Что такое лампа общего назначения (ЛОН)?
ЛОН, что означает лампа общего назначения. Обычная и столь привычная лампа накаливания, которая не утратила свою популярность, несмотря на большой виток разнообразия альтернативных источников освещения.
Принцип работы лампы общего назначения (ЛОН)
как работает лампа накаливания (лон)
Лампы накаливания. Назначение ЛОН
Для различных условий эксплуатации лампы бывают:
Срок горения.
Цифровые и буквенные условные обозначения
Лампы общего назначения
Индекс:
Б — Биспиральная, аргоновое наполнение
БК — Биспиральная, криптоновое наполнение
В — Вакуумная
Г — Газополная, аргоновое наполнение
характеристики лон
Декоративных ламп(ДС, ДШ) и различных назначений (РН)
А — Абажур
В — Витая форма
Д — Декоративная форма
Е — С винтовым цоколем
Е27 — Вариант исполнения цоколя
З — Зеркальная
ЗК — Концентрированное светораспределение зеркальной лампы
ЗШ — Широкое светораспределение
215-230В — Шкала рекомендуемых напряжений
75 Вт — Потребляемая мощность электроэнергии
Конструкция ЛОН
Общими элементами всех ЛОН являются:
Остальные детали отличаются в зависимости от назначения ЛОН. Лампы могут иметь цоколь или быть без него. Могут оснащаться разными конструкциями крючков-держателей вольфрамовой спирали, иметь двойную колбу, встроенный ферроникелевый предохранитель (защита от взрыва колбы при обрывах нити накала под напряжением, который расположен в полости с атмосферным давлением).
Что такое лампа общего назначения (ЛОН)?
ЛОН, что означает лампа общего назначения. Обычная и столь привычная лампа накаливания, которая не утратила свою популярность, несмотря на большой виток разнообразия альтернативных источников освещения.
Принцип работы лампы общего назначения (ЛОН)
как работает лампа накаливания (лон)
Лампы накаливания. Назначение ЛОН
Для различных условий эксплуатации лампы бывают:
Срок горения.
Цифровые и буквенные условные обозначения
Лампы общего назначения Индекс: Б — Биспиральная, аргоновое наполнение БК — Биспиральная, криптоновое наполнение В — Вакуумная Г — Газополная, аргоновое наполнение
характеристики лон
Декоративных ламп(ДС, ДШ) и различных назначений (РН) А — Абажур В — Витая форма Д — Декоративная форма Е — С винтовым цоколем Е27 — Вариант исполнения цоколя З — Зеркальная ЗК — Концентрированное светораспределение зеркальной лампы ЗШ — Широкое светораспределение 215-230В — Шкала рекомендуемых напряжений 75 Вт — Потребляемая мощность электроэнергии
Конструкция ЛОН
Общими элементами всех ЛОН являются:
Остальные детали отличаются в зависимости от назначения ЛОН. Лампы могут иметь цоколь или быть без него. Могут оснащаться разными конструкциями крючков-держателей вольфрамовой спирали, иметь двойную колбу, встроенный ферроникелевый предохранитель (защита от взрыва колбы при обрывах нити накала под напряжением, который расположен в полости с атмосферным давлением).
Как делают лампы накаливания ЛОН
Сегодня свет, производимый лампочками накаливания, это такая же привычная для нас вещь, как смартфон или телевизор. Однако немногие знают, что первую лампу изобрел Жан Жобар в 1838 году. Источником накала в ней служил уголь, что приравнивало изобретение к газовым фонарям, лампам. Современную лампу накаливания со спиралью сделал англичанин Де ла Рю через три года. В 1874 году физиком из России А.Н. Лодыгиным была создана отечественная лампочка накала с угольным стержнем в вакууме.
Особенности производства ЛОН (ламп общего назначения)
Из чего состоит современная, казалось бы, незамысловатая лампочка:
В основе ЛОН лежит эффект нагревания проводника током. Тело накала быстро нагревается после включения электричества. Лампа излучает электро магнитное тепловое поле (закон Планка). Чтобы излучение было видимым, температура излучающей нити должна быть выше 570 °C.
В теле накала лампочек общего назначения используется тугоплавкий металл вольфрам (плавится при 3410 градусах). Не зря спиральный проводник из вольфрама находится в колбе, из которой воздух откачивают и заменяют инертным газом. В воздухе при повышенных температурах металл тут же становится оксидом. Колба заполняется газом для лучшего КПД
лампочки.
Производство современных ламп накала требует наличие качественного сложного оборудования, так как работа происходит с вакуумом, газом. Ко всему для создания вольфрамовой нити нужна отдельная машина, выпускающая нить толщиной 0,4 мкр. Вольфрам стоит дорого, поэтому быстро производство не окупается. Для изготовления стеклянной колбы
закупаются стеклодувные машины. Чтобы лампа прослужила долгое время, каждый этап производства должен быть точным.
