От лампы накаливания к люминесцентной лампе (стр. 2 из 6)

Световой КПД ламп накаливания, определяемый как отношение мощности лучей видимого спектра к мощности потребляемой от электрической сети, весьма мал и не превышает 4%.

Таким образом, основной недостаток ламп накаливания — низкая светоотдача. Ведь лишь незначительная часть потребляемой ими электрической энергии превращается в энергию видимых излучений, остальная часть энергии переходит в тепло, излучаемое лампой.

Принцип действия

Принцип действия ламп накаливания основан на преобразовании электрической энергии, проходящей через нить, в световую. Температура разогретой нити достигает 2600...3000 °С. Но нить лампы не плавится, потому что температура плавления вольфрама (3200...3400 °С) превышает температуру накала нити. Спектр ламп накаливания отличается от спектра дневного света преобладанием желтого и красного спектра лучей.

Колбы ламп накаливания вакуумируются или заполняются инертным газом, в среде которого вольфрамовая нить накала не окисляется: азотом; аргоном; криптоном; смесью азота, аргона, ксенона.

Рис. 4.1. Устройство и включение ламп накаливания

Устройство и работа ламп накаливания

Лампа накаливания (рис. 4.1) светится потому, что нить из тугоплавкой вольфрамовой проволоки раскаляется проходящим через нее током. Чтобы спираль быстро не перегорела, из стеклянного баллона выкачан воздух либо баллон заполнен инертным газом. Спираль укреплена на электродах. Один из них припаян к металлической гильзе цоколя, другой — к металлической контактной пластине. Их разделяет изоляция. Один из проводов присоединен к гильзе цоколя, а другой — к контактной пластине, как показано на рис. 4.1. Тогда ток, преодолевая электрическое сопротивление НИТИ, раскаляет ее.

Обозначения ламп накаливания

В обозначении ламп накаливания буквы означают: В — вакуумная; Г — газонаполненная; Б — биспиральная; БК — биспиральная криптоновая (имеет повышенную светоотдачу и меньшие размеры по сравнению с лампами В, Б и Г, но стоит дороже); ДБ — диффузная (с матовым отражательным слоем внутри колбы); МО — местного освещения.

За буквами следуют две группы цифр. Они указывают диапазон напряжений и мощность лампы.

Пример. "В 220...230-25" обозначает напряжение 220...230 В, мощность 25 Вт. В обозначении может также присутствовать дата выпуска лампы, например, IX2005.

Лампы мощностью до 150 Вт выпускаются:

- в бесцветных прозрачных баллонах (световой поток ламп не уменьшается);

- в матированных изнутри баллонах (световой поток ламп уменьшается на 3%);

- в опаловых колбах;

- окрашенных в молочный цвет баллонах (световой поток ламп уменьшается на 20%).

Лампы мощностью до 200 Вт изготавливают как с резьбовыми, так и со штифтовыми нормальными цоколями. Лампы мощностью более 200 Вт выпускаются только с резьбовыми цоколями. Лампы мощностью более 300 Вт выпускаются с цоколем диаметром 40 мм.

Примеры исполнения стандартных ламп накаливания

Рис. 4.2. Примеры исполнения ламп накаливания

Примеры исполнения ламп накаливания приведены на рис. 4.2. На рис. 4.2.а,б — лампы одинаковой мощности, но на рис. 4.2.а — газонаполненная с аргоновым, а на рис. 4.2.6 — с криптоновым наполнителем (криптоновая). Размеры криптоновой лампы меньше. Лампа на рис. 4.2.в. напоминает свечу. Такие лампы часто применяют в люстрах и настенных светильниках. На рис. 4.2.г,д,е изображены, соответственно, биспиральная, биспиральная криптоновая и зеркальная лампы.

Нормальные лампы накаливания

Нормальные лампы накаливания это лампы общего назначения напряжением 220В, мощностью до 1000 Вт в силикатных баллонах. Цветовая температура колеблется в зависимости от мощности и газозаполненности от 2500 до 2950К. При повышении температуры спирали возрастает яркость, но вместе с тем и сокращается срок службы. Сокращение срока службы является следствием того, что испарение материала, из которого сделана нить, при высоких температурах происходит быстрее, вследствие чего колба темнеет, а нить накала становится все тоньше и тоньше и в определенный момент расплавляется, после чего лампа выходит из строя. Световая отдача такой лампы крайне невысока – всего 17 люмен/ватт.

Зеркальные и декоративные лампы

Лампы в зеркальных колбах, или зеркальные лампы, имеют колбу специальной формы, на которую нанесен со стороны цоколя зеркальный слой. Остальная часть колбы матирована. Зеркальные лампы предназначены для освещения высоких помещений и открытых пространств, декоративного освещения. Неодимовые лампы используются там, где необходимо высокое качество цветопередачи.

