Прообраз первой электрической лампочки разработал инженер А. Н. Лодыгин в 1874 году. Через 5 лет американский изобретатель Томас Алва Эдисон модернизировал прибор так, чтобы его можно было производить в промышленных масштабах. Оба открытия изменили быт не только соотечественников ученых, но и всего мира. Сегодня на рынке можно найти и светодиодные, и энергосберегающие, и другие источники света, но традиционная лампа накаливания остается конкурентоспособной и востребованной. В статье мы подробно расскажем об этом изобретении, а также дадим рекомендации, как выбрать надежную модель.
Принцип работы лампочки накаливания
Больше, чем за сотню лет, конструкция прибора практически не изменилась, усовершенствовали лишь материалы его изготовления. Кратко опишем, как он работает, чтобы в дальнейшем познакомить вас с его характеристиками. Ниже мы разместили рисунок, на котором изображено строение лампы накаливания. Материал взят из учебника по физике Перышкина А. В.
Главный элемент, от которого зависит работа лампы, — тело накала. Оно присоединено к электродам, и через него проходит электрический ток. От напряжения нить начинает нагреваться и светиться.
Чтобы получился комфортный для дома теплый желтый свет, температура внутри лампочки должна достичь минимум 2500 градусов. Поэтому в качестве металла, из которого изготавливают тело накала, используют вольфрам. Чтобы увеличить полезную площадь излучения, вольфрамовую проволоку скручивают в спираль или используют несколько металлических ленточек.
От воздействия среды тело накала защищает колба из натриево-кальциевого силикатного стекла. Мы привыкли, что она имеет традиционную грушевидную форму, но модельный ряд представлен необычными свечеобразными, грибовидными или шаровыми изделиями.
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.
Как выбрать лампочку накаливания: обзор технических параметров
Для использования лампы в быту нужно знать ее основные характеристики. Производитель обязан их указать на упаковке.
- Мощность
(Вт, W) — количество потребляемой электроэнергии. Для бытовой лампы достаточно 40-60 Вт. Именно на такую величину рассчитаны осветительные приборы. Если параметр будет меньше, в помещении останется темно, если больше — испортится светильник.
- Люмен
(Lm) — яркость света. Сама по себе величина не дает потребителю никакой существенной информации, но показатель используют для сравнения эффективности лампочки накаливания с другими источниками света.
- Вольты
(В, V) — напряжение электросети, от которого работает изделие. Как правило, величина равна 220. Если указан диапазон от … до …, значит прибор устойчив к скачкам напряжения.
- Часы
(h) — рабочее время лампочки.
- Размер цоколя
. О данном параметре мы поговорим ниже
2.3. Специальные лампы накаливания производства Германии
2.3.1. Лампы SPECIAL OVEN для духовых шкафов, каплевидные и грушевидные
Рис. 6. Лампы SPECIAL OVEN для духовых шкафов
| Тип | Рисунок | Мощность, Вт | Цоколь | Световой поток, лм | Длина l, мм | Диаметр, мм |
| TR IM 300 GD 40 | 1 | 40 | E14 | 400 | 80 | 45 |
| BFM KL 300 GD 15 | 2 | 15 | E14 | 85 | 50 | 22 |
2.3.2. Лампы грушевидной формы, матовые и прозрачные
Рис. 7. Лампы грушевидной формы, матовые и прозрачные
| Тип | Рисунок | Мощность, Вт | Цоколь | Световой поток, лм | Длина l, мм | Диаметр, мм |
| BFM IM 15 | 1 | 15 | E14 | 110 | 57 | 26 |
| BFM IM 25 | 1 | 25 | E14 | 190 | 57 | 26 |
| BFM KL 15 | 2 | 15 | E14 | 110 | 57 | 26 |
| BFM KL 25 | 2 | 25 | E14 | 190 | 57 | 26 |
2.3.3. Лампы для освещения помещений при просмотре телепрограмм SPECIAL TV
| Тип | Рисунок | Мощность, Вт | Цоколь | Длина l, мм | Диаметр, мм |
| BFM BLAUGLAS 25 | 7 — 3 | 25 | E14 | 74 | 32 |
2.3.4. Лампы цилиндрической формы, прозрачные и матовые
Рис. 7. Лампы цилиндрической формы
| Тип | Рисунок | Напряжение, В | Мощность, Вт | Цоколь | Световой поток, лм | Длина l, мм | Диаметр, мм |
| ROE 2 KL 25 | 1 | 220 | 25 | E14 | 165 | 115 | 20 |
| ROE 3 IM 25 | 2 | 220 | 25 | E14 | 195 | 100 | 30 |
| ROE 3 IM 40 | 2 | 220 | 40 | E14 | 380 | 100 | 30 |
| ROE 6 IM 40 | 3 | 220 | 40 | E14 | 380 | 73 | 30 |
| ROE 1 KL 15 24V | 4 | 24 | 15 | E14 | 150 | 85 | 20 |
| ROE 1 KL 15 40-42V | 4 | 42 | 15 | E14 | 130 | 85 | 20 |
Виды лампочек накаливания
Стандарты безопасности и маркировка изделий определяются ГОСТом Р 52712-2007. Мы не будем детально изучать технические нормативы всех типов приборов, но приведем классификацию в соответствии с потребительскими нуждами.
