Як працює лампа розжарювання

Незважаючи на активний наступ енергозберігаючих лампочок, лампи розжарювання так і залишаються на сьогