Устройство лампы с нитью накала
Еще до недавнего времени лампы накаливания (ЛН) использовались повсеместно и сейчас их все еще покупают – они могут работать как “во всю силу”, ярко освещая помещение, так и снижать яркость с помощью диммера. Из-за распространенности традиционных лампочек среди населения с их конструкционными особенностями знакомы многие.
Причем часто приходилось «знакомиться» по причине выхода источника света из строя: перегорала вольфрамовая нить, лопалось стекло или колба вылетала из цоколя.
Некоторые производители использовали более надежные и проверенные материалы и относились к выпуску лампочек накаливания настолько ответственно, что их продукция работает уже на протяжении нескольких десятилетий. Но это скорее исключение, чем правило – сегодня никаких гарантий на продолжительный срок эксплуатации не дается.
Схематическое изображение лампы с указанием основных деталей. Конструкция источника искусственного освещения с момента изобретения почти не изменилась, совершенствовались только материалы и состав газа, наполняющего колбу
Главный действующий элемент – так называемое тело накала, закрепленное на держателях и присоединенное к электродам. В момент подключения электроэнергии через него проходит напряжение, вызывающее одновременно нагрев и свечение. Чтобы излучение стало видимым, температура нагрева должна достигнуть 570 °С.
Наиболее устойчивым к высокой температуре металлом признан вольфрам. Он начинает плавиться при нагреве до 3422 °С. Чтобы максимально увеличить площадь излучения, но сократить объем тела накала внутри стеклянной колбы, его скручивают в спираль.
Привычный комфортный свет желтого оттенка, который создает уют в доме и по визуальной оценке является «теплым», возникает при нагреве нити до 2830-2850 °С
Для защиты вольфрама от процесса окисления, характерного для металлов, из колбы откачивают воздух и заменяют его вакуумом или газом (криптоном, аргоном и пр.). Технология наполнения вакуумом устарела, для бытовых ламп чаще всего применяют смесь азота и аргона или криптон.
В результате тестирования была выявлена минимальная продолжительность горения лампы – 1 тысяча часов. Но, учитывая случайные причины, выводящие приборы из строя раньше времени, допускается, что нормативы распространяются лишь на 50% продукции из каждой партии. Время работы второй половины может быть больше или меньше – в зависимости от условий использования.
Характеристики осветительных приборов
Активное развитие современных технологий привело к созданию самых разнообразных лампочек, а также к осложнению выбора лучшего прибора для дома. Если раньше почти везде применялись классические лампы накаливания, то сейчас используемых разновидностей стало больше.
Все виды электрических лампочек для дома имеют одинаковый набор характеристик. Эти параметры связаны с тем, какое освещение будет создаваться в помещении и насколько комфортно и безопасно оно будет для человеческого глаза.
Основными характеристиками осветительных устройств являются:
Мощность лампы. Показывает, сколько электроэнергии потребляет устройство
Важно не перепутать – от мощности не зависит яркость свечения. Она определяется другими параметрами
Галогенные устройства
К этим источникам искусственного света относятся газонаполненные лампы накаливания. В них в инертный газ, заполняющий колбу, добавлены вещества-галогены – йод, бром, хлор и пр. С раскаленной нити накаливания испаряется металл и оседает на стенках колбы. При этом:
- снижается толщина нити;
- металл на стекле колбы уменьшает ее прозрачность – падает световой поток.
Испарившиеся атомы металла вещества-галогены связывают в «окислы». Они, попадая на раскаленный металл тела накаливания, распадаются и металл оседает на поверхность нити. В результате срок жизни устройства увеличивается в 3-4 раза, «белеет» оттенок свечения.
Галогенная лампа накаливания с двойной колбой и резьбовым цоколем Эдисона Е27.
Внутри грушевидной стеклянной колбы капсюльная галогенная малогабаритная лампа размещена на арматуре обычной лампы накаливания.
