лампа накаливания Воронин Гриша 9В конструкция • Лампа накаливания состоит из цоколя, контактных проводников, нити накала, предохранителя и стеклянной колбы, заполненной буферным газом и ограждающей нить накала.
Download ReportTranscript лампа накаливания Воронин Гриша 9В конструкция • Лампа накаливания состоит из цоколя, контактных проводников, нити накала, предохранителя и стеклянной колбы, заполненной буферным газом и ограждающей нить накала.
Slide 1
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 2
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 3
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 4
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 5
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 6
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 7
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 8
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 9
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 10
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 11
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 12
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 13
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 14
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 15
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 16
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 17
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 18
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 19
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 20
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 21
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 22
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 23
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 24
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 25
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 26
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 27
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 28
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 29
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 30
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 31
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 32
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 33
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 34
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 35
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 36
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 37
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 38
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 39
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 40
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 41
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 42
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 43
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 44
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 45
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 46
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 47
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 48
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 2
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 3
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 4
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 5
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 6
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 7
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 8
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 9
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 10
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 11
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 12
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 13
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 14
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 15
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 16
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 17
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 18
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 19
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 20
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 21
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 22
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 23
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 24
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 25
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 26
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 27
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 28
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 29
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 30
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 31
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 32
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 33
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 34
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 35
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 36
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 37
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 38
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 39
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 40
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 41
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 42
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 43
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 44
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 45
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 46
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 47
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса
Slide 48
лампа накаливания
Воронин Гриша 9В
конструкция
• Лампа накаливания состоит из цоколя,
контактных проводников, нити накала,
предохранителя и стеклянной колбы,
заполненной буферным газом и
ограждающей нить накала от
окружающей среды.
конструкция
• 1. колба; 2. буферный газ; 3.
нить накала; 4 электрод
(соединён с нижним
контактом); 5. электрод
(соединён с контактом на
резьбе); 6. держатели нити;
7. стеклянный уступ
держателей; 8. контактный
проводник, 9. резьба; 10.
изолятор; 11. нижний контакт
колба
• Стеклянная колба защищает нить от
сгорания в окружающем воздухе.
Размеры колбы определяются
скоростью осаждения материала нити.
Для ламп большей мощности требуются
колбы большего размера, для того
чтобы осаждаемый материал нити
распределялся на большую площадь и
не оказывал сильного влияния на
прозрачность.
стеклянная колба защищает нить
от сгорания в окружающем
воздухе
буферный газ
• Колбы первых ламп были вакумированы.
Современные лампы заполняются буферным
газом (кроме ламп малой мощности, которые
по-прежнему делают вакуумными). Это
уменьшает скорость испарения материала
нити. Потери тепла, возникающие при этом за
счёт теплопроводности, уменьшают путём
выбора газа, по возможности, с наиболее
тяжёлыми молекулами.
• Смеси азота с
аргоном являются
принятым
компромиссом в
смысле уменьшения
себестоимости.
Более дорогие
лампы содержат
криптон или ксенон
(молярные массы:
азот: 28,0134 г/моль;
аргон: 39,948 г/моль;
криптон: 83,798
г/моль; ксенон:
131,293 г/моль)
• Сгорание
вольфрамовой нить
при поподании
воздуха в колбу
нить накала
• Нить накала в первых лампах делалась
из угля (точка сублимации 3559 °C). В
современных лампах применяются
почти исключительно спирали из
осмиево-вольфрамового сплава.
Провод часто имеет вид двойной
спирали, с целью уменьшения
конвекции за счёт уменьшения
ленгмюровского слоя.
• Лампы изготавливают для различных
рабочих напряжений. Сила тока
определяется по закону Ома (I=U/R) и
мощность по формуле P=U·I , или
P=U²/R. Т. к. металлы имеют малое
удельное сопротивление, для
достижения такого сопротивления
необходим длинный и тонкий провод.
Толщина провода в обычных лампах
составляет 40-50 микрон.
