Характеристики ламп накаливания: световой поток и мощность

Что такое лампа накаливания

Лампочки являются источниками света и тепла. Снаружи находится стеклянный сосуд, внутри которого находится вольфрамовая спираль. Собственно полость в лампах накаливания заполнена инертным газом. Предотвращает окисление металлических элементов. При включении через катушку проходит электрический ток, что приводит к нагреву и излучению видимого света.

Виды ламп и их функциональное назначение

Тип светильника определяется конструктивным назначением, функционально:

• Обычное освещение – самый распространенный тип. Предназначены для общего освещения и декоративного. Выпуск этого типа ограничен.
• Декоративный — различных размеров, с фигурной стеклянной колбой. Внешний вид очень необычный, красивый. Поэтому аппликация особенная, декоративная.
• Illuminated — разноцветный внешний цвет. Тон наносится на внутреннюю часть стеклянной колбы. Окрашены неорганическими пигментами. Внешний окрас очень редкий. Ограничение мощности до 25 Вт. Чем больше использование, тем больше изменение цвета и яркости.
• Сигнальные — для освещения блоков световой сигнализации. Теперь их заменили светодиодные лампы.
• Зеркальные лампы накаливания – характерная форма. Внутренняя поверхность стекла покрыта слоем алюминия. Это придает изделию зеркальный блеск. Принцип работы – световой поток распределяется и собирается на определенной площади. Область использования: торговые залы, витрины, инкубаторы (утепление новорожденных цыплят).
• Транспорт. Область применения: фары автомобиля, мотоцикла, трактора, подсветка. Отличаются прочностью, вибростойкостью.
• Двойной провод. Подходит для автомобильных фар. Одна нить для ближнего освещения, другая для дальнего. Также используется в местах, где требуется постоянное освещение, когда перегорает одна нить, работает другая.

Общего, местного предназначения

До 1970 года их называли обычным освещением. Эта группа является самой многочисленной среди обычных ЛН. Раньше их успешно использовали как для общего, так и для декоративного освещения дома, в офисах и других учреждениях. На данный момент во многих странах, в том числе и в России, их выпуск ограничен.

Что касается местных ламп, то они имеют ту же конструкцию, что и общие, но рассчитаны на пониженное рабочее напряжение. Может использоваться в ручных переносных лампах, для освещения станков, верстаков и т д

Декоративные

Главной их особенностью является фигурная колба, ее размеры могут быть самыми разными, как и расположение внутри нити. Такие модели сегодня пользуются большим спросом, но они играют роль не столько освещения, сколько украшения, особенно в винтажных или ретро дизайнерских проектах. Внешний вид такой лампы очень оригинальный.

Иллюминационные

Их колба окрашена в разные цвета в зависимости от предполагаемого использования. Практичен для оснащения осветительных установок. Краска наносится в основном на внутреннюю часть колбы, для этого используются неорганические пигменты. Гораздо реже такие лампы красят снаружи. Их мощность невелика, колеблется в пределах 10-25 Вт. Дают нужный эффект только первое время, потом цвет меняется, теряет яркость.

Сигнальные

Их использовали в различных осветительных приборах. На данный момент из этой сферы их вытесняют светодиодные лампы

Зеркальные

Колба такой лампы имеет специфическую форму, внутри она покрыта тонким слоем алюминия. За счет этого создается зеркальный эффект, также присутствует прозрачная часть. Главной задачей таких светильников является распределение светового потока так, чтобы он концентрировался в пределах определенной зоны. Их удобно использовать на витринах, в торговом зале. Именно такими лампами обогревают новорожденных цыплят и других животных.

Транспортные

Эта категория очень обширна, используется в различных транспортных средствах, для фар или другого освещения. Востребовано для:

• Машины.
• Мотоциклы.
• Тракторы.
• Самолеты и вертолеты.
• Речные и морские суда.