Автомобильная галогенная лампа накаливания в трубчатой колбе с софитным цоколем. Он обеспечивает работу в условиях вибрации и ударов небольшой силы.
Галогенная модель с рефлектором-отражателем и защитным стеклом в колбе типа MR со штыревым цоколем GU 5.3.
G – glass – перевод с английского языка – стекло, U – вариант конструктивного исполнения цоколя, 5.3 – расстояние между осями штырьков в миллиметрах.
Классификация
Лампы накаливания
В недавнем прошлом наиболее распространённый тип. Осветительные приборы данного вида могут использоваться как на стационарных, так и на портативных устройствах (например, ручные фонарики).
Свет испускает нагретая вольфрамовая нить, помещённая в колбу (баллон), из которого откачан воздух (отсюда термин «вакуумные»).
Лампы накаливания по составу газа в баллоне разделяют на собственно вакуумные, криптоновые, галогенные.
Вакуумные
Поверхность колбы может быть как прозрачной, так и матовой, что позволяет получить более мягкий свет без использования защитного колпака. Также, верхняя часть баллона может быть покрыта зеркальной краской, чтобы направить световой поток вниз (при потолочном освещении).
Лампы для переносных источников работают от напряжения 12, 24, 36 В.
Для стационарных – 220 В, 50 Гц (городская электрическая сеть).
Основной минус подобных источников света – низкий КПД: только 2-3% идёт на освещение. Остальная энергия рассеивается в виде тепла (отсюда и низкий показатель светоотдачи).
Тип используемого крепления – цоколь Эдисона (Е-цоколь); различается по своему диаметру (в мм), указываемому в маркировке:
- Е10 – используется для карманных фонариков;
- Е14, также называемый «миньён» (маленький);
- Е27 – стандартный;
- Е40 используется для наружного освещения;
Плюсы:
- широкое распространение оборудования;
- низкая цена;
- удобство монтажа;
Минусы:
- низкий КПД;
- малая длительность работы (500–1000 ч.);
- пожароопасность (нельзя использовать в пластиковых и деревянных конструкциях);
Характеристики:
| Цоколь | Е |
| Мощность | 5 – 500 Вт |
| Светоотдача | 7–17 лм/Вт |
| Цветопередача Ra | более 90 |
| Световая температура | 2700 К |
| Стоимость | от 10 р. |
| Срок службы | 500–1000 ч. |
Криптоновые лампы
Лампа накаливания, в баллон которой добавлен криптон (инертный газ). Обладают меньшими габаритами и большим временем работы по сравнению с вакуумными (1000–2000 ч.), не чувствительны к перепадам напряжения.
Характеристики:
| Цоколь | Е |
| Мощность | 5 – 500 Вт |
| Светоотдача | 8–19 лм/Вт |
| Цветопередача Ra | более 90 |
| Световая температура | 2700 К |
| Стоимость | от 40 р. |
| Срок службы | 1000–2000 ч. |
Галогенные лампы
Как следует из названия, колба содержит пары галогенов (элементов 17 группы таблицы Менделеева – брома или йода). Добавление этих газов позволяет значительно увеличить время работы и повысить светоотдачу, по сравнению с вакуумными аналогами.
Используется Е- или G-цоколь (см. люминесцентные лампы).
Плюсы:
- Срок службы до 2000-4000 ч..
- Малые размеры, возможность применения в гипсокартонных конструкциях (например, подвесной потолок).
Минусы:
- Чувствительность к загрязнению (установку необходимо производить в перчатках, при попадании жира на поверхность колбы, прибор очень быстро выходит из строя).
- Чувствительность к перепадам напряжения.
В настоящее время, разработан новый тип галогенных источников с инфракрасным покрытием, которое пропускает видимый свет и отражает тепловое излучение, они имеют сниженное энергопотребление и увеличенное время эксплуатации по сравнению с аналогами без покрытия.