Различаются ЛОН мощностью, размером, формой, типом цоколя. Классическая лампа имеет форму груши и цоколь Е27. Самые распространенные лампочки накаливания с этим цоколем имеют разную мощность:
| Тип, мощность | Световой поток (люмен) | Световая отдача(лм/ватт) |
|---|---|---|
| Лампа накаливания 5 Вт | 20 | 5 |
| Лампа накаливания 10 Вт | 50 | 5 |
| Лампа накаливания 15 Вт | 90 | 6 |
| Лампа накаливания 25 Вт | 220 | 8 |
| Лампа накаливания 40 Вт | 420 | 10 |
| Лампа накаливания 60 Вт | 710 | 11 |
| Лампа накаливания 75 Вт | 935 | 12 |
| Лампа накаливания 100 Вт | 1350 | 13 |
| Лампа накаливания 150 Вт | 1800 | 12 |
| Лампа накаливания 200 Вт | 2500 | 13 |
| Солнце | 3,63•1028 | 93 |
В Соединенных Штатах существует лампа общего назначения на 60 Вт ручной работы, которая безперерывно работает уже с 1901 года! Ее прозвали “Столетняя лампа” и занесли в Книгу рекордов Гиннесса. Секрет ее длительного горения в небольшой мощности (4 Вт), в глубоком
недокале и низкой производительности.
Лон лампа что значит
Ла́мпа нака́ливания — осветительный прибор, искусственный источник света. Свет испускается нагретой металлической спиралью при протекании через неё электрического тока.
Содержание
Принцип действия
В лампе накаливания используется эффект нагревания проводника (нити накаливания) при протекании через него электрического тока (тепловое действие тока). Температура вольфрамовой нити накала резко возрастает после включения тока. Нить излучает электромагнитное тепловое излучение в соответствии с законом Планка. Функция Планка имеет максимум, положение которого на шкале длин волн зависит от температуры. Этот максимум сдвигается с повышением температуры в сторону меньших длин волн (закон смещения Вина). Для получения видимого излучения необходимо, чтобы температура была порядка нескольких тысяч градусов, в идеале 5770 K (температура поверхности Солнца). Чем меньше температура, тем меньше доля видимого света и тем более «красным» кажется излучение.
Часть потребляемой электрической энергии лампа накаливания преобразует в излучение, часть уходит в результате процессов теплопроводности и конвекции. Только малая доля излучения лежит в области видимого света, основная доля приходится на инфракрасное излучение. Для повышения КПД лампы и получения максимально «белого» света необходимо повышать температуру нити накала, которая в свою очередь ограничена свойствами материала нити — температурой плавления. Идеальная температура в 5770 K недостижима, т. к. при такой температуре любой известный материал плавится, разрушается и перестаёт проводить электрический ток. В современных лампах накаливания применяют материалы с максимальными температурами плавления — вольфрам (3410 °C) и, очень редко, осмий (3045 °C).
При практически достижимых температурах 2300—2900 °C излучается далеко не белый и не дневной свет. По этой причине лампы накаливания испускают свет, который кажется более «жёлто-красным», чем дневной свет. Для характеристики качества света используется т. н. цветовая температура.
В обычном воздухе при таких температурах вольфрам мгновенно превратился бы в оксид. По этой причине вольфрамовая нить защищена стеклянной колбой, заполненной нейтральным газом (обычно аргоном). Первые лампы делались с вакуумированными колбами. Однако в вакууме при высоких температурах вольфрам быстро испаряется, делая нить тоньше (что приводит к быстрому её перегоранию) и затемняя стеклянную колбу при осаждении на ней. Позднее колбы стали заполнять химически нейтральными газами. Вакуумные колбы сейчас используют только для ламп малой мощности.
Конструкция
Лампа накаливания состоит из цоколя, контактных проводников, нити накала, предохранителя и стеклянной колбы, заполненной буферным газом и ограждающей нить накала от окружающей среды.
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.
Буферный газ
Колбы первых ламп были вакуумированы. 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)
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.
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.
В мигающих лампах последовательно с нитью накала встраивается биметаллический переключатель. За счёт этого такие лампы самостоятельно работают в мигающем режиме.
Цоколь
Форма цоколя с резьбой обычной лампы накаливания была предложена Томасом Альвой Эдисоном. Размеры цоколей стандартизированы. У ламп бытового применения наиболее распространены цоколи Эдисона E14 (миньон), E27 и 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 бо́льшим, 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.
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 КПД составляет 5 %.
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 течении половины периода.
Ограниченность времени жизни лампы накаливания обусловлена в меньшей степени испарением материала нити во время работы, и в большей степени возникающими в нити неоднородностями. Неравномерное испарение материала нити приводит к возникновению истончённых участков с повышенным электрическим сопротивлением, что в свою очередь ведёт к ещё большему нагреву и испарению материала в таких местах. Когда одно из этих сужений истончается настолько, что материал нити в этом месте плавится или полностью испаряется, ток прерывается и лампа выходит из строя.