Такие светильники имеют ряд функций, среди них:

1. Высокая сила.
2. Устойчивость к вибрации.
3. Специальные носки, благодаря которым можно быстро заменить вышедшую из строя лампу.
4. Они рассчитаны на питание от бортовой сети автомобиля.

Двухнитевые

Это подвид специальной лампы накаливания, применяемой в:

• Машины. Итак, лампочки могут иметь 2 нити накала. Один из них идет на ближний свет, другой — на дальний. Аналогичная ситуация с задними фонарями, только здесь есть отдельные темы для габаритов и для стоп-сигналов.
• Летать. В некоторых моделях в посадочных и рулежных огнях.
• Железнодорожные светофоры. Здесь двойные лампы накаливания являются элементом безопасности и страховки, если одна перегорит, то другая сможет продолжать подавать сигнал.

Преимущества и недостатки

Лампы накаливания имеют свои преимущества и недостатки.

Преимущества:

• Простое производство. Поэтому цена на них соответствующая.
• Простое приложение. Установка дополнительных элементов при включении в сеть не требуется. Лампы мощностью 150 Вт часто используются для освещения теплиц. Их свет близок к естественному. Помимо освещения, они также обеспечивают тепло.
• Не влияет на зрение человека.
• Не требуется время на разогрев.
• Переносит колебания температуры.
• Утилизировать как бытовые отходы.
• В состав не входят вредные элементы.

Недостатки:

• Короткий срок службы.
• Зависимость от перебоев в подаче электроэнергии, частое включение/выключение – вот причина обрыва спирали в лампах накаливания. Для устранения проблем с напряжением устанавливаются стабилизаторы.
• Низкий уровень эффективности. Это связано с расходом большей части энергии на тепло.
• Легковоспламеняющийся. Потому что вокруг лампы скапливается тепло.
• Хрупкость.
• Есть вероятность поломки корпуса, что может привести к повреждению.

При покупке лампы накаливания стоит взвесить все «за» и «против», чтобы избежать неприятных факторов при эксплуатации.

Рекомендуем посмотреть видео:

Ответы на частые вопросы

Покупатели часто задают интересующие их вопросы. Это связано с отсутствием полной информации на упаковке.

Срок службы, стоимость

На лампочку влияет множество факторов, которые способствуют сокращению срока ее службы.

В последнее время качество производимых лампочек снизилось. Часто ошибка сразу заметна. Поэтому большинство покупателей переключились на покупку товаров зарубежных производителей.

Необходимо учитывать цоколь светильника, люстру, в которую вкручивается светильник.В большинстве приборов он пластиковый; при повышении температуры он плавится, трескается и становится бесполезным. Это сказывается на перегреве лампочки и выходе из строя.

Сокращение времени работы часто связано с высоким напряжением в сети. При этом нить перегревается, ее толщина уменьшается, колба начинает темнеть. Спираль рвется. При отклонении напряжения всего на один процент срок службы лампы сокращается на 14 процентов.

Цена лампочки зависит от типа, мощности, производителя. Варьируется от 7 рублей до 100 рублей (для домашнего потребления).

Как увеличить срок службы

Есть несколько способов увеличить срок службы лампочки:

• Установка диммеров. Это простое устройство способно продлить жизнь в несколько раз. Для этого после подключения настраивается процент освещения. При освещении киосков, подъездов и т д достаточно установить мощность лампы на 75 процентов.
• Поскольку ошибки часто возникают из-за скачков напряжения, достаточно установить стабилизатор.

Какой газ в лампе

Колбы продукта не могут содержать воздух или газ. Это должен быть только инертный газ (ксенон, криптон, аргон). Это связано с тем, что температура спирали нагревается более чем на 2000 градусов.

При таких температурах вольфрамовая нить будет реагировать со всеми газами, кроме инертных. Гелий и неон дороги, поэтому их не используют.

