Интересные факты об электрической лампочке. Электрическая лампа накаливания: история изобретения, интересные факты

Угадайте, сколько времени способна проработать лампа накаливания?
Общеизвестно, что лампы накаливания довольно быстро перегорают. Но, как оказалось, существует по крайней мере одна такая лампа, которая уже проработала более 100 (точнее, 115) лет. Она находится в г. Ливермор (США, Калифорния) на станции местной противопожарной службы. Именно там эта лампочка-долгожительница была включена летом 1901 г. и с тех пор работает практически непрерывно. Сейчас она загнесена в Книгу Гиннеса в качестве самой долговечной лампы накаливания. Перед этим специалисты из «General Electric» провели специальный технический аудит, который подтвердил, что это именно та лампочка, которая была включена 115 лет назад.

Столь высокой долговечности «столетней», или как её ещё прозвали, «Ливерморской» лампы способствует режим её работы: она горит практически непрерывно, количество включений/выключений минимально (за 100 лет её выключали всего несколько раз) на сниженной мощности (4 Вт), при очень сильном «недокале», и соответственно с крайне низким КПД. Эта лампа используется для ночного (дежурного) освещения. За время службы её несколько раз переподключали на новые места. Самое позднее такое переподключение произвели в 1976 г. Тогда «Ливерморскую» лампу выключили на 22 минуты.
Неизвестно, сколько эта столетняя лампа ещё проработает, но после того, как она все же перегорит, Ливерморская лампа будет помещена в музей Рипли.

Современные источники света
Программы по энергосбережению предполагают замену светильников с традиционными источниками света, каким является Ливерморская лампа, на светодиодные, и светодиодные панели оптимально подходят для решения таких задач в сфере внутреннего освещения. Светодиодные панели (LED панели) применяются для освещения бытовых, административно-офисных, торговых, развлекательных и производственных помещений. Стоит сказать, что лед панели применяют в настоящее время в большей степени для торгово-офисных зданий, но они прекрасно вписываются в современный интерьер жилых помещений. Кроме того, светодиодные панели купить в Украине достаточно легко, для этого всего на всего надо зайти в интернет-магазин "Сила света".

Суд над электричеством
На заре электрификации преимущество электрического освещения не было столь очевидным, как нам кажется сейчас, с высоты почти полуторавекового опыта. К тому же в дело вмешались экономические интересы. Массовая замена газовых осветительных приборов на электрические грозило серьезными убытками (и даже разорением) английским газовым компаниям, которые развязали против электрического освещения настоящую информационную войну.

В 1879 году Британским парламентом было принято решение об учреждении специальной комиссии, которая должна была разобраться с огромным потоком правдивой и ложной информации и вынести вердикт относительно перспектив развития осветительной индустрии с использование электричества. Этой комиссии были даны самые серьезные полномочия. Явка свидетеля, вызванного на заседание данной комиссии, как и дача им правдивых показания были также обязательны, как если бы речь шла о вызове в суд. Работа самой комиссии также была построена по образцу суда. Вот только ответчик был крайне необычный – природное явление, известное под общим названием «электричества».

Члены комиссии заседали на судейских местах, свидетели «обвинения» и «защиты» давали свои показания и отвечали на вопросы, причем весь ход заседаний тщательно стенографировался. В качестве вещественных доказательств было предъявлено изрядное количество разных электроприборов, работа которых демонстрировалась здесь же. Так же комиссии было представлено к рассмотрению множество чертежей, графиков, диаграмм и т.д.
Аргументы свидетелей «обвинения», то есть противников электрического освещения сводились в основном к тому, что электрических свет «холоден, бесчувственен и мертв» (так заявил один художник), «он искажает цвета, поэтому при нем трудно подбирать одежду, а кроме того при электрическом освещении лицо кажется бледнее, чем на самом деле» (мнение одной леди). Торговцы с недавно электрифицированного, Биллингсэтского рынка утверждали, что при электрическом освещении рыба теряет товарный вид и у них падают продажи. Кроме того, практически все противники электрификации жаловались на раздражающее мигание осветительных электроприборов и вызываемое ими ощущение рези в глазах.

Сторонники электрификации, они же, «свидетели защиты электричества» объясняли, что, смотреть включенные лампы разглядывать не следует, как никто не смотрит прямо на солнце в погожий день. Эффект «мигания» объяснялся техническим браком, качественно изготовленные электрические фонари светили ровно (и это было продемонстрировано). Что же касается искажение цветовосприятия, то традиционные на тот период свечи и газовые фонари искажали цвета ещё сильнее, а так ненавидимый дамами эффект «бледной мертвенности» кожи лица наблюдался только, если помещение (пространство) освещалось газовым и электрическим фонарем одновременно.

Комиссия заседала долго, но затем вынесла окончательный вердикт. Было решено, что имеющиеся знания о закономерностях электричества и развитие электротехники достигло уровня достаточного для массового производства и внедрения электроприборов. Электрическому освещению была предоставлена возможность конкурировать с газовым и другими традиционными его видами (свечным, керосиновым и т.д.) Специальным пунктом постановления было запрещено привлекать газовые компании к организации электрического освещения, поскольку они «абсолютно некомпетентны в области электротехнике».

Рекордсмены мощности
Абсолютное первенство по мощности непрерывно излучаемого света удерживает дуговая лампа, наполненная под давлением инертным газом – аргоном. Она потребляет 313 кВт электроэнергии и излучает световой поток силой 1,2 мегаканделл. Эту лампу изготовила в 1984 г. Канадская компаниия «Вортек индастриз».

Из серийной продукции наиболее мощным осветительным прибором в истории был прожектор, который производился в военных целях с 1939 по 1945 гг компанией «Дженерал электрик». Конструкция его разрабатывалась в НИЦ Херста (Великобритания, Лондон). Этот прожектор потреблял 600 кВт электроэнергии. Яркость его дуги достигала 46,500 кд/кв. см. Отражатель параболической формы имел диаметр 3,04 м. В результате создавался луч света, интенсивностью 2,7 мегакандел.

Долговечность против эффективности
Когда лампы накаливания только были изобретены, с ними проводилось множество экспериментов и исследований. Именно в этот период удалось установить, что максимально возможный КПД (здесь: процентное отношение энергии испускаемого света видимого спектра к потребляемой электроэнергии) составляет 15% и достигается при температуре нити накаливания 3400К. Однако ресурс таких ламп составлял всего несколько часов, и все попытки его увеличить не увенчались успехом. Однако, если нить разогревается «всего» до 2700К, рабочий ресурс лампы составляет примерно 1000 часов. Правда, её КПД при этом снижается до 5%.

Именно такие лампы и производились массово на протяжении более 100 лет. Используются они и сейчас. Только 5% от потребляемой электроэнергии преобразуется в световое излучение. Остальные 25% энергии выделяются в виде тепла. Так, что лампы накаливания корректнее называть не «осветительным», а «отопительным» устройством.

Зависимость яркости горения лампы от величины напряжения
Прежде на территории РФ стандартным напряжением для бытовых сетей было 220 V. Но в 2005 г. был принят новый ГОСТ и теперь стандартным считается напряжение в 230V. Причем допустимым считается 10%-е отклонение от номинального значения в любую сторону. То есть в конкретной бытовой розетки и конкретный момент времени напряжение может составлять от 207 до 253V, и это будет считаться нормальным. Прежний стандартный номинал в 220V входит в данный диапазон, поэтому массовой замены электрооборудования не потребовалось.

Был проведен эксперимент по измерению светового потока, испускаемого лампой накаливания при различных значениях напряжения, которые задавались посредством ЛАТРа. Для проведения опыта взяли матовую лампу 230V 60W Osram CLAS A FR60 230V E27. Согласно информации на упаковке, она обеспечивает интенсивность потока света в 710Лм. Результаты измерений реальной светимости, при различных величинах напряжения, возможных в сети (207 – 253V) оказались весьма примечательны.

При отклонении реального напряжения от номинала на 10% (напоминаем, такое отклонение считается допустимым) в любую из сторон, яркость свечения этой лампы менялась, минимум, на 30%. Так при самом низком из допустимых значений напряжения в 207V, эта, номинально 60-и ватная лампа светила как 40-а ватная. Правда и при напряжении строго соответствующем номиналу в 230V, лампа не развивала интенсивности потока света в 710 Лм., которые были заявлены в её параметрах. И это все же лампа от мирового лидера данной отрасли, "OSRAM". Есть основания считать, что с лампами других производителей, в том числе и отечественных, дело обстоит ещё печальнее.

Отметим, что современные лампы на светодиодах подобной зависимости от напряжения в сети не подвержены. Даже при очень серьезных перепадах напряжения (в том числе и считающихся «аварийными») светодиодные лампы продолжают светить одинаково. Устройство таких ламп обязательно предполагает наличие драйвера питания, как раз и выполняющего функции «стабилизатора».

Нередко бывает так, что используемое в быту устройство, имеющее большое значение для всего человечества, ничем не напоминает нам о его создателе. А ведь в наших домах электрическая лампочка зажглась благодаря усилиям конкретных людей. Их заслуга для человечества неоценима - наши дома наполнились светом и теплом. История ламп накаливания, представленная ниже, познакомит вас с этим великим изобретением и с именами тех, с кем оно связано.

Что касается последних, можно отметить два имени - Александра Лодыгина и Томаса Эдисона. Хотя заслуга русского ученого была очень велика, пальма первенства принадлежит именно американскому изобретателю. Поэтому мы вкратце расскажем о Лодыгине и подробно остановимся на достижениях Эдисона. Именно с их именами связывается история ламп накаливания. Говорят, что на изобретение электрической лампочки у Эдисона ушло огромное количество времени. Ему пришлось провести около 2 тысяч опытов, прежде чем на свет появилась знакомая нам всем конструкция.

Изобретение, сделанное Александром Лодыгиным

История ламп накаливания очень похожа на истории других сделанных в России изобретений. Александр Лодыгин, русский ученый, смог заставить угольный стержень светиться в стеклянном сосуде, откуда был откачан воздух. История создания лампы накаливания начинается в 1872 году, когда ему удалось это сделать. Александр получил патент на электрическую угольную лампу накаливания в 1874 году. Немного позже он предложил заменить вольфрамовым угольный стержень. Вольфрамовая деталь и сейчас используется в лампах накаливания.

Заслуга Томаса Эдисона

Однако именно Томас Эдисон, американский изобретатель, смог создать долговечную, надежную и недорогую модель в 1878 году. Кроме того, ему удалось наладить ее производство. В его первых лампах в роли нити накаливания была обугленная стружка, сделанная из японского бамбука. Вольфрамовые нити, привычные нам, появились значительно позже. Они стали использоваться по инициативе Лодыгина, упоминавшегося выше русского инженера. Не будь его, кто знает, как сложилась бы история ламп накаливания дальнейших лет.

Американский менталитет Эдисона

Американский менталитет существенно отличается от русского. У гражданина США Томаса Эдисона в дело шло все. Интересно, что, размышляя о том, как сделать более прочной телеграфную ленту, этот ученый изобрел вощение бумаги. Затем эта бумага использовалась в виде обертки для конфет. Семь столетий западной истории предшествовали изобретению Эдисона, и не столько развитием технической мысли, сколько постепенно формировавшимся у людей активным отношением к жизни. Многие талантливые ученые упорно шли к этому изобретению. История происхождения лампы накаливания связана, в частности, с именем Фарадея. Он создал фундаментальные труды по физике, без опоры на которые вряд ли было бы осуществимо изобретение Эдисона.

Другие изобретения, сделанные Эдисоном

Томас Эдисон появился на свет в 1847 году в Порт-Херон, небольшом американском городке. В самореализации Томаса сыграло роль то, что молодой изобретатель обладал способностью мгновенно находить инвесторов для своих идей, даже самых дерзких. И они были готовы рискнуть немалыми суммами. Например, еще будучи подростком, Эдисон решил печатать газету в поезде во время движения и затем продавать ее пассажирам. А новости для газеты следовало собирать прямо на остановках. Сразу же нашлись люди, которые ссудили деньги на покупку небольшого печатного станка, а также те, которые пустили Эдисона в багажный вагон с этим станком.

Изобретения до Томаса Эдисона делались либо учеными и были побочным продуктом осуществленных ими открытий, либо практиками, которые совершенствовали то, с чем им приходилось работать. Именно Эдисон сделал изобретательство отдельной профессией. У него было множество идей, и практически каждая из них делалась ростком для последующих, которые требовали дальнейшей разработки. Томас в течение всей своей долгой жизни не заботился о своем личном комфорте. Известно, что, когда он посетил Европу, будучи уже в зените славы, то был разочарован ленью и щеголеватостью европейских изобретателей.