Характеристики:
| Цоколь | Е, G |
| Мощность | 20 – 1500 Вт |
| Светоотдача | 14–30 лм/Вт |
| Цветопередача Ra | более 90 |
| Световая температура | 3700 К |
| Стоимость | от 20 |
| Срок службы | 2000–4000 ч. |
https://youtube.com/watch?v=E9oaTwxocK0
Лампы для улицы: светодиодные источники света
На сегодняшний день это самый экономичный тип лампочек, который с одинаковым успехом может использоваться как для внутреннего освещения на даче, так и для наружного. С этой точки зрения это довольно привлекательные источники света, позволяющие экономить достаточно много энергии – судите сами, светодиодные лампы для освещения улицы мощность всего 10Вт приравниваются к аналогичной лампе накаливания с потреблением в 80Вт. Это, конечно, если вести разговор о качественных источниках света данного типа – у дешевых китайских товаров данного типа показатели совсем другие, но даже они позволяют говорить о существенной экономии энергетических ресурсов.
Мало того, потребление светодиодных ламп может быть настолько низким, что их работу вполне в состоянии обеспечивать небольшие солнечные панели, которые, как правило, встраиваются в светильник. С такими осветительными приборами для дачи для улицы уже даже можно вести речь об энергонезависимости – мало того, такие светильники достаточно просто автоматизируются. Они отлично могут включаться и выключаться самостоятельно, реагируя на движение или освещенность.
Энергосберегающие лампы для улицы фото
Это, конечно, все хорошо, но и эти лампы, как говорится, не без недостатков – их не много, но для кого-то они могут показаться достаточно существенными.
- Высокий срок эксплуатации. Почему это недостаток? Да потому что это просто миф – производитель заявляет о 100 000 часах работоспособности. Как минимум при нормальном использовании это 11 лет, противоречащие даже сроку гарантии, который сами же производители устанавливают (не более чем в 5 лет).
- Все светодиодные лампы без исключения, а вернее сами светодиоды, обладают так называемым эффектом деградации, при котором источники света со временем выгорают – сначала они тускнеют, а потом и вовсе гаснут.
- Третий момент, а вернее недостаток, это несколько неправильный свет, к которому могут привыкнуть не все люди – для получения привычной освещенности может даже понадобиться большее количество светодиодных лампочек. В принципе, для улицы это не такая уж и проблема.
- Настоящая проблема заключается в том, что светодиодное освещение, мягко говоря, искажает реальное виденье объектов. В принципе, с этим явлением производители борются и довольно успешно – к примеру, современные светодиоды нового поколения COB уже практически не искажают очертания предметов.
-
Боязнь перепадов напряжения – этот вопрос решается оснащением светодиодной лампы импульсными источниками питания, что сказывается на стоимости ламп не в пользу покупателя. Хорошие светодиодные лампы, способные работать действительно долго, стоят очень дорого.
И, естественно, такой момент, как чувствительность к отрицательным температурам, который выражается в сокращении срока службы ламп – при контакте светодиода с холодной окружающей средой выгорание кристаллов светодиодов происходит быстрее. Опять-таки, здесь многое зависит от их качества и типа – к примеру, все те же COB менее чувствительны к отрицательной температуре.
В принципе, можно рассмотреть и другие лампы для уличного освещения – если говорить о газоразрядных источниках света, то в зависимости от газа в трубках, их можно классифицировать на довольно большое количество подвидов. Одни из них лучше работают в условиях улицы, другие несколько хуже и это «несколько» довольно несущественно
Здесь гораздо интереснее сам принцип получения свечения – в этом отношении следует обратить внимание на так называемые индукционные лампы. Это практически та же люминесцентная лампа, только здесь ионы газа заставляют светиться не путем пропускания через них электрического тока, а методом воздействия на них магнитным полем. Внутри таких ламп контакты и спирали отсутствуют, благодаря чему на сегодняшний день это самый долговечный источник света
Внутри таких ламп контакты и спирали отсутствуют, благодаря чему на сегодняшний день это самый долговечный источник света.