Температура

Световая температура зависит от типа закачиваемого газа. Так, без газовой вакуумной среды помогает нагреться до 2700 К. При этом излучается теплый белый свет. При нагреве до 4200 излучается естественный белый свет. При накачке ксенона, криптона галогеном температура нагрева составляет от 4000 до 6400 К. При этом излучается холодный белый свет.

Из-за чего рвется спираль

Вольфрамовая нить очень тонкая и хрупкая. Его поломка происходит из-за уменьшения диаметра, из-за испарения материала при воздействии высокой температуры. Кроме того, нить часто рвется при механическом воздействии — встряхивании.

Сколько потребляет

Мощность 60 Вт — потребляемая мощность составит 60 Вт или 0,06 киловатт в час
Мощность 95 Вт — потребляет электроэнергии 95 Вт 0,095 киловатт в час
Мощность 100 Вт — будет потреблять 100 или 0,1 киловатт мощности за 1 час.

Рекомендуем посмотреть видео:

Как устроена лампа накаливания

Существует множество вариаций этого приспособления, и, конечно же, об основных вы уже слышали:

1. Вакуум.
2. Галоген.
3. Криптон.

Названия серьезные, но бояться их не стоит. Вы наверняка видели эти лампочки, и даже не подозреваете, что они так серьезно называются. При этом все эти типы ламп накаливания имеют одинаковый принцип работы и схожую конструкцию. Поэтому для общего понимания предмета нам достаточно понять устройство простейшей вакуумной лампочки.

Конструктивно любая такая лампочка выполнена в виде стеклянной колбы, где так называемое тело накала закреплено на тонких металлических подставках, одновременно являющихся токопроводящими контактами — спиралью из тугоплавкого материала с высоким электрическим сопротивлением.

К колбе прилагается патрон – разъем некоторой конструкции, позволяющий подключить спираль к электрической сети. Есть много типов коннекторов, но самый распространенный из них, картридж Эдисона, вы, конечно же, видели. Это те, которые оснащены бытовыми лампочками, которые мы вкручиваем в патроны люстр и настольных ламп.

При подаче напряжения на устройство катушка, которая обычно изготавливается из вольфрама и представляет собой «многослойную» пружину, начинает нагреваться и излучать электромагнитные волны. Чем выше температура катушки, тем выше частота излучения. Уже при температуре 580 градусов Цельсия спираль светится красным, а при 2000 градусах вы увидите яркий свет.

Это почти вся конструкция лампы накаливания. Почему почти? Потому что в работе с таким дизайном есть проблема мягко говоря. Как только катушка нагреется, она тут же окислится на воздухе и сгорит. Чтобы этого не произошло, из баллонов самых первых ламп накаливания откачивали воздух — основной источник кислорода, сжигающего спираль. Отсюда и произошло название «вакуум».

Сегодня ламп накаливания с вакуумом в колбе практически нет (исключение составляют миниатюрные агрегаты). Воздух уже давно не откачивают, а лишь заменяют инертным газом, который предотвращает окисление вольфрамовой катушки.

Обычно это смесь азота и аргона. Обычные лампочки, однако, до сих пор называют вакуумными, чтобы не путать с другими типами источников света. Ресурс классической лампы накаливания составляет около 1000 часов.

Поскольку название «вакуум» прижилось, я буду использовать его и в этой статье для обозначения обычных ламп накаливания, колбы которых заполнены азотно-аргоновой смесью.

Сфера использования

До использования энергосберегающих ламп лампы накаливания применялись в промышленных помещениях, бытовых товарах и т д. Такое применение было обусловлено простотой монтажа и эксплуатации. Но и сейчас эти лампы часто можно увидеть:

• Внутреннее, наружное освещение помещений, улиц, офисов.
• Освещение рабочего места.
• Лампочки для автомобилей.
• Маленькая лампочка такого типа также вкручивается в фонарики.
• Общественный транспорт, поезда и т.д.

Характеристики

Для описания характеристики используются названия показателя и значения.

