаючи від однієї частки вольта і закінчуючи сотнею вольт.
• При роботі лампи розжарювання на змінному струмі її світло не мерехтітиме і це особливо важливо для великих підприємств, з безліччю апаратури та працюючих агрегатів, що споживають велику кількість енергії, тим самим створюючи перенапругу.
• Лампа розжарювання не видаватиме неприємного гулу, якщо працює від змінного струму.
• Лампа розжарювання випромінює безперервний спектр світіння і дуже стійка електромагнітним імпульсам, як у мережі, і ззовні.
• Прекрасно переносить як низькі, так і високі температури навколишнього середовища, - її можна монтувати для освітлення, як на вулиці, так і в житлових і нежитлових приміщеннях, що не опалюються.
• Крім іншого лампа розжарювання випромінює теплий діапазон світла, на відміну від інших типів і видів освітлювальних ламп, коли світло може бути дуже різким і прохолодним.

Все це показує, наскільки вигідні лампи розжарювання – недорогі та прості у встановленні та роботі, витримують перепади в електриці та зовнішніх негативних факторів.

Недоліки ламп розжарювання

За всіх своїх позитивних характеристик лампа розжарювання має і ряд негативних моментів, які варто враховувати при виборі. До основних недоліків такого виду ламп відносять:

• Такі лампи характерні низьким відсотком віддачі світла, порівняно з сучасними моделями освітлювальних лампочок.
• Невеликий термін служби – лише 1 000 годин, коли сучасні лампи можуть працювати і 5 000, а іноді й до 15 та 30 тисяч годин.
• Колба самої лампочки досить тендітна і чутлива до навіть найменших по силі ударів та вібрацій.
• Сильна залежність віддачі світла та експлуатаційного терміну від напруги, точніше сказати від його подачі та відсутності перепадів електрики у мережі.

Лампа розжарювання відмічена високим ступенем пожежної небезпеки. Достатньо сказати, що вже за півгодини роботи можна констатувати, що температура зовнішньої колби лампи може досягати високих показників. Якщо це лампа потужністю 25 ват – температура становить 100 за Цельсієм, 40 Вт – 145, 75 Вт – 250 і 100 Вт – 290 градусів. Якщо зовнішня, скляна колба стикатиметься з тканиною - нагріватися вона буде ще більше. Досить сказати - якщо до лампочки розжарювання потужністю 60 Вт прикласти на 5 хвилин пучок соломи, то він просто загориться.

Наступний мінус лампи розжарювання випливає із зазначеного вище – надмірне нагрівання потужнішої лампи виставляє певні вимоги до арматури світильника. Так остання має бути досить термостійкою.

Показник світлового коефіцієнта корисної дії у лампи розжарювання дуже малий – він становить лише 4%. Говорячи простіше - світла мало, а споживає електрики досить багато.

До кінця терміну служби лампочки розжарювання на 10-15% знижується видимий світловий потік - яскравість світла падає, а в світловому потоці з'являються жовті та червоні частинки спектру.

Лампа розжарювання під час роботи створюють певне мерехтіння з високою частотністю – це світіння досить неприємне для людського ока, і навіть нервової системи, негативно діючи як світловий подразник.

Крім цього світловий потік від лампи розжарювання досить яскравий і якщо різко направити його на очі або подивитися - зліпитиме і саме тому офтальмологи рекомендують купувати модель, що має матову весняну колбу.

У результаті, підводячи резюме, можна говорити, що лампа розжарювання має як масу переваг, так і масу недоліків - вона є в багатьох будинках і квартирах, але її поступово замінюють нові види та моделі освітлювальних приладів.

Цікаве відео про те, як працює лампа розжарювання:

Конструкція, перевага та недоліки ламп розжарювання

В даний час лампа розжарювання потужністю 100 Вт має таку конструкцію:

1. Герметична скляна колба грушоподібної форми. З неї частково викачано повітря або замінене інертним газом. Це зроблено для того, щоб вольфрамова нитка напруження не згоряла.
2. Усередині колби знаходиться ніжка, до якої прикріплені два електроди та кілька власників з металу (молібдену), які підпирають вольфрамову нитку, не даючи їй провисати та розриватися під власною вагою під час нагрівання.
3. Вузька частина грушоподібної колби закріплена в металевому корпусі цоколя, що має спіральне різьблення для вкручування в штепсельний патрон. Різьбова частина є одним контактом, до нього припаяний один електрод.
4. Другий електрод припаяний до контакту на денці цоколя. Він має довкола себе кільцеву ізоляцію від різьбового корпусу.