Преимущественная часть износа нити накала происходит при резкой подаче напряжения на лампу, поэтому значительно увеличить срок её службы можно используя разного рода плавные пускатели. Вольфрамовая нить накаливания имеет в холодном состоянии удельное сопротивление, которое всего в 2 раза выше, чем сопротивление алюминия. При перегорании лампы часто бывает, что сгорают медные проводки, соединяющие контакты цоколя с держателями спирали. Так, обычная лампа на 60 Вт в момент включения потребляет свыше 700 Вт, а 100-ваттная — более киловатта. По мере прогрева спирали её сопротивление возрастает, а мощность падает до номинальной.
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.
| тип | КПД | Светотдача(Люмен/Ватт) |
|---|---|---|
| 40 W Лампа накаливания | 1.9 % | 12.6 [1] |
| 60 W Лампа накаливания | 2.1 % | 14.5 [1] |
| 100 W Лампа накаливания | 2.6 % | 17.5 [1] |
| Галогенные лампы | 2.3 % | 16 |
| Металлогалогенная лампа (с кварцевым стеклом) | 3.5 % | 24 |
| Высокотемпературная лампа накаливания | 5.1 % | 35 [2] |
| Абсолютно чёрное тело при 4000 K | 7.0 % | 47.5 [3] |
| Абсолютно чёрное тело при 7000 K | 14 % | 95 [3] |
| Идеально белый источник света | 35.5 % | 242.5 [2] |
| Идеальный монохроматический 555 nm (зелёный) источник | 100 % | 683 [4] |
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.
Иод (совместно с остаточным кислородом) вступает в химическое соединение с испарившимися атомами вольфрама. Этот процесс является обратимым — при высоких температурах соединение распадается на составляющие вещества. Атомы вольфрама высвобождаются таким образом либо на самой спирали, либо вблизи неё.
Добавление галогенов предотвращает осаждение вольфрама на стекле, при условии, что температура стекла выше 250 °C. По причине отсутствия почернения колбы, галогенные лампы можно изготавливать в очень компактном виде. Малый объём колбы позволяет, с одной стороны, использовать большее рабочее давление (что опять же ведёт к уменьшению скорости испарения нити) и, с другой стороны, без существенного увеличения стоимости заполнять колбу тяжёлыми инертными газами, что ведёт к уменьшению потерь энергии за счёт теплопроводности. Всё это удлиняет время жизни галогенных ламп и повышает их эффективность.
Ввиду высокой температуры колбы любые загрязнения поверхности (например, отпечатки пальцев) быстро сгорают в процессе работы, оставляя почернения. Это ведёт к локальным повышениям температуры колбы, которые могут послужить причиной её разрушения. Также из-за высокой температуры, колбы изготавливаются из кварцевого стекла.
Новым направлением развития ламп является т. н. IRC-галогенные лампы (сокращение IRC обозначает «инфракрасное покрытие»). На колбы таких ламп наносится специальное покрытие, которое пропускает видимый свет, но задерживает инфракрасное (тепловое) излучение и отражает его назад, к спирали. За счёт этого уменьшаются потери тепла и, как следствие, увеличивается эффективность лампы. По данным фирмы [1].
Хотя IRC-галогенные лампы не достигают эффективности ламп дневного света, их преимущество состоит в том, что они могут быть использованы как прямая замена обычных галогенных ламп.
Расшифровка обозначений и виды ламп накаливания
Лампа накаливания — электрический источник света, в котором тело накала (тугоплавкий проводник), помещённое в прозрачный вакуумированный или заполненный инертным газом сосуд, нагревается до высокой температуры за счёт протекания через него электрического тока, в результате чего излучает в широком спектральном диапазоне, в том числе видимый свет. В качестве тела накала в настоящее время используется в основном спираль из сплавов на основе вольфрама.
Расшифровка обозначений ламп накаливания
Расшифровка обозначений некоторых типов источников света
Световая отдача
Относительная световая отдача %
Световая отдача (Люмен/Ватт)
Лампа накаливания 40 Вт
Лампа накаливания 60 Вт
Лампа накаливания 100 Вт
Галогенные лампы (с кварцевым стеклом)
Высокотемпературная лампа накаливания
Абсолютно чёрное тело при 4000 K
Абсолютно чёрное тело при 7000 K
Идеально белый источник света
Источник монохроматического зелёного света с длиной волны 555 нм
Ниже представлено приблизительное соотношение мощности и светового потока для обычных прозрачных ламп накаливания в форме «груши», популярных в России, цоколь E27, 220 В.
Световая отдача (лм/Вт)
Разновидности ламп накаливания
Лампы накаливания делятся на (расположены по порядку возрастания эффективности):