Поэтому.Ру
доступная энциклопедия обо всём

Почему лампочка горит

Осветительные приборы вроде лучины, свеч и керосиновых ламп уже довольно давно ушли в прошлое. Им на смену пришла лампа накаливания. О том, кто её сконструировал и почему она светит, мы и расскажем.

Изобретение лампы накаливания

Лампа накаливания, так же как радио, телефон и кинематограф была изобретена в 19 веке. и точно так же, как радио у лампы накаливания несколько изобретателей:

  • В 1809 году англичанин Деларю сконструировал первую лампу накаливания (с платиновой спиралью).
  • В 1838 году бельгиец Жобар изобрёл угольную лампу накаливания.
  • В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал первую "современную" лампу: обугленную бамбуковую нить в вакуумированном сосуде.
  • В 1860 год английский химик и физик Джозеф Уилсон Суон продемонстрировал первые результаты и получил патент, но с получением вакуума в те годы было сложно и лампа Суона работала недолго и неэффективно. Он не остановился на достигнутом и в 1878 году получил патент на лампу с угольным волокном. В ней волокно находилось в разреженной кислородной атмосфере, что позволяло получать очень яркий свет.
  • 11 июля 1874 года российский инженер Александр Николаевич Лодыгин (на фото) получил патент за номером 1619 на нитевую лампу. В качестве нити накала он использовал угольный стержень, помещённый в вакуумированный сосуд.
  • В 1875 году В.Ф. Дидрихсон усовершенствовал лампу Лодыгина, откачав из неё воздух и применил в лампе несколько волосков, чтобы в случае перегорания одного из них, следующий включался автоматически.

Во второй половине 1870-х годов Томас Эдисон взялся за усовершенствование лампы накаливания и провёл серию опытов, используя в качестве нити различные металлы. по результатам опытов в 1879 году он запатентовал лампу с платиновой нитью, а в 1880 году он вернулся к работе с угольным волокном и создал лампу с временем жизни 40 часов. Одновременно с этим Эдисон изобрёл бытовой поворотный выключатель. Несмотря на недолговечность, лампы Эдисона постепенно начали вытеснять газовое освещение.

Лодыгин также не оставлял работы над усовершенствованием лампочек и в 1890-х годах он предложил применять в лампах нити из вольфрама и молибдена и закручивать нить накаливания в форме спирали.

Предпринял первые попытки откачивать из ламп воздух, что сохраняло нить от окисления и увеличивало их срок службы. Первая американская коммерческая лампа с вольфрамовой спиралью впоследствии производилась по патенту Лодыгина.

Конструкция лампочки

Независимо от назначения ламп накаливания, конструктивно они мало отличаются друг от друга: тело накала, колба и токовводы.

В зависимости от особенностей конкретного типа лампы могут применяться держатели тела накала различной конструкции.

Бывают лампы бесцокольные или с цоколями различных типов, также лампочки могут иметь дополнительную внешнюю колбу и иные дополнительные конструктивные элементы.

  • Колба. Защищает тело (спираль) накала от воздействия атмосферных газов. Размеры колбы определяются скоростью осаждения материала тела накала.
  • Газовая среда. Первые лампы были вакуумированными. Большинство современных ламп наполняются химически инертными газами (кроме ламп малой мощности, которые по-прежнему делают вакуумными). Смеси азота N2 с аргоном Ar являются наиболее распространёнными в силу малой себестоимости, также применяют чистый осушенный аргон, реже — криптон Kr или ксенон Xe.
  • Тело накала. Может быть разной формы, наиболее распространённое - спираль из проволоки круглого поперечного сечения, но применяются и ленточные тела накала (из металлических ленточек). Поэтому правильнее будет использовать термин "тело накала", вместо "нить накала".
  • Цоколь. Форма цоколя с резьбой обычной лампы накаливания была предложена Джозефом Уилсоном Суоном. Размеры цоколей стандартизованы. У ламп бытового применения наиболее распространены цоколи Эдисона E14, E27 и E40 - цифра обозначает наружный диаметр в милиметрах. Также встречаются цоколи без резьбы. Лампа держится в таком патроне за счёт трения или нерезьбовыми сопряжениями — британский бытовой стандарт, а также бесцокольные лампы, часто применяемые в автомобилях.