Что собой представляют люминесценты
Люминесцентная лампа – это газоразрядный искусственный источник излучения, пригодный для освещения жилых помещений. Демонстрирует хорошую эффективность и по уровню светоотдачи превышает возможности классических приборов накаливания.
Первые люминесценты имели вид удлиненной, запаянной с двух сторон, цилиндрической трубки с парами ртути. Сейчас производители изготовляют лампы более оригинальных форм
Подразделяются на приборы высокого и низкого давления. Первые применяются для уличного освещения, а вторые предназначаются для жилых помещений. Срок службы, заявленный производителем, составляет 5 лет при условии, когда количество включений в день не превышает 5 раз.
Гамма свечения в люминесцентах невероятно широка и включает в себя все оттенки белого в диапазоне от самого холодного до естественного и теплого
Устройство и нюансы функционирования. Конструктивно лампа люминесцентного типа, в зависимости от исполнения, состоит из трубки или колбы с одним или двумя цоколями, располагающимися по краям.
Наполняется ртутными парами. После активации между электродами, находящимися в колбе, проявляется тлеющий разряд и в ртутной среде создается ультрафиолетовое излучение. Люминофорное покрытие, располагающееся внутри, преобразует его в насыщенное световое излучение, воспринимаемое человеческим глазом.
Модуль люминесцентного типа, подключенный к системе питания посредством электронного пускорегулятора, практически не гудит в процессе эксплуатации и не мерцает
Понижают значения базового токопотока до корректных показателей электромагнитные или электронные пускорегуляторы или балласты. Без этих дополнительных элементов полноценная работа ламп невозможна.
Плюсы модулей. В списке достоинств люминесцентов находятся следующие характеристики:
- эффективная светоотдача;
- более высокий уровень КПД;
- эксплуатационная стойкость;
- хорошая мощность и плотность светопотока;
- обширный спектр свечения в теплом, и холодном диапазонах;
- срок службы около 5 лет при соблюдении необходимых условий.
Разумное потребление энергии, в 5 раз меньшее, нежели у ламп накаливания, позволяет отнести люминесцентные изделия к числу экономичных источников излучения. Они дают возможность качественно освещать крупногабаритные помещения, не переплачивая при этом по счетам за коммунальные услуги.
В процессе работы колбовый элемент люминесцента разогревается до температуры не более 50 градусов. Благодаря этому моменту, лампы допускаются для эксплуатации в жилых комнатах, где пожарная безопасность особенно важна
Недостатки приборов. Среди негативных качеств изделий более сложная схема включения, предусматривающая наличие пусковых элементов. А также ограниченная 150 Вт единичная мощность и заметное снижение насыщенности светопотока в конце эксплуатационного периода.
Балласты, без которых люминесцентная лампа не способна функционировать, провоцируют существенную потерю энергии, составляющую 25-35% от мощности источника света
Кроме того, приборы реагируют на понижение температуры и при слишком низких показателях гаснут и не включаются. В процессе работы они издают специфические акустические помехи и пульсируют, оказывая негативное влияние на глаза присутствующих в помещении, а при падении сетевого напряжения на 10 и более процентов от номинала перестают зажигаться.
Ртуть, содержащаяся внутри, серьезно усложняет процесс утилизации ламп. Отправить их в обычный мусорный контейнер возле дома не представляется возможным. Ведь при нарушении целостности колбы вредное вещество попадает в атмосферу и выделяет токсичные пары, негативно влияющие на человека и окружающую природу.
Корректную утилизацию осуществляют специально уполномоченные предприятия, но прием ламп там происходит в определенные дни и пользователю приходится подгадывать время, чтобы избавиться от люминесцентов, отработавших положенный срок.
Светодиодные лампы
Основой современной светодиодной лампы являются сверхъяркие светодиоды. Источник света – процесс рекомбинации носителей электрических зарядов в полупроводниковых металлах p- и n- типа – электронов и «дырок».