Эти свойства показаны в таблице:

Имя	Индекс
Мощность, Вт	бытовое использование — 25-150Вт, прочее — до 1000
Свечение нити, градусы	до 2000-2800
Напряжение, В	220-330
Световая отдача, Лм/1Вт	9-19
Размер розетки и маркировка	Е 14, Е 27, Е 40
Тип розетки	Банда, штапель
Время работы, часов	до 1000
Вес, г	15

Заявленное рабочее время осуществляется при формировании оптимальных условий труда. Не допускается частое отключение и подключение.

Устройство и схема

Блок лампы накаливания у всех ее видов практически одинаков:

• Важнейшей рабочей частью является вольфрамовая катушка. Он имеет в три раза большее сопротивление, чем медный материал. Из него достигается плавление тончайших элементов. Электроды поддерживают эту спираль и передают ток.
• Стеклянная колба. Он заполнен инертным газом. Именно он не сжигает нить и препятствует окислению металлических элементов.
• Подвальная часть. Встречается во всех типах, кроме автомобилей. Вдоль основания нарезана резьба, шаг ее может различаться для каждого вида.

Читайте также: Трансформатор для галогенных ламп: для чего нужен, расчет и выбор

Принцип действия

Принцип действия лампы накаливания заключается в нагревании вещества, по которому течет ток. Сама нить действует как вещество, температура повышается в момент замыкания электрической цепи. В этом случае в результате возникает электромагнитное тепловое излучение. Он становится виден глазу при нагревании более чем до 570 градусов, и начинается красное свечение.

Нить нагревается до 2800 градусов. В процессе нагрева вольфрам превращается в оксид (белое покрытие поверхности), для этого в полость вдуваются нейтральные газы. Когда вы монтируете лампочку (закручиваете ее в патрон), цепь замыкается и происходит процесс нагрева нити накала, и подается свет.

Цоколь

Лампы с маркировкой цоколя Е14, Е27, Е40 считаются нормальными. Где цифра означает диаметр самого основания. Элементы без резьбы встречаются в автомобильной промышленности.

Есть страны, где напряжение в сети разное, и соответственно используются лампочки с другим диаметром цоколя — Е12, Е17, Е26, Е39.

Маркировка

Перед покупкой необходимо изучить этикетку. Он представлен буквенно-числовой комбинацией. Буквенное обозначение и значение представлены в таблице:

Буквенная маркировка	Важность
Б	биспиральный
БО	Биспираль с опаловой колбой, заполненной аргоном
До н.э	Биспираль, наполнить колбу криптоном
БД	Спред матами внутри колбы
НА	Вакуум
Грамм	Полный газа
О	Опаловая колба
М	Молочная колба
Вт	Сферический
Z	Зеркало
Мо	Для местного освещения

Цифры обозначают пределы натяжения, силы.

Коэффициент полезного действия

Эти лампы имеют низкий КПД (коэффициент полезного действия). Он выражается соотношением мощности излучения, заметного для человека. При нагреве нити до 2700 К КПД достигает 5 процентов. Остальная энергия расходуется на инфракрасное излучение, которое не видно человеческому глазу, а ощущается только как тепло. При повышении КПД хотя бы до 20 процентов необходимо увеличить нагрев нити накала до 3400 К.

Свет будет светить в два раза ярче, но срок службы лампы сокращается на 95 процентов. И наоборот, понижение напряжения многократно увеличивает время работы. Все это учитывается при производстве аварийного освещения, требующего надежности.

Таблица соотношения люменов и ватт в лампочке

Световой поток измеряется в люменах (Лм). В светодиодах световые токи колеблются в зависимости от производителя, качества товара, напряжения. Приблизительное значение для W составляет 80-150 Lm. В таблице показано соотношение между Lm и W для ламп накаливания по отношению к светодиодной лампе:

Светодиодная лампа, Вт	Лампочка, Вт	Световой ток, Лм
4-5	40	400
8-10	60	700
10-12	75	900
13-15	100	1200

Принцип работы

При подключении к электрической сети лампа накаливания преобразует электрическую энергию в энергию света за счет нагрева проводника (нити накала) нити накала. Изготовленная из тугоплавкого вольфрама или его сплавов нить накала стеклянной колбы заполнена инертным газом или вакуумом (для маломощных ламп до 25 Вт).