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.

Принцип работы лампы накаливания

В лампе используется эффект нагревания проводника (тела накаливания - спирали) при протекании через него электрического тока (тепловое действие тока). Температура тела накала резко возрастает после включения тока. Тело накала 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. При температуре 5770 K (кельвинов), что равно температуре поверхности Солнца, свет соответствует спектру Солнца. Чем меньше температура, тем меньше доля видимого света, и тем более «красным» кажется излучение.

Часть потребляемой электрической энергии лампа накаливания преобразует в излучение, а часть уходит в результате процессов теплопроводимости и конвекции. Только малая доля излучения лежит в области видимого света, тогда как основная доля приходится на инфракрасное излучение.

Для повышения коэффициента полезного действия (КПД) лампы и получения максимально "белого" света необходимо повышать температуру нити накала, которая в свою очередь ограничена свойствами материала нити — температурой плавления. В современных лампах накаливания применяют материалы с максимальными температурами плавления — вольфрам (3410°C) и, очень редко, осмий (3045°C).

Для оценки качества света используется цветовая температура. При типичных для ламп накаливания температурах 2200—3000 K излучается желтоватый свет, отличный от дневного. В вечернее время "тёплый" (< 3500 K) свет более комфортен и меньше подавляет естественную выработку мелатонина, важного для регуляции суточных циклов организма и нарушение его синтеза негативно сказывается на здоровье.

Если бы вольфрамовые тела накала использовались на открытом воздухе, то при таких температурах вольфрам мгновенно превратился бы в оксид. Именно поэтому тело накала помещено в колбу, из которой в процессе изготовления лампы откачивается воздух.

Повышенное давление в колбе газонаполненных ламп резко уменьшает скорость испарения вольфрама, благодаря чему не только увеличивается срок службы лампы, но и есть возможность повысить температуру тела накаливания, что позволяет повысить КПД и приблизить спектр излучения к белому. Колба газонаполненной лампы не так быстро темнеет за счёт осаждения материала тела накала, как у вакуумной лампы.

Сегодня лампы накаливания уступают место лампам энергосберегающим, люминесцентным и другим. Они отличаются устройством и техническими характеристиками, так что к этой теме мы обязательно вернёмся.

Источник: Поэтому.Ру
Оценить статью
Читайте также:
Человек и общество

Даже если у нас нет своего маленького, но вполне успешного дела, нам приходится регулярно в той или иной форме сталкиваться с налоговой отчётностью. А...
Языков на свете - великое множество. Но есть среди них особенные: им тысячи лет и на некоторых из них уже сотни лет никто или почти никто не говорит. ...
Случается, что для защиты своих интересов приходится обратиться в суд. При этом далеко не каждый может обратиться за профессиональной консультацией к ...
Интернет-торговля сегодня - одно из весьма прибыльных и востребованных направлений развития бизнеса. Мы уже писали о первых шагах в этой области, но с...
Эта игра собирает многотысячные стадионы и миллионы болельщиков у телеэкранов. Футбол - одна из древнейших игр с мячом, в его аналоги играли ещё в Спа...
У каждого из нас есть привычки, без которых мы могли бы обойтись,если бы захотели. Ведь некоторые не только отнимают массу времени, но и могут серьёзн...