Залежно від особливих умов експлуатації деякі конструктивні елементи можуть бути відсутніми (наприклад, цоколь або утримувачі), бути видозміненими (наприклад, цоколь), доповнені іншими деталями (додаткова колба). Але такі частини, як нитка, колба та електроди є основними частинами.

Принцип роботи електричної лампи розжарювання

Світіння електричної лампи розжарювання обумовлено розігрівом вольфрамової нитки, якою проходить електричний струм. Вибір на користь вольфраму при виготовленні тіла світіння був зроблений з тієї причини, що з багатьох тугоплавких струмопровідних матеріалів він найменш дорогий. Але іноді нитка розжарення електроламп виготовляється з інших металів: осмію та ренію.
Потужність лампи залежить від того, який розмір нитки використовується. Тобто, залежить від довжини та товщини дроту. Так у лампи розжарювання 100 вт нитка матиме більшу довжину, ніж у лампи розжарювання 60вт.

Деякі особливості та призначення конструктивних елементів вольфрамової лампи

Кожна деталь в електролампі має своє призначення та виконує свої функції:

1. Ковба. Виготовляється зі скла, досить дешевого матеріалу, що відповідає основним вимогам:
   - Висока прозорість дозволяє пропускати світлову енергію і по мінімуму поглинати її, уникаючи додаткового нагрівання (цей фактор має першорядне значення для освітлювальних приладів);
   – жароміцність дає можливість витримувати високі температури внаслідок нагрівання від розжареної нитки (наприклад, у лампі 100 Вт колба нагрівається до 290°С, 60 Вт – 200°С; 200 Вт – 330°С; 25 Вт – 100°C, 40 Вт – 145°C);
   – твердість дозволяє витримувати зовнішній тиск під час відкачування повітря, і не руйнуватися при вкручуванні.
2. Наповнення колби. Сильно розріджене середовище дозволяє мінімізувати теплопередачу від нитки розжареної до деталей лампи, але посилює випаровування частинок розпеченого тіла. Наповнення інертним газом (аргон, ксенон, азот, криптон) виключає сильне випаровування вольфраму зі спіралі, не дає спалахувати нитки та мінімізує теплопередачу. Використання галогенів дозволяє вольфраму, що випарувався, повертатися назад у спіральну нитку.
3. Спіраль. Виготовляється з вольфраму, що витримує 3400°С, ренію – 3400°С, осмію – 3000°С. Іноді замість спіральної нитки в лампі використовується стрічка або тіло іншої форми. Дріт, що використовується, має круглий переріз, для зменшення габаритів і втрат енергії на тепловіддачу закручується в подвійну або потрійну спіраль.
4. Гачки-тримачі виготовляються із молібдену. Вони не дозволяють сильно провисати спіралі, що збільшилася від нагріву під час роботи. Їхня кількість залежить від довжини дроту, тобто від потужності лампи. Наприклад, лампа 100 Вт тримачів матиме 2 – 3 шт. У ламп розжарювання меншою потужністю тримачі можуть бути відсутніми.
5. Цоколь виготовляється з металу із зовнішнім різьбленням. Він виконує кілька функцій:
   - з'єднує кілька деталей (колбу, електроди та центральний контакт);
   - служить для кріплення у штепсельному патроні за допомогою різьблення;
   - є одним контактом.

Існує кілька видів та форм цоколів залежно від призначення освітлювального приладу. Існують конструкції, що не мають цоколя, але з постійним принципом роботи лампи розжарювання. Найпоширенішими видами цоколя є Е27, Е14 та Е40.

Ось деякі види цоколів, які застосовуються для різних типів ламп:

Крім різних видів цоколя є різні види колб.