Колба служит для защиты от внешних факторов, а инертный газ (криптон, азот, ксенон, аргон и их смеси) не дает окисляться вольфрамовому проводнику и снижает потери тепла. Провод нагревается под действием проходящего по нему тока до температуры порядка 3000ºС (такая высокая температура в итоге приводит к истончению и выгоранию проводника).

В результате нагрева возникает электромагнитное излучение, небольшая часть которого приходится на видимый спектр, основная часть приходится на инфракрасное излучение. Световой поток возникает, когда очень высокая температура нити накала преобразует электромагнитное излучение в видимый свет лампы.

Энергия, потребляемая лампой, частично преобразуется в излучение, видимое глазу. Основная часть под действием конвекции внутри колбы распространяется в процессе теплопроводности.

Свет, возникающий в лампах накаливания, находится в желтом и красном спектре лучей, поэтому он близок к дневному свету.

Криптоновые и галогенные лампы накаливания

По сути, это все те же лампочки со спиралью, но в колбу криптоновой лампы закачан не азот или аргон, а криптон. Из-за большего атомного веса криптона, чем у азота и аргона, спираль испаряется гораздо медленнее. Это не только продлевает срок службы ламп в несколько раз, но и позволяет повысить КПД лампы за счет повышения температуры змеевика.

Кроме того, спектр излучения такой лампочки намного ближе к естественному белому свету.

Галогенные источники света наполнены той же азотно-гелиевой смесью, но с добавлением галогенов — йода или брома. Эта добавка буквально собирает испарившиеся молекулы вольфрама и возвращает их в катушку. Результат – еще более длительный срок службы осветительного прибора (до 4000 – 6000 часов) и яркий белый свет практически без красного оттенка.

Единственным недостатком галогенной лампы является высокая рабочая температура колбы: не менее 250, а чаще 500 градусов Цельсия и выше. Только при этой температуре галогены способны выполнять свою работу.

Световой поток

Прямое назначение любого осветительного прибора – освещение. В лампе накаливания он создается путем преобразования тепловой энергии в световой ток.

Определение и правила измерения

Световой поток — величина, характеризующая световую мощность (энергию света, прошедшую через определенную поверхность в единицу времени излучением) видимого излучения в потоке этого излучения, то есть по световому ощущению, создаваемому человеческим глазом.

Чувствительность этого ощущения можно определить по кривой спектральной эффективности, одобренной CIE. Единицей светового потока в Международной системе единиц является люмен (лм или лм), который рассчитывается по формуле:

1 ч = 1 кд * ср (1 лк × м2), где:

• кд — кандела;
• телесный угол, 1 стерадиан.

Энергия светового луча имеет временное и пространственное распределение. Источники, излучающие световой поток, различают по распределению спектральных цветов:

• линейчатый спектр (отдельные линии);
• полосатый спектр (вблизи разграниченных линий);
• непрерывный спектр.

Спектральная плотность светового пучка характеризуется распределением потока излучения по спектру. Измеряется в Вт/нм.

Соотношение с мощностью элемента

увеличение светового потока напрямую зависит от мощности лампы. На графике (см рисунок ниже) видна четкая зависимость увеличения яркости по отношению к увеличению мощности.

Лампы накаливания одинаковой мощности могут излучать разный световой поток. Чем выше напряжение, тем выше значение светового потока.

Сравнение с другими типами ламп

Сравнительный анализ светового потока ламп накаливания с более совершенными люминесцентными и светодиодными лампами позволяет оценить их эффективность.