• Так как при включении нить накала находится
при комнатной температуре, её
сопротивление на порядок меньше рабочего
сопротивления. Поэтому при включении
протекает очень большой ток (в десять —
четырнадцать раз больше рабочего тока). По
мере нагревания нити её сопротивление
увеличивается и ток уменьшается. В отличие
от современных ламп, ранние лампы
накаливания с угольными нитями при
включении работали по обратному
принципу — при нагревании их
сопротивление уменьшалось, и свечение
медленно нарастало.
Двойная спираль лампы накаливания
(Osram 200 Вт) с контактными
проводниками и держателями нити
• В мигающих лампах последовательно с
нитью накала встраивается
биметаллический выключатель. За счёт
этого такие лампы самостоятельно
работают в мерцающем режиме.
цоколь
• Форма цоколя с резьбой обычной
лампы накаливания была предложена
Томасом Альмой Эдисоном. Размеры
цоколей стандартизированы. У ламп
бытового применения наиболее
распространены цоколи Эдисона E14
(миньон), E27 и Е40. Также встречаются
цоколи без резьбы, а также
безцокольные лампы, часто
применяемые в автомобилях.
предохранитель
• Перегорание лампы происходит во время её
работы, то есть в то время, когда
одновременно нить накала нагрета и через
нить протекает электрический ток. Если в это
время происходит разрыв нити, то между
разведёнными концами нити обычно
загорается электрическая дуга. В быту это
можно заметить по яркой синевато-белой
вспышке в момент перегорания лампы.
• Поскольку нить, как правило,
представляет собой относительно
тонкий провод, свёрнутый в спираль, то
электрическое сопротивление нити
может быть бо´льшим, нежели
сопротивление ионизированного газа в
дуге. Поэтому концы дуги начинают
разбегаться от места разрыва нити, а
сила тока в цепи возрастает.
• При дальнейшем развитии этого
процесса дуга может загореться уже
между держателями нити,
сопротивление которых относительно
мало, в результате сила тока в
питающей цепи может намного
превысить допустимые пределы, что
приведёт либо к срабатыванию
предохранителей в питающей цепи,
либо к перегреву питающих проводов,
что, возможно, спровоцирует пожар.
• Для того, чтобы разомкнуть цепь при
возгорании дуги и не допустить
перегрузки питающей цепи, в
конструкции лампы предусмотрен
плавкий предохранитель. Он
представляет собой отрезок тонкой
проволоки и расположен в цоколе
лампы накаливания. Для бытовых ламп
с номинальным напряжением 220 В
такие предохранители обычно
рассчитаны на ток 7 А.
история изобретения
• В 1840 году англичанин Деларю строит
первую лампу накаливания (с платиновой
спиралью)
• В 1838 году бельгиец Жабар изобретает
угольную лампу накаливания.
• В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал
первую «современную» лампу: обугленную
бамбуковую нить в ваккумираванном сосуде.
В последующие 5 лет он разработал то, что
многие называют первой практичной лампой.
Лампа Генриха Гёбеля.
• 11 июля 1874 года российский инженер
Александр Николаевич Лодыгин получил
патент за номером 1619 на нитевую лампу. В
качестве нити накала он использовал
угольный стержень, помещённый в
вакуумированный сосуд.
• В 1878 году на Всемирной выставке в Париже
была представлена свеча Яблочкова- первая
дуговая лампа (там было
продемонстрировано 1000 свечей) с
жизненным циклом в 90 минут, позже они
были вытеснены дифференциальными
лампами (дифференциальная лампа
Сименса и Гальске, лампа Кертинга,
Шуккерта с переменным током Яндуса и др.)
Лампа Лодыгина
Лампа Томаса Эдисона с нитью накала из
угольного волокна (цоколь E27 , 220 вольт)
• Английский изобретатель Джозеф Вильсон
Сван получил в 1878 году британский патент
на лампу с угольным волокном. В его лампах
волокно находилось в разреженной
кислородной атмосфере, что позволяло
получать очень яркий свет.
Джозеф Вильсон Сван
• Во второй половине 1870-х годов
американский изобретатель Томас Эдисон
проводит исследовательскую работу, в
которой он пробует в качестве нити
различные металлы. В 1879 году он патентует
лампу с платиновой нитью. В 1880 году он
возвращается к угольному волокну и создаёт
лампу с временем жизни 40 часов.
Одновременно Эдисон изобрёл патрон,
цоколь и выключатель. Несмотря на столь
непродолжительное время жизни его лампы
вытесняют использовавшееся до тех пор
газовое освещение.
• В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает
несколько типов ламп с металлическими
нитями накала.
• С конца 1890-х гг. появились лампы с нитью
накаливания из окиси магния, тория,
циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить
из металлического осмия (лампа Ауэра) и
тантала (лампа Больтона и Фейерлейна)
• В 1904 году венгры Д-р Шандор Юст и
Франьо Ханаман получили патент за №34541
на использование в лампах вольфрамовой
нити. В Венгрии же были произведены
первые такие лампы, вышедшие на рынок
через венгерскую фирму Tungsram в 1905
году.
• В 1906 году Лодыгин продаёт патент на
вольфрамовую нить компании General
Electric. Из-за высокой стоимости вольфрама
патент находит только ограниченное
применение.
• В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает
улучшенный метод производства
вольфрамовой нити. Впоследствии
вольфрамовая нить вытесняет все другие
виды нитей.
• Остающаяся проблема с быстрым
испарением нити в вакууме была решена
американским учёным Ирвингом Ленгмюром,
который, работая с 1909 года в фирме
«General Electric», придумал наполнять колбы
ламп инертным газом, что существенно
увеличило время жизни ламп.
КПД и долговечность
• Почти вся подаваемая в лампу энергия
превращается в излучение. Потери за счёт
теплопроводности и конвекции малы. Для
человеческого глаза, однако, доступен
только малый диапазон длин волн этого
излучения. Основная часть излучения
лежит в невидимом инфракрасном
диапазоне и воспринимается в виде тепла.
Коэффициент полезного действия ламп
накаливания достигает при температуре
около 3400 K своего максимального
значения 15 %. При практически
достижимых температурах в 2700 K
(обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет
5 %.
• Долговечность и яркость в зависимости
от рабочего напряжения
• С возрастанием температуры КПД
лампы накаливания возрастает, но при
этом существенно снижается её
долговечность. При температуре нити
2700 K время жизни лампы составляет
примерно 1000 часов, при 3400 K всего
лишь несколько часов. Как показано на
рисунке справа, при увеличении
напряжения на 20 %, яркость
возрастает в два раза. Одновременно с
этим время жизни уменьшается на
95 %.
• Уменьшение напряжения питания хотя и
понижает КПД, но зато увеличивает
долговечность. Так понижение напряжения в
два раза (напр. при последовательном
включении) сильно уменьшает КПД, но зато
увеличивает время жизни почти в тысячу раз.
Этим эффектом часто пользуются, когда
необходимо обеспечить надёжное дежурное
освещение без особых требований к яркости,
например, на лестничных площадках. Часто
для этого при питании переменным током
лампу подключают последовательно с
диодом, благодаря чему ток в лампу идет
только в течение половины периода.
• Для сглаживания пиковой мощности
могут использоваться терморезисторы с
сильно падающим сопротивлением по
мере прогрева, реактивный балласт в
виде ёмкости или индуктивности.
Напряжение на лампе растет по мере
прогрева спирали и может
использоваться для шунтирования
балласта автоматикой. Без отключения
балласта лампа может потерять от 5 до
20 % мощности, что тоже может быть
выгодно для увеличения ресурса.
КПД
Светоотдача
Лампа накаливания 40 Вт
1,9 %
12,6
Лампа накаливания 60 Вт
2,1 %
14,5
Лампа накаливания 100 Вт
2,6 %
17,5
Галогенные лампы
2,3 %
16
Металлогалогенная лампа (с кварцевым 3,5 %
стеклом)
24
Высокотемпературная лампа
накаливания
5,1 %
35
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
7,0 %
47,5
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
14 %
95
Идеально белый источник света
35,5 %
242,5
Идеальный монохроматический 555 nm
(зелёный) источник
100 %
683
тип
галогенные лампы
• Добавление в буферный газ паров
галогенов (брома или йода) повышает
время жизни лампы до 2000—4000
часов. При этом рабочая температура
спирали составляет примерно 3000 К.