Цвет свечения зависит от полупроводникового материала и его легирования. Белый оттенок получают преобразованием синего света светодиода в желтом люминофоре, которым покрывают кристалл. Меняя толщину люминофора и его состав получают любой оттенок белого свечения.
Светодиодная лампа нового типа, получившая название филаментная. Цоколь Е27. Желтые полоски – цепочки светодиодов на сапфировом стержне, залитые люминофором.
Лампы накаливания
Такой вариант искусственного освещения характеризуется образованием света от тела накала, которое нагревается до высоких температурных показателей под воздействием электрического тока.
Конструкция может быть очень разнообразной, что напрямую зависит от назначения или условий эксплуатации, но обязательными элементами всегда являются стеклянная колба или баллон, тело накала, крючковые держатели, ножка, токовые вводы и предохранитель, а также стандартный корпус, изолятор и контакты донышка в цокольной части.
Преимущества таких ламп представлены:
- высоким цвет-передающим индексом;
- доступной стоимостью;
- небольшими размерами;
- отсутствием необходимости применять пускорегулирующие устройства;
- мгновенным зажиганием;
- низкой чувствительностью к перебоям в напряжении;
- отсутствием токсичного воздействия на окружающих.
Характеристики
Лампы различаются друг от друга конструкцией и техническими характеристиками
Для потребителя важно знать свойства тех или иных источников света. Ознакомимся с ними подробнее
Мощность. Измеряется в Вт. Мощность говорит о количестве электричества, которое потребляет источник света. Чем она больше, тем ярче светит лампочка. Одновременно большая мощность говорит о больших расходах на электроэнергию и размере счетов за нее.
Поскольку номинальная мощность напрямую зависит от конструкции, то для сравнения разных типов ламп удобнее использовать другую характеристику – световой поток.
Световой поток. Измеряется в лм. Световой поток показывает, насколько ярко светит лампочка. Новые модели источников света (люминесцентные и светодиодные) имеют большую яркость при меньшей мощности. Именно за счет этого достигается энергосбережение.
Сравнительная характеристика мощностей самых популярных бытовых лампочек со световым потоком 1200 лм приведена в таблице.
Таким образом, при равном световом потоке мощность светодиодных ламп более чем в пять раз меньше, чем у ламп накаливания.
Светоотдача. Измеряется в лм/Вт. Светоотдача показывает световой поток в расчете на 1 Вт мощности. Также удобный параметр для сравнения разных типов осветительных приборов. Чем больше светоотдача, тем меньшая мощность обеспечивает максимальную яркость.
Коэффициент цветопередачи (Ra, CPI). Показывает, насколько искажаются реальные цвета при искусственном освещении. Обозначается цифрами от 1 до 100. Чем ниже значение коэффициента, тем сильнее искажаются оттенки. Индекс 100 означает, что цвета передаются максимально точно. Для зрения в помещении безопаснее использовать источники света с Ra не менее 80.
Цветовая температура. Измеряется в К. Определяет теплоту света, ведь разные цвета в зависимости от освещения воспринимаются глазом по-разному.
Цветовая температура
Различают несколько типов цветовых температур:
- 2700-3200 – теплый белый;
- 3300-4000 – нейтральный белый;
- 4000-5000 – холодный белый;
- 5000-6000 – дневной свет;
- свыше 6000 – холодный дневной.
Цветовая температура заметно влияет на настроение и работоспособность человека. При выборе ламп, особенно для домашнего и рабочего использования, внимательно изучите маркировку. Помните, что теплый цвет способствуют расслаблению, а холодные – бодрости и работоспособности. Но в больших количествах холодный свет угнетает нервную и зрительную систему. Подробнее можно почитать в статье о цветовой температуре
Срок службы. Это количество часов, которое прослужит источник света. На упаковке обычно указывается срок службы при работе в идеальных условиях. В реальных он может отличаться от заявляемого производителем. Сроки службы популярных бытовых лампочек приведены в таблице.