По типу наполнения баллона
Колбы бывают вакуумные
и газополные. В первом случае из баллона выкачивают воздух, чтобы вольфрам не окислялся. Но в вакууме он начинает испаряться, проволока становится тонкой и рвется. От испарения также стекло становится мутным и свет тускнеет. Такие лампы изготавливаются мощностью до 40 Вт и могут быть источником лишь дополнительного освещения.
В газополных
образцах газовые частицы препятствуют выходу вольфрамовых молекул из нити. Согласно экспериментальным данным, лампочка должна оставаться целой до 1000 часов. Но производители делают погрешность на окружающие условия, и эта цифра может увеличиться или уменьшиться на 50%.
Иногда в колбу добавляют йод или бром. Атомы вольфрама после испарения вновь возвращаются на тело накала. Такой внутренний состав баллона повышает работоспособность изделия до 2000-3000 часов и увеличивает температуру спирали, повышая тем самым осветительную способность.
По сфере применения
Требования к лампочкам в той или иной области регламентируются соответствующими ГОСТами, поэтому мы не будем дублировать содержание нормативных документов, а только перечислим сферы использования приборов:
- Общее назначение — для уличного освещения зданий и открытых пространств.
- Местное освещение — для жилых и рабочих помещений.
- Транспортные — для автомобилей, судов, самолетов и железнодорожного транспорта.
- Миниатюрные и сверхминиатюрные — для сигнальных приборов, пультов управления, переносных фонарей.
- Специализированные — для использования в узкой сфере. Например, кинопроекционные, маячные и т.д.
По форме цоколя
Размер и характеристика резьбы определяют, подойдет лампочка к патрону или нет. Чтобы покупатель не ошибся, производители разработали единую маркировку цоколя. Она состоит из трех условных символов.
Первая заглавная буква
обозначает тип цоколя:
- E — Эдисона;
- G — штырьковой;
- R — с утопленными контактами;
- B — штифтовой (байонет);
- S — софитный;
- P — фокусирующий;
- T — телефонный;
- K — кабельный;
- W — безцокольные лампы.
Цифры
— диаметр резьбы в мм.
Прописные или заглавные литеры
— количество контактных пластин, штырьков или гибких соединений:
- s — один.
- d — два.
- t — три.
- q — четыре.
- p — пять.
Самые распространенные в быту виды цоколей Е14
(миньон) и
Е27
.
По покрытию стекла
Колба может быть прозрачной или со специальным напылением. Важно понимать, что при покраске баллона снижается осветительная способность прибора: при матовом покрытии — на 3%, при белом — на 20%.
Измерение светового потока
Существует измеритель светового потока, называемый люксметром. Польза прибора для измерения светового потока неоценима в тех случаях, когда существуют заданные параметры освещенности в помещении. Например, освещенность детской комнаты должна быть 200 лк (люкс), а для спален, гостиных и кухонь комфортной считается освещенность в 150 лк.
Ориентироваться на характеристики, указываемые на упаковке лампочек, можно, допуская большую долю погрешности. Особенно указанием неточных данных светоотдачи грешат китайские производители, склонные завышать характеристики своей продукции.