Выпускаются также специальные лампы накаливания с зеркальным отражателем: термоизлучатели; кварцевые галогенные (КГ-220-1200); ИКЗК-220-500.Обозначения декоративных ламп специального назначения: БЛ — белые; Ж — желтые; 3 — зеленые; К — красные; О — опаловые.

Обозначения зеркальных ламп: ЗК — концентрированного светораспределения; ЗС — среднего светораспределения; ЗШ — широкого светораспределения; ЗКН — зеркальные из неодимового стекла концентрированного светораспределения; ЗШН — зеркальные из неодимового стекла широкого светораспределения.

Зеркальные лампы

Имеют параболоидную форму баллона, верхняя часть которого имеет зеркальное покрытие. Вольфрамовая нить свернута в спираль. Купол баллона слабо матирован для сглаживания бликов в световом пятне. В зависимости от типа колбы делятся на два семейства: зеркальные лампы SPOT с колбой из дутого стекла и зеркальные лампы типа PAR с колбой из прессованного стекла. Зеркальные лампы, излучающие направленный свет, являются самым простым светильником. Лампы имеют цветовую температуру 3200К.

Лампы – фары

Зеркальные лампы накаливания с определенной кривой светорассеивания при концентрации светового потока в угле порядка 20 градусов и большой осевой силой света. Выполнены они из двух сваренных стеклянных чечевицеобразных элементов, зеркального параболоидного отражателя и прозрачного рассеивателя с резко выраженным рифлением. Сваренный баллон наполнен инертным газом криптоном. Различают три вида ламп-фар: первый - в фокусе отражателя расположена вольфрамовая нить (цветовая температура 2900К), второй - в фокусе отражателя в качестве источника света расположена галогенная лампа (цветовая температура 3200К), третий- галогенная лампа в баллоне и рассеиватель с интерференционным покрытием для повышения цветовой температуры до 5000К.

Галогенная лампа (tungsten-halogen lamp)

Не надо путать эту лампу с металлогалоидной (metal-halide lamp).

Кварцевогаллогенные лампы - представляют собой лампы накаливания с телом накала из вольфрама, расположенным внутри кварцевой колбы, заполненной инертным газом или газами из группы галогенов. Выпускаются в двух исполнениях - компактные и протяженные. Галогенные лампы накаливания по структуре и принципу действия сравнимы с лампами накаливания, но они содержат в газе-наполнителе незначительные добавки галогенов (бром, хлор, фтор, йод) или их соединения. С помощью этих добавок возможно в определенном температурном интервале практически полностью устранить потемнение колбы (вызванное испарением атомов вольфрама) и обусловленное этим уменьшение светового потока. Поэтому размер колбы в галогенных лампах накаливания может быть сильно уменьшен, вследствие чего с одной стороны можно повысить давление в газе-наполнителе, и с другой стороны становится возможным применение дорогих инертных газов криптон и ксенон в качестве газов-наполнителей.

Присутствие галогенов тормозит испарение вольфрама, что увеличивает срок службы до 2000 часов. Кроме того, увеличивается светоотдача (около 25 люмен/ватт), а цветовую температуру можно поднять до 3400К (в номинальном режиме 3200К). Питание ламп осуществляется переменным или постоянным током. Номинальные напряжения 12, 24, 36 или 220 В. По форме лампы бывают прожекторного типа с телом накала в виде компактной спирали и трубчатые с телом накала в виде длинной спирали.

Криптоновая, неодимовая и т.д. лампа

Чтобы уменьшить скорость испарения вольфрама с нити накаливания, лампы накаливания наполняются газом. В дешевых лампах - смесью азота и аргона, в более дорогих - вместо аргона используется криптон, который имеет более низкую теплопроводность, или ксенон, который имеет еще более низкую теплопроводность. Если лампа - галогенная, то иодиды составляют примерно 1%, все остальное - инертные газы. Не путайте ксеноновые и т.д. лампы накаливания с ксеноновыми газоразрядными лампами - те из совершенно другой области.

Использование криптона или ксенона позволяет увеличить яркость спирали примерно на 10% при использовании криптона. Ксенон обычно используется в лампочках для карманных фонариков, яркость которых может быть почти в два раза больше яркости обычной лампы (вспомните, крупные буквы Xenon FlashBulb на упаковке). Помимо ксенона, эти лампочки работают на более высоком токе, чем обычные и т.д. Поскольку теплопроводность криптона/ксенона меньше, то лампочку можно сделать меньшего размера, что позволяет использовать ее в более тесном пространстве.

Во всем остальном эти лампы - все те же лампы накаливания.

Прогресс коснулся и стекла, из которого делаются колбы ламп. Один из последних писков моды - использование неодимового стекла. Многие фирмы производят подобные лампы, указывая, что это лампы для растений (Osram Flora, Chromalux Neodym, Eurostar Neodymium и т.д.).