Что такое люмен и что от него зависит

Как я уже говорил выше, ваш (и мой) главный критерий выбора лампы накаливания – это мощность, измеряемая в ваттах. Точнее, энергопотребление. Но нас интересует яркость, а не мощность! Увы, эта характеристика ламп накаливания указывается крайне редко, но она есть. Это свойство называется световым потоком и измеряется в люменах.

Что такое световой поток

Я опущу научную формулировку со всевозможными монохроматическими излучениями, изотропными источниками, канделами, стерадианами и всем прочим. Для вас, скорее всего, все это бесполезная и бессмысленная информация.

Определим его следующим образом: световой поток — количество световой энергии, излучаемой лампочкой в ​​единицу времени. Другими словами, этот показатель показывает, насколько ярко светит лампочка.

Здесь следует отметить характерный момент. Визуально оценить световой поток осветительного прибора по его яркости практически невозможно. Например, обычная лампочка светит во все стороны, но вы видите ее только под определенным углом. Стоит изменить угол обзора, например, загляните под кассету настольной лампы, и яркость резко уменьшится. Но световой поток самой лампочки не меняется! Как она сияла, так она сияет.

Оценивая яркость «на глаз», вы определяете световой поток, попадающий в глаза только под очень узким углом. Остальное излучение «рассеивается» во все стороны. Суммарный световой поток, который измеряется в люменах, характеризует весь свет, излучаемый источником.

Для чего нужно знать световой поток лампы

Что такое световой поток, надеюсь, вы поняли. Осталось выяснить, что зависит от этого свойства и почему его следует учитывать.

Дело в том, что освещенность объекта зависит от силы светового потока. При недостаточном освещении вы не сможете читать книгу, при избыточном – глаза быстро устанут. Таким образом, правильно подобрав лампочку по световому потоку, вы обеспечите достаточное освещение для определенных целей.

Сколько люмен в лампе накаливания

Учитывая, что не всегда можно найти силу светового потока на упаковке лампочки накаливания, проблема весьма актуальна. Ведь не зная светового потока того или иного прибора, вы не сможете определить, создаст ли он необходимое освещение.

К счастью, светоотдача ламп накаливания напрямую связана с потребляемой мощностью, поэтому оценить количество люменов в ваттах несложно. Для этого вам достаточно посмотреть таблицу ниже:

Отношение люменов к ваттам для вакуумных ламп

Потребляемая мощность, Вт	Создаваемый световой поток, л
20	250
40	400
60	700
75	900
100	1200
150	1800
200	2500

 

Как световой поток зависит от мощности у ламп другого типа

С лампами накаливания проблема решена, но существует множество других типов ламп, среди которых наиболее распространены:

1. Светящийся.
2. Светодиоды.

Хотя световой поток этого типа ламп почти всегда можно найти на упаковке, полезно знать зависимость люменов от потребляемой мощности. Он существует и также может быть выражен в виде обычной таблицы:

Сравнительная таблица зависимости светового потока от силы тока для ламп разных типов

Лампочки	Флюоресцентные лампы	Светодиодная лампа
Потребляемая мощность, Вт	Потребляемая мощность, Вт	Потребляемая мощность, Вт	Световой ток, ch
20	5-7	2-3	250
40	10-13	4-5	400
60	15-16	8-10	700
75	18-20	10-12	900
100	25-30	12-15	1200
150	40-50	18-20	1800
200	60-80	20-30	2500

Глядя на таблицу, вы наверняка заметили, что КПД (отношение мощности к световому потоку) у ламп накаливания самый низкий. Люминесцентная, например, в 4-5 раз экономичнее лампочки Ильича. Светодиод, если говорить об энергосбережении, сильно отстает от обоих вышеперечисленных типов.

Поэтому классические лампы накаливания постепенно заменяются более эффективными источниками света. Однако благодаря простой конструкции и доступной цене они до сих пор довольно прочно удерживают свои позиции. Поэтому важно внимательно разобраться в световом потоке и выяснить его связь с мощностью лампы накаливания.