+25

Лампа накаливания или как их ещё называют – лампочка Ильича, это светоизлучающее устройство, которое является искусственным источником света. В лампе накаливания происходит нагревание тоненькой проволочки (с высоким удельным сопротивлением) при протекании сквозь неё электричества. Для того, что бы получить видимое излучение, необходима величина температуры порядка нескольких тысяч градусов по Цельсию. Причём, чем меньше температура, тем будет меньше интенсивность видимого света, что даст смещением спектра в сторону красного цвета.

Некоторая часть затраченной электроэнергии на лампу накаливания превращается в излучение, а часть безвозвратно рассеивается в результате процессов конвекции и теплообмена с внешней средой. Стоит заметить, что всего лишь незначительная часть излучения лежит в спектре видимого света, основная же доля излучается в инфракрасном диапазоне. Для повышения коэффициента полезного действия лампы накаливания и получения от неё максимально «белого» света нужно увеличивать температуру накала вольфрамовой нити, что ограничивается свойствами самого вольфрама (материала нити).

В наше время в лампах накаливания используются материалы с максимально возможными температурами плавления. Наиболее подходящим материалом является вольфрам (3410°C) и, гораздо реже — осмий (3045°C). На практике при нагревании нити накала до температур 2300 – 2900°C получается далеко не идеально белый свет. Лампы Ильича излучают свет, что воспринимается как красно-жёлтый свет. Взаимодействие с воздухом (точнее с кислородом находящимся в нём) при высоких температурах вольфрам очень быстро превращается в оксид. Это мгновенно приводит к перегоранию нити накала и прекращению работоспособности лампы. Что бы этого избежать, вольфрамовую нить защищают стеклянной колбой. Её заполняют нейтральным газом (аргоном). Самые первые лампы делались с вакуумированными колбами. Но как оказалось, в вакууме при высоких температурах вольфрам довольно быстро способен испаряется. Это приводит к уменьшению толщины спирали и затемнению стеклянной колбы. Позже стеклянные колбы начали заполнять нейтральными газами, что значительно повысило долговечность лампы накаливания.

 Теперь что касается конструкции лампы накаливания. Лампа Ильича представляет собой металлический цоколь, стеклянную колбу, контактные проводники и саму нить накала. Цоколь служит для приёма электричества из внешних источников тока и передачи его к контактным проводникам и нити накала. Задача стеклянной колбы заключается в защите спирали от перегорания (изоляция от воздуха). Сами размеры стеклянной колбы зависят от скорости осаждения материала спирали. Для ламп большей мощности нужны стеклянные колбы большего размера, для того чтобы осаждаемый материал нити накала распределялся на большую площадь, тем самым не оказывая особого влияния на прозрачность лампы. Нынешние лампы заполняют буферным газом (смесь аргоном с азотом). Это значительно уменьшает скорость испарения нити накала. Более дорогостоящие лампы накаливания содержат криптон либо же ксенон. В современных лампочках в роли нити накала используется исключительно спирали из вольфрамо-осмиевого сплава. Нить, как правило, представляет собой двойную спираль.

Перед непосредственным включением спираль накала имеет комнатную температуру, а значит её сопротивление в несколько раз меньше рабочего сопротивления (разогретое состояние). Низкое сопротивление влечёт за собой протекание довольно больших токов (в 2-3 раза превышающего рабочий ток). Далее, в процессе нагревания нити её сопротивление постепенно становится больше, а ток — меньше. Лампы накаливания с угольными нитями, что выпускались раньше, при своём включении работали по другому (обратному) принципу – при разогреве их сопротивление понижалось, а свечение постепенно нарастало.

Практически вся подаваемая в лампу накаливания (Ильича) электроэнергия расходуется на ненужные дела. Это, прежде всего потери на выделение тепла, а также в излучение невидимого спектра света. Это обусловлено тем, что человек может воспринимать довольно узкий диапазон длин волн светового излучения. Большая часть светового излучения при разогреве тела находится в невидимом инфракрасном участке спектра (она воспринимается как тепло). КПД ламп Ильича при температуре в 3400 K, достигает максимального значения 15 процентов. При практически используемых температурах в 2700 K, КПД составляет всего 5 процентов. Это указывает, на то, что с увеличением температуры нити накала КПД лампы повышается, но при этом значительно понижается её длительность срока службы. При температуре нити накала в 2700 K длительность эксплуатации лампы около 1000 ч., а при 3400 K всего несколько часов.

 Если увеличить напряжение питания на 20 %, яркость свечения лампы увеличится в 2 раза, но при этом уменьшается срок службы её на 95 %. Понижение электрического напряжения в 2 раза, хоть и снижает КПД, но увеличивает срок службы практически в 1000 раз. Этим часто используют, в том случае, когда требуется иметь надежное дежурное освещение без жёстких требований к яркости свечения. Неравномерное испарение нити накала внутри лампы накаливания приводит к появлению истончённых мест с увеличенным сопротивлением, а это, в свою очередь, ведёт к ещё большему разогреву и испарению в этих местах. И в итоге спустя некоторое время лампа выходит из строя.

Госдума запретила с 2011 года лампы накаливания

Госдума  на пленарном заседании приняла в третьем чтении закон "Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации". Согласно документу, с 1 января 2011 года к обороту на территории страны не допускаются электрические лампы накаливания мощностью 100 Вт и более. С 1 января 2013 года может быть введен запрет на оборот на территории РФ электроламп мощностью 75 Вт и более, а с 1 января 2014 года - ламп мощностью 25 Вт и более. Напомним, по оценкам Минэкономразвития, общая стоимость замены ламп накаливания на энергосберегающие лампы составит до 2014 года около 100 млрд руб. При этом строительство заводов по утилизации люминесцентных ламп входит в эту сумму. Стоит отметить, что подобные запреты существуют во многих других странах мира. Так, с этого года в Евросоюзе находятся под запретом лампы накаливания мощностью более 80 ватт, а с 2014 года производство и продажу подобных ламп запретят полностью. Похожие ограничения действуют в некоторых штатах США, а также на Кубе.