Большинство смартфонов оснащены встроенными датчиками, автоматически изменяющими яркость свечения экрана, в зависимости от уровня освещенности. Достаточно установить на смартфон программу «Люксметр», чтобы иметь возможность измерить освещенность в помещении.
Единица измерения светового потока
Мощность светового потока измеряется в люменах (лм). 1 лм равен потоку света, излучаемому в пределах телесного угла, точечным источником с силой в 1 кд. (кандела).
Определяющие формулы
Многообразие величин, характеризующих источники света, невозможно уяснить, не вникнув в суть того, как одни физические характеристики переходят в другие, и какие зависимости существуют между ними. Для этого используют несколько определяющих формул:
- Световой поток:
- Сила света:
- Освещенность общая:
- Освещенность в конкретной точке поверхности, не перпендикулярной источнику света:
- Освещенность горизонтальной поверхности:
- Освещенность вертикальной поверхности:
- Светимость (для определения количества света, излучаемого плафонами люстр):
Редкий потребитель будет досконально вникать в эти формулы, рассчитывая величины, перед тем, как купить лампочку.
Цветовая температура светового потока
Комфортность нахождения в помещении определяется не только уровнем его освещенности, но и оттенком света, который излучают источники света. Эта характеристика лампочек называется цветовой температурой.
Человеческий глаз более адаптирован к восприятию длинноволнового светового излучения, в котором расположены красные и оранжевые цвета. Гораздо хуже он воспринимает коротковолновое излучение, располагающееся в синем и фиолетовом участках спектра. Свет с голубоватым оттенком воспринимается глазом как резкий, надоедливый. Вызывает быстрое утомление.
Учитывая эти особенности, производители маркируют все источники света понятными потребителю наименованиями:
- теплый;
- дневной;
- холодный.
По существу, речь идет о коммерческом обозначении температуры цветового потока. Чем цветовая температура ниже – тем более «теплый», приятный для зрения свет излучает лампочка.
Наглядно представлено восприятие человеком одного и того же интерьера (пейзажа) при различной цветовой температуре на рисунке:
РИСУНОК 1
Различие восприятия картинки в зависимости от цветовой температуры
Рекомендации по выбору лампочки
При покупке лампочки ориентируются в первую очередь на величину цоколя и мощность. Эти два параметра легко определить по старому, перегоревшему источнику света.
Специально для любителей традиционных лампочек выпускаются филаментные устройства на светодиодах, похожие по форме, но выгодно отличающиеся своими характеристиками
Если вы выберете устройство меньшей мощности, то световой поток будет слабее, если большей, то рискуете целостностью плафонов – они могут деформироваться из-за высокой температуры нагрева.
Кроме технических характеристик стоит обратить внимание на качество изготовления лампы. Предпочтение стоит отдать изделиям с широким контактом цоколя, пропаянным токопроводом, стабильно закрепленной нитью накала.
Особенности
Электролампы накаливания производятся в диапазоне мощностей от 25 Вт до 150 Вт, они могут использовать сетевое напряжение 220 и 380 В. Стандартный период работы типичной лампы на 60 Вт составляет 1000 часов. Спектральный оттенок ее света – желтый.
Помимо технологии производства и мощности, электролампы классифицируют по типу их цоколя, или металлического основания прибора. Кстати, литера «Е» означает классический типоразмер цоколя, он получил свое название в честь изобретателя классической лампочки Эдисона. Цифра 27 указывает на диаметр цоколя – это классический вариант для ламп еще со времен СССР, часто используемый по сей день. Такого рода лампы наиболее популярны, их применяют практически повсеместно, и большинство современных осветительных электроприборов на российском рынке рассчитаны именно на такие лампы 60 Вт.
«Ламповая классика» отличается наиболее выгодной для покупателя ценой, несложным устройством и надежной конструкцией. Это устройство привычно подавляющему большинству людей.
Но у лампы накаливания Е27 60 Вт все же не лишена и собственных недостатков. Например, эта лампа зачастую уступает по долговечности своим более современным конкурентам. Дело в том, что элемент накаливания, выполненный из вольфрама, неизбежно изнашивается и может выйти из строя. Кроме того, в ходе эксплуатации ламповая колба имеет обыкновение темнеть за счет накопления внутри особого газа. Это отрицательно сказывается на яркости света.