avatar
10 supermama
Лампы накаливания постепенно уходят в историю. Сейчас очень много других видов ламп - энергосберегающие, светодиодные, галогеновые. Скоро они совсем вытеснят привычную нам лампочку.
avatar
9 chernush2013
Ещё одним плюсом ламп накаливания является их безопасность для человеческого здоровья. Ведь в энергосберегающих лампах используется ртуть, да и вопрос утилизации совсем на низком уровне.
avatar
8 Romajang
Согласен насчет первенства ламп накаливания и энергосберегающих. Дома нужно ставить только обычные лампы накаливания, по-берегите свое здоровье. Энергосберегающие лампы имеют намного больше минусов: мерцание (как говорила Светлана), дороговизна, и со временем она потребляет больше энергии (поэтому она только вначале своей службы - энергосберегающая)
avatar
7 kyconckiy
Сейчас заставлю многих улыбнуться. В детстве я думал, что лампочку изобрёл Ленин. Услышал как-то название - лампочка Ильича и эта бредовая мысль мне втемяшилась в голову на долгие годы, пока не стал изучать в школе физику.
avatar
6 Melena
Статья особенно хороша для школьников старших классов. Если кто-нибудь выступит с подобным мини-докладом, явно заслужит отличную оценку.
avatar
5 logena23
Лампу накаливания невозможно вытеснить. Вы когда-нибудь пользовались энергосберегающей лампой? Попробуйте! Время проведенное за чтением книги при таком свете сокращается вдвое. А всё из-за того, что энергосберегающая лампа мерцает. Мерцает она и при выключенном выключателе, как будто постоянно пытается запуститься. Опять же здесь на помощь приходит обычная лампа накаливания. Стоит ее ввернуть вместо одной энергосберегающей лампы и мерцание прекратиться!
Так что я не советую ставить табу на лампы накаливания.
avatar
4 zastegnutiy
Сколько лет изобретение служит практически в неизменном виде.Современные люди разленились, идей и разработок подобного масштаба нет в последнее время. Думаю, что еще немало времени пройдет пока энергосберегающие и другие типы ламп вытеснят полностью лампу накаливания.
avatar
3 РоманБ
Все как у нас всегда - наши люди - одни из первых, кто выдумал, но до ума (продажи) как всегда не довел.
avatar
2 dackov74
Интересная статья, не знал я такого.История интересная.Теперь расскажу другим))
avatar
1 nickolaj
Еще в 1875 придумали лампу, в которой было несколько волосков, которые могли подключаться автоматически, если выходил из строя первый горящий. Странно, что эта идея "умерла". Разве нельзя это использовать в современных лампах накаливания?
avatar
Аккуратные стопочки монет - это, несомненно, красиво и даже весьма впечатляюще, но когда эти же монеты оттягивают карман - приятного мало. Зато бумажн...
Даже если у нас нет своего маленького, но вполне успешного дела, нам приходится регулярно в той или иной форме сталкиваться с налоговой отчётностью. А...
Без мобильника - как без рук. Причём с момента появления этого устройства прошло совсем немного времени. Если кто вспомнит первые мобильные телефон, т...
Языков на свете - великое множество. Но есть среди них особенные: им тысячи лет и на некоторых из них уже сотни лет никто или почти никто не говорит. ...
Независимо от того, как часто мы убираем дома, всегда и везде найдётся пыль. Покрывающая ровным слоем горизонтальные поверхности, собирающаяся в непри...


Всегда разное

Случается, что для защиты своих интересов приходится обратиться в суд. При этом далеко не каждый может обратиться за профессиональной консул...
Ещё в начале прошлого века, несмотря развитие медицины, многие заболевания были или неизлечимы вовсе, или трудноизлечимы. Всё изменилось в л...
На географической карте мира немало городов и прочих населённых пунктов с забавными, интересными и странными названиями. Немало таких городо...
Сегодня мы ещё раз заглянем в прошлое и посмотрим, как выглядел мир в 1962 году




Внимание! Копирование любых материалов без ссылки на сайт www.poetomu.ru запрещено законом и преследуется профессиональными юристами совместно с органами прокуратуры и судами
Дизайн сайта — Студия Ариф