К тому же у многих моделей источников света со временем падает яркость. Это происходит из-за физических процессов, которые делают возможным само свечение. К таким лампам относятся светодиодные, газоразрядные.
Угол рассеивания света. Это угол, на который расходится световой поток. Лампа накаливания светит во все стороны на 360⁰. Но не все виды источников света могут похвастаться тем же. Например, из-за конструктивных особенностей led (и других типов) угол рассеивания составляет от 30⁰ до 360⁰.
Угол рассеивания света
Исходя из задачи светильника, выбирается оптимальный угол. Для точечной подсветки достаточно 30⁰, а для общего освещения лучше выбирать максимальный угол.
Коэффициент пульсации (мерцания). Характеризует равномерность освещения. Измеряется в процентах. Чем меньше коэффициент, тем ровнее световой поток, тем меньше будут уставать глаза. В идеале для дома и офиса стоит выбирать источники света с коэффициентом пульсации около 5%. Лампы с коэффициентом свыше 35% опасны для зрения.
Шифры для ламп других разновидностей
Помимо люминесцентных, большой популярностью у отечественного потребителя пользуются, конечно же, и лампочки накаливания. Также на рынке в широком ассортименте сегодня представлены светодиодные модели. В связи с этим у потребителя может возникнуть вопрос о том, какая маркировка не относится к люминесцентным лампам.
К примеру, у светодиодных моделей, помимо мощности (W), типа цоколя, цветовых показателей и напряжения в шифре может присутствовать коды:
-
предельно допустимой эксплуатационной температуры (обычно от +40 до -40 °С);
-
длительности периода эксплуатации (обычно 50 тыс. часов).
Код вида колбы у светодиодных ламп отличается от шифра люминесцентных. В данном случае обозначение идет после буквы А.
В коде лампочки накаливания обычно содержится одна или две кириллические буквы и пять цифр. Литеры при этом означают тип модели (В — вакуумная, Б — биспиральная, Ш — шарообразная, БО — биспиральная аргоновая с опаловой колбой и пр). Первые три цифры в маркировке такого оборудования указывают на рабочее напряжение, две последние — на мощность. Иногда в шифре таких лампочек присутствует и дата их выпуска.
Виды энергосберегающих ламп
Когда на рынке появились компактные виды энергосберегающих ламп, это произвело настоящую революцию в светотехнике. Разнообразие их видов очень велико. Они различаются не только по мощности, но и по форме разрядных трубок. Кроме того, удалось устранить главные неудобства люминесцентных ламп — их громоздкие размеры и невозможность использовать обычные нарезные патроны. Теперь ПРА вмонтированы в ламповый цоколь, а длинная трубка свернута в компактную спираль. Достоинства люминесцентной энергосберегающей лампы очевидны: нет нужды устанавливать электронный балласт для запуска, пользуясь специальными светильниками. Однако, как и у остальных люминесцентных ламп, у нее имеются недостатки:
- плохая работа при низких температурах (при —10 °С и ниже они начинают тускло светить);
- долгое время запуска (от нескольких секунд до нескольких минут);
- наличие низкочастотного гула от электронного балласта;
- несовместимость со светорегуляторами;
- дороговизна;
- непереносимость частого включения и выключения;
- наличие вредных ртутных соединений в составе (такие лампы требуют специальной утилизации);
- мерцание при использовании выключателей с индикаторами подсветки.
- как бы ни старались производители, свет люминесцентных ламп пока не очень похож на естественный и режет глаза.
Кроме энергосберегающих ламп с ПРА существует также множество разновидностей без встроенного электронного балласта. Они отличаются видом цоколя.
Дуговая ртутная лампа высокого давления (ДРЛ) вырабатывает свет путем дугового разряда в парах ртути. Такие лампы запускаются с помощью ПРА. Они обладают высокой светоотдачей: на 1 Вт приходится 50 — 60 лм. Недостатком является спектр свечения: свет этих ламп холоден и резок. Лампы ДРЛ чаще всего используются для уличного освещения в светильниках типа «кобра».