Эффективность галогенных ламп
достигает 28 лм/Вт.
Энергосберегающая Галогенная
лампа с цоколем Е27
Галогенная лампа
преимущества и недостатки ламп
накаливания
•
•
•
•
Преимущества:
малая стоимость
небольшие размеры
ненужность пускорегулирующей
аппаратуры
• при включении они зажигаются
практически мгновенно
• отсутствие токсичных компонентов и как
следствие отсутствие необходимости в
инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы как на постоянном
токе (любой полярности), так и на
переменном
• возможность изготовления ламп на самое
разное напряжение (от долей вольта до
сотен вольт)
• отсутствие мерцания и гудения при работе
на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• устойчивость к электромагнитному
импульсу
• нормальная работа при низкой
температуре окружающей среды
•
•
•
•
Недостатки:
низкая световая отдача
относительно малый срок службы
резкая зависимость световой отдачи и
срока службы от напряжения
• цветовая температура лежит только в
пределах 2300—2900 K, что придаёт свету
желтоватый оттенок
• световой коэффициент полезного
действия ламп накаливания,
определяемый как отношение мощности
лучей видимого спектра к мощности
потребляемой от электрической сети,
весьма мал и не превышает 4%
• лампы накаливания представляют
пожарную опасность. Через 30 минут
после включения ламп накаливания
температура наружной поверхности
достигает в зависимости от мощности
следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт
— 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C.
При соприкосновении ламп с
текстильными материалами их колба
нагревается еще сильнее. Солома,
касающаяся поверхности лампы
мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно
через 67 минут.
В скором времени обычные
лампы накаливания заменят на
энергосберегающие
утилизация
• Отслужившие лампы накаливания и
галогенные лампы накаливания не
содержат вредных для окружающей
среды веществ и могут утилизироваться
как обычные бытовые отходы.
Единственным ограничением является
запрет на их переработку вместе с
изделиями из стекла.
Форма лампы накаливания не
может ни привлекать внимание
дизайнеров
Картель Фебус
• Международный электроламповый
картель с административным
центром — обществом Phöbus S. A.
(Женева, Швейцария),
существовавший в 1924-1941 гг,
объединял в себе более 40
производителей из разных стран,
доля продукции которых на мировом
рынке достигала 80% и имеющий
влияние на ценовую, патентную
политику.
• По некоторым источникам в 1924 г
между участниками картеля была
достигнута договорённость о
ограничении времени жизни ламп
накаливания в 1000 часов. При этом
все производители ламп, состоящие
в картеле, были обязаны вести
строгую техническую документацию
по соблюдению мер,
предотвращающих 1000-часовое
превышение цикла жизни ламп.(нем.)
• Кроме того картелем были
разработаны ныне действущие
стандарты цоколя Эдисона.
интересные факты
• - В США в одном из пожарных отделений
города Ливермор (штат Калифорния) есть
4-ваттная лампа ручной работы, известная
под именем «Столетняя лампа». Она
практически постоянно горит уже более
100 лет, с 1901 года.
• - Пока лампа Томаса Эдисона не завоевала
популярность, люди спали по 10 часов в
сутки.
• - В СССР после претворения в жизнь
ленинского плана ГОЭЛРО за лампой
накаливания закрепилось прозвище
«лампочка Ильича». В наши дни так чаще
всего называют простую лампу
накаливания, свисающую с потолка на
электрическом шнуре без плафона.
Изображение предмета, напоминающего
лампу накаливания, на рельефе времён
Клеопатры в Дендере.
ссылки
• Статья о путях создания первой электрической
лампочки накаливания в России
• Почему невозможно существование вечной лампочки
• Подборка статей о лампах накаливания
• Статья "Солнце в интерьере. Часть 1. Лампы
накаливания." о лампах в люстрах и т.д. для
интерьерного освещения
• Энергосберегающие лампы: «За» и «Против»
• Стандарты присоединительных размеров - цоколей и
патронов электроламп.
• Автор: Воронин Григорий
ученик 9 «В» класса