Сложно было найти область, в которой Томас не совершил бы прорыв. Подсчитано, что этот ученый ежегодно делал около 40 крупных открытий. В общей сложности Эдисон получил 1092 патента.

Дух американского капитализма толкал вверх Томаса Эдисона. Ему удалось разбогатеть еще в возрасте 22 лет, когда он придумал котировочный "тиккер" для бостонской биржи. Однако самым важным изобретением Эдисона было именно создание лампы накаливания. Томасу удалось с ее помощью электрифицировать всю Америку, а затем и весь мир.

Строительство электростанции и первые потребители электроэнергии

История создания лампы начинается со строительства небольшой электростанции. Ученый соорудил ее у себя в Менло-Парке. Она должна была обслуживать нужды его лаборатории. Однако получаемой энергии оказалось больше, чем было необходимо. Тогда Эдисон начал продавать излишек соседям-фермерам. Вряд ли эти люди понимали, что стали первыми платными потребителями электроэнергии в мире. Эдисон никогда не стремился стать предпринимателем, однако когда он нуждался для своей работы в чем-либо, он открывал небольшое производство в Менло-Парке, впоследствии разраставшееся до больших размеров и шедшее своим путем развития.

История изменения устройства лампы накаливания

Электрическая лампа накаливания представляет собой источник света, где преобразование в световую энергию электрической происходит из-за накаливания тугоплавкого проводника электрическим током. Световая энергия впервые была получена таким способом при пропускании тока сквозь угольный стержень. Этот стержень был помещен в сосуд, из которого предварительно был откачан воздух. Томас Эдисон в 1879 году создал более-менее долговечную конструкцию с использованием угольной нити. Однако имеется довольно длительная история возникновения лампы накаливания в современном виде. В качестве тела накала в 1898-1908 гг. пытались применять разные металлы (тантал, вольфрам, осмий). Вольфрамовую нить, зигзагообразно расположенную, начали использовать с 1909 года. Лампы накаливания начали наполнять в 1912-13 гг. инертными газами (криптоном и аргоном), а также азотом. В это же время вольфрамовую нить стали делать в виде спирали.

История развития лампы накаливания далее отмечена ее усовершенствованием путем улучшения световой отдачи. Это осуществлялось с помощью повышения температуры тела накала. Срок службы лампы при этом сохранялся. Заполнение ее инертными высокомолекулярными газами с добавлением галогена привело к уменьшению загрязнения колбы частицами вольфрама, распыляющегося внутри нее. Кроме того, это уменьшило скорость его испарения. Применение тела накала в виде биспирали и триспирали привело к сокращению теплопотерь через газ.

Такова история изобретения лампы накаливания. Наверняка вам интересно будет узнать и о том, что представляют собой различные ее разновидности.

Современные разновидности ламп накаливания

Множество разновидностей электрических ламп состоит из определенных однотипных частей. Они различаются формой и размерами. На металлическом или стеклянном штенгеле внутри колбы закреплено тело накала (то есть сделанная из вольфрама спираль) с помощью держателей, выполненных из молибденовой проволоки. К концам вводов прикреплены концы спирали. Для того чтобы создать вакуумноплотное соединение с лопаткой, выполненной из стекла, средняя часть вводов выполняется из молибдена или платинита. Колба лампы во время вакуумной обработки наполняется инертным газом. Затем штенгель заваривается и образуется носик. Лампа для крепления в патроне и защиты носика снабжается цоколем. Он прикрепляется цоколевочной мастикой к колбе.

Внешний вид ламп

Сегодня существует множество видов ламп накаливания, которые можно разделить по областям применения (для автомобильных фар, общего назначения и др.), по светотехническим свойствам их колбы или по конструктивной форме (декоративные, зеркальные, с рассеивающим покрытием и др.), а также по форме, которую имеет тело накала (с биспиралью, с плоской спиралью и др.). Что касается габаритов, выделяют крупногабаритные, нормальные, малогабаритные, миниатюрные и сверхминиатюрные. Например, к последним относятся лампы, имеющие длину менее 10 мм, диаметр которых не превышает 6 мм. Что касается крупногабаритных, к ним принадлежат такие, длина которых составляет более 175 мм, а диаметр - не менее 80 мм.

Мощность ламп и срок службы

Современные лампы накаливания могут работать при напряжении от долей единицы до нескольких сотен вольт. Их мощность может составлять десятки киловатт. Если увеличить напряжение на 1 %, световой поток повысится на 4 %. Однако при этом срок службы сократится на 15 %. Если включить лампу на короткий срок на напряжение, которое превышает на 15 % номинальное, она будет выведена из строя. Именно поэтому так часто перепады напряжения вызывают перегорание лампочек. От пяти часов до тысячи и более колеблется срок их службы. Например, на короткое время рассчитаны самолетные фарные лампы, а транспортные могут работать очень долго. В последнем случае их следует устанавливать в местах, которые обеспечивают легкость замены. Сегодня световая отдача ламп зависит от напряжения, конструкции, продолжительности горения и мощности. Она составляет около 10-35 лм/Вт.

Лампы накаливания сегодня

Лампы накаливания по своей световой отдаче, безусловно, проигрывают источникам света, работающим от газа (люминесцентная лампа). Тем не менее они проще в эксплуатации. Для ламп накаливания не требуется сложной арматуры или пусковых устройств. По мощности и напряжению для них практически не существует ограничений. В мире сегодня каждый год производится около 10 млрд ламп. А число их разновидностей превышает 2 тысячи.

Светодиодные лампы

История происхождения лампы уже написана, тогда как история развития этого изобретения еще не завершена. Появляются новые разновидности, которые становятся все более популярными. Речь идет в первую очередь о светодиодных лампах (одна из них представлена на фото выше). Они известны также как энергосберегающие. Эти лампы обладают светоотдачей, превышающей более чем в 10 раз светоотдачу ламп накаливания. Однако у них имеется недостаток - источник питания должен быть низковольтным.

Лампа накаливания - это искусственный источник света, в котором свет идет от тела накала, которое нагревается электрическим током до высокой температуры. В качестве тела накала чаще всего используется спираль из тугоплавкого металла (чаще всего - вольфрама), либо угольная нить. Чтобы исключить окисление тела накала при контакте с воздухом, его помещают в вакуумированную колбу, либо колбу, заполненную инертными газами или парами галогенов.

Два века назад, в 1840 году англичанин Деларю производит на свет первую в мире лампу накаливания (тогда она была с платиновой спиралью и не отличалась своей практичностью)… Как говорится, первый блин комом.. но начало было положено..

Спустя почти 15 лет, в 1854 году немец Генрих Гёбель разработал первую «современную» на тот момент лампу: обугленную бамбуковую нить в вакуумированном сосуде. Далее ему понадобилось еще 5 лет, чтобы разработать то, что многие сегодня называют первой практичной лампой..

В 1860 год английский химик и физик Джозеф Уилсон Суон продемонстрировал первые результаты работы этой лампы и получил патент, однако трудности в получении вакуума привели к тому, что лампа Суона работала недолго и неэффективно.

В июле 1874 года теперь уже российский инженер заявил о себе. Александр Николаевич Лодыгин получил патент на нитевую лампу. В качестве нити накала он использовал угольный стержень, помещённый в вакуумированный сосуд.+

Спустя год лампа Лодыгина была усовершенствована. Сделал это ученый Дидрихсон, он осуществил откачку воздуха из неё и применил в лампе несколько волосков (в случае перегорания одного из них, следующий включался автоматически).

В том же году, может чуть позже, русский электротехник Павел Николаевич Яблочков, работая над «электрической свечой», открыл, что каолин, который он использовал для изоляции углей свечи, электропроводен при высокой температуре. После чего он создал «каолиновую лампу», где «нить накала» была изготовлена из каолина. Особенностью данной лампы было то, что она не требовала вакуума, и «нить накала» не перегорала на открытом воздухе. Однако Яблочков с русской душой считал, что лампы накаливания неперспективны, и не верил в возможность их применения в широком масштабе.

«Каолиновая лампа» Яблочкова была быстро забыта, но позже немецкий физик Вальтер Нернст создал аналогичную лампу, где «нить накала» была изготовлена из магнезии. Но этим лампам не суждено было завоевать наши потолки. Лампа Нернста также не требовала вакуума, но существенной особенностью «каолиновой лампы» и лампы Нернста является то, что «нить накала» надо было разогреть до высокой температуры, чтобы лампа зажглась. В первых лампах «нить накала» подогревалась спичкой, впоследствии стали использовать электрические нагреватели, но и это не позволило лампам долго продержаться в лидерах.+

В 1878 году английский изобретатель Джозеф Уилсон Суон получил британский патент на лампу с угольным волокном. В его лампах волокно находилось в разреженной кислородной атмосфере, что позволяло получать очень яркий свет. Но это еще не та лампа, о которой грезило человечество.

Во второй половине 1870-х годов американский изобретатель Томас Эдисон проводит исследовательскую работу, в которой он пробует в качестве нити накала различные металлы. В 1879 году он патентует лампу с платиновой нитью.

В 1880 году он вновь возвращается к угольному волокну и создаёт лампу с временем жизни 40 часов — это было очень даже не плохо для того времени, хоть и ничтожно мало. Интересно, что подбирая материал для нити, Эдисон провёл, вы только вдумайтесь, около 1500 испытаний различных материалов, а затем ещё около 6000 опытов по карбонизации различных растений. Эдакий фанат своего дела.

Кстати, одновременно Томас Эдисон изобрёл бытовой поворотный выключатель. Та сказать, вдогонку.

Все-таки, несмотря на столь непродолжительное время жизни, лампы Эдисон вытесняют использовавшееся до тех пор газовое освещение. Некоторое время изобретение даже носило обобщённое имя «Эдисона-Суона».

В 1890-х годах Александр Николаевич Лодыгин изобретает несколько типов ламп с нитями накала из тугоплавких металлов. Лодыгин предложил применять в лампах нити из вольфрама (именно такие применяются сегодня в лампочках) и молибдена и закручивать нить накаливания в форме спирали. Он предпринял первые попытки откачивать из ламп воздух, что сохраняло нить от окисления и увеличивало их срок службы во много раз.

Кстати, первая американская коммерческая лампа с вольфрамовой спиралью впоследствии производилась по патенту Лодыгина.

Также Лодыгиным были изготовлены и газонаполненные лампы (с угольной нитью и заполнением азотом).

С конца 1890-х годов появились лампы с нитью накаливания из окиси магния, тория, циркония и иттрия, также применялась нить из металлического осмия и тантала.

Вначале 20 века, в 1904 году австро-венгерские специалисты Шандор Юст и Франьо Ханаман получили патент на использование в лампах вольфрамовой нити. И в Венгрии были произведены первые такие лампы, вышедшие на рынок через одну венгерскую фирму в 1905 году.

В 1906 году Лодыгин продаёт патент на вольфрамовую нить компании General Electric. В том же 1906 году в США он построил и пустил в ход завод по электрохимическому получению вольфрама, хрома и титана. Надо сказать, что из-за высокой стоимости вольфрама патент Ладыгина находит только ограниченное применение.

Как мы знаем, прогресс не стоял на месте и в 20 веке. И уже в через пару лет Вильям Дэвид Кулидж изобретает улучшенный метод производства вольфрамовой нити, которая, впоследствии вытесняет-таки все другие виды нитей. Так появилась на свет сегодняшняя лампочка.

Оставалась только проблема с быстрым испарением нити в вакууме, но и она была решена американским учёным, известным специалистом в области вакуумной техники Ирвингом Ленгмюром, который, работая с 1909 года в фирме «General Electric». Ленгмюр ввёл в производство наполнение колбы ламп инертными, точнее - тяжёлыми благородными газами (в частности - аргоном), что существенно увеличило время их работы и повысило светоотдачу.

Надо сказать, что сегодня привычная нам лампочка постепенно, но верно собирается уйти в прошлое..

Сегодня в связи с необходимостью экономии электроэнергии и сокращения выброса углекислого газа в атмосферу во многих странах введён или планируется к вводу запрет на производство, закупку и импорт ламп накаливания с целью вынуждения замены их на энергосберегающие.

История ламп накаливания уходит своими корнями в девятнадцатый век. Рассмотрим основные моменты, связанные с этим уникальным изобретением человечества.

Особенности

Лампа накаливания это предмет, который знаком многим людям. В настоящее время трудно себе представить жизнь человечества без использования искусственного и электрического света. При этом редко кто задумывается над тем, как выглядела первая лампа, в какой исторический период она была создана.

Для начала рассмотрим устройство лампы накаливания. Этот источник электрического света представляет собой проводник с высокой температурой плавления, который находится в колбе. Из нее предварительно выкачан воздух, вместо него колба заполнена инертным газом. Проходя через лампу, электрический ток испускает поток света.

Суть функционирования

Каков принцип работы лампы накаливания? Он заключается в том, что при протекании электрического тока через тело накала, элемент нагревается, при этом разогревается сама вольфрамовая нить. Именно она испускает по закону Планка излучение теплового и электромагнитного типа. Чтобы создавать полноценное свечение, необходимо накалить вольфрамовую нить до нескольких сотен градусов. По мере уменьшения температуры спектр приобретает красный цвет.

Первые лампы накаливания имели множество недостатков. Например, сложно было регулировать температуру, в результате чего лампы быстро выходили из строя.

Технические особенности

Что собой представляет конструкция современной лампы накаливания? Так как она стала первым источником света, у нее достаточно простая конструкция. Основными элементами лампы считают:

тело накала;
колба;
вводы тока.

В настоящее время разработаны различные модификации, в лампу введен предохранитель, представляющий собой звено. Для производства этой детали используют железоникелевый сплав. Звено сваривают в ножку ввода тока для того, чтобы не допустить при накаливании вольфрамовой нити разрушения стеклянной колбы.

Рассматривая основные преимущества и недостатки ламп накаливания, отметим, что с момента своего появления лампы были существенно модернизированы. Например, благодаря использованию предохранителя снизилась вероятность быстрого разрушения лампы.

Основным минусом подобных осветительных элементов является их высокое потребление энергии. Именно поэтому в настоящее время они стали применяться значительно реже.

Как появились искусственные источники света

История ламп накаливания связана со многими изобретателями. До того времени, когда русский физик Александр Лодыгин стал работать над ее созданием, уже были разработаны первые модели ламп накаливания. В 1809 году английский изобретатель Деларю разработал модель, которая была оснащена платиновой спиралью. История ламп накаливания связана и с изобретателем Генрихом Гебелем. В образце, созданном немцем, обугленная бамбуковая нить помещалась в сосуд, из которого предварительно выкачивали воздух. Гебель занимался модернизацией своей модели лампы накаливания на протяжении пятнадцати лет. Ему удалось получить рабочий вариант лампочки накаливания. Лодыгин добился качественного свечения угольного стержня, помещенного в стеклянном сосуде, из которого был удален воздух.

Вариант практичной модели

Первые лампы накаливания, которые можно было производить в больших объемах, появились в Англии в конце девятнадцатого века. Джозефу Уилсону Суону даже удалось получить патент на собственную разработку.

Говоря о тех, кто придумал лампу накаливания, также необходимо остановиться на экспериментах, проводимых Томасом Эдисоном.

Он пытался использовать в качестве нитей накаливания различные материалы. Именно этот ученый предложил в качестве нити накаливания платиновую нить.

Такое изобретение лампы накаливания стало новым этапом в сфере электричества. Изначально лампы Эдисона функционировали только в течение сорока часов, но, несмотря на это, они достаточно быстро вытеснили газовое освещение.

В тот период, когда Эдисон занимался своими исследованиями, в России Александру Лодыгину удалось создать сразу несколько различных видов ламп, в которых роль нитей играли тугоплавные металлы.

История ламп накаливания свидетельствует о том, что именно русский изобретатель впервые стал применять в виде тела накаливания тугоплавкие металлы.

Помимо вольфрама Лодыгин также проводил эксперименты с молибденом, скручивая его в виде спирали.

Специфика работы лампы Лодыгина

Для современных аналогов характерен прекрасный световой поток, а также качественная цветопередача. Их коэффициент полезного действия составляет 15% при наибольшем значении температуры накала. Такие источники света для своей работы потребляют существенное количество электрической энергии, поэтому их функционирование осуществляется не больше 1000 часов. Это с лихвой окупается невысокой стоимостью ламп, поэтому, несмотря на многообразие искусственных источников освещения, представленным на современном рынке, они по-прежнему считаются популярными и востребованными среди покупателей.

Интересные факты из истории лампы накаливания

В конце девятнадцатого века Дидрихсону удалось внести существенные изменения в модель, предлагаемую русским изобретателем Лодыгиным. Он провел полную откачку из нее воздуха, использовал в лампе сразу несколько волосков.

Подобное усовершенствование позволяло использовать лампу даже в том случае, когда один из волосков перегорал.

Английскому инженеру Джозефу Уилсону Суону принадлежит патент, подтверждающий создание им лампы с угольным волокном.

Волокно располагалось в кислородной разряженной атмосфере, в результате чего свет получался более ярким и равномерным.

Во второй половине девятнадцатого века Эдисон помимо самой лампы изобретает поворотный бытовой выключатель.

Масштабное появление ламп на рынке

С конца девятнадцатого века стали появляться лампы, в которых в качестве нити накаливания использовались оксиды иттрия, циркония, тория, магния.

В начале прошлого века венгерскими исследователями Шандором Юстом и Франьо Ханаманом был получен патент на применение вольфрамовой нити в лампах накаливания. Именно в этой стране были изготовлены первые экземпляры таких ламп, которые вышли на масштабный рынок.

В США в этот же временной период были построены и запущены заводы, занимающиеся получением титана, вольфрама, хрома, путем электрохимического восстановления.

Высокая стоимость вольфрама внесла свои корректировки в скорость внедрения ламп накаливания в повседневную жизнь.

В 1910 году Кулидж разработал новую технологию изготовления тонких вольфрамовых нитей, что способствовало удешевлению производства искусственных ламп накаливания.

Проблему ее быстрого испарения удалось решить американскому ученому Ирвингу Ленгмюру. Именно им было введено в промышленное производство наполнение инертным газом стеклянных колб, что увеличило срок эксплуатации лампы, удешевило их.

Коэффициент полезного действия

Практически вся энергия, которая получается в лампу, постепенно переходит в тепловое излучение. КПД достигает 15 процентов при температурном показателе 15 процентов.

По мере повышения значения температуры происходит увеличение коэффициента полезного действия, но это вызывает существенное снижение эксплуатационного срока службы лампы.

При 2700 К срок полноценного использования искусственного источника света составляет 1000 часов, а при 3400 К - несколько часов.

Для того чтобы повысить долговечность лампы накаливания, разработчики предлагают уменьшать значение напряжения питания. Безусловно, при этом КПД также будет снижаться примерно в 4-5 раз. Такой эффект инженеры используют в тех случаях, когда требуется надежное освещение минимальной яркости. К примеру, это актуально для вечернего и ночного освещения строительных площадок, лестничных пролетов.

Для этого осуществляют последовательное подключение переменного тока лампы с диодом, что гарантирует подачу тока в лампу на протяжении половины всего периода подачи тока.

Учитывая, что цена обычной лампы накаливания существенно меньшее ее среднего срока эксплуатации, приобретение таких источников освещения можно считать достаточно выгодным мероприятием.

Заключение

История появления той модели электрической лампы, к которой мы привыкли, связана с именами многих русских и иностранных ученых и изобретателей. На протяжении двух столетий этот искусственный источник освещения подвергался преобразованиям, модернизации, целью которых было увеличение эксплуатационного срока службы прибора, снижение его стоимости.

Самый большой износ нити накала наблюдается в случае резкой подачи на лампу напряжения. Для решения этой проблемы, изобретатели стали снабжать лампы разнообразными устройствами, гарантирующими их плавный запуск.

В холодном виде вольфрамовая нить обладает удельным сопротивлением, которое всего в два раза превышает показатель алюминия. Для того чтобы избегать пиковых значений мощности, разработчики используют терморезисторы, сопротивление которых падает по мере повышения температуры.

У низковольтовых ламп при равной мощности ресурс эксплуатации и светоотдача намного выше, поскольку они имеют большее сечение тела накаливания. В светильниках, рассчитанных на множество ламп, эффективно последовательное соединение нескольких ламп меньшего напряжения. К примеру, можно вместо шести ламп мощностью 60 Вт, включенных параллельно, использовать всего три.

Безусловно, в наши дни появились различные модели электрических ламп, которые имеют гораздо более результативные характеристики, чем обычные лампочки, изобретенные во время Лодыгина и Эдисона.