Крім перерахованих конструктивних деталей, лампи розжарювання можуть мати деякі додаткові елементи: біметалічні перемикачі, відбивачі, цоколі без різьблення, різні напилення та ін.

Історія створення та удосконалення конструкції лампи розжарювання

За свою більш ніж 100-річну історію існування лампи розжарювання з вольфрамовою спіраллю, принцип роботи та основні конструкторські елементи майже не зазнали змін.
А почалося все в 1840 році, коли була створена лампа, яка використовує для висвітлення принцип розжарювання платинової спіралі.
1854 - перша практична лампа. Застосовувався посуд з відкачаним повітрям і бамбукова обвуглена нитка.
1874 - використовується в якості тіла розжарення вугільний стрижень, поміщений у вакуумний посуд.
1875 - лампа з декількома стрижнями, які розжарюються один за одним у разі згоряння попереднього.
1876 ​​- використання каолінової нитки розжарення, яка не вимагала відкачування повітря з судини.
1878 - використання вугільного волокна в розрідженій кисневій атмосфері. Це дозволяло отримувати яскраве освітлення.
1880 - створена лампа з вугільним волокном, що має час світіння до 40 годин.
1890 - використання спіральних ниток з тугоплавких металів (окису магнію, торію, цирконію, ітрію, металевого осмію, танталу) і наповнення колб азотом.
1904 - випуск ламп з вольфрамовою спіраллю.
1909 - наповнення колб аргоном.
З того часу минуло понад 100 років. Принцип роботи, матеріали деталей, заповнення колби мало змінилися. Еволюції зазнала лише якість використовуваних матеріалів при виробництві ламп, технічні характеристики та невеликі доповнення.

Переваги та недоліки ламп розжарювання перед іншими штучними джерелами світла

Для освітлення створено масу різних освітлювальних приладів. Багато хто з них винайдено в останні 20 – 30 років із застосуванням високих технологій, але звичайна лампа розжарювання все одно має ряд переваг або сукупність характеристик, які є більш оптимальними при практичному використанні:

1. Дешевизна під час виробництва.
2. Нечутливість до перепадів напруги.
3. Швидке запалювання.
4. Відсутність мерехтіння. Цей чинник дуже актуальний під час використання змінного струму частотою 50 гц.
5. Наявність можливості регулювання яскравості джерела світла.
6. Постійний спектр світлового випромінювання близький до природного.
7. Різкість тіней, як із сонячному освітленні. Що також є звичним для людини.
8. Можливість експлуатації в умовах високих та низьких температур.
9. Можливість виробництва ламп різної потужності (від кількох Вт до кількох кВт) та розрахованих на різну напругу (від кількох Вольт до кількох кВ).
10. Нескладна утилізація через відсутність токсичних речовин.
11. Можливість використання будь-якого виду струму із будь-якою полярністю.
12. Експлуатація без додаткових пускових пристроїв.
13. Безшумність роботи.
14. Не створює радіоперешкод.

Поряд з таким великим переліком позитивних факторів, лампи розжарювання мають і ряд істотних недоліків:

1. Головний негативний фактор – дуже низький ККД. Він досягає у лампи потужністю 100 Вт лише 15%, у приладу 60 Вт цей показник становить лише 5%. Одним із способів підвищення ККД є підвищення температури розжарення, але при цьому різко зменшується термін служби вольфрамової спіралі.
2. Короткий термін служби.
3. Висока температура поверхні колби, яка може досягати у 100-ватної лампи 300°С. Це становить загрозу для життя і здоров'я живих істот, і є пожежною небезпекою.
4. Чутливість до струсу та вібрації.
5. Використання термостійкої арматури та ізоляції струмопідвідних проводів.
6. Високе енергоспоживання (в 5 -10 разів більше від номінального) під час запуску.

Незважаючи на наявність суттєвих недоліків, електрична лампа розжарювання є безальтернативним приладом освітлення. Низький ККД компенсується дешевизною виробництва. Тому у найближчі 10 – 20 років вона буде цілком затребуваним товаром.

Рекомендуємо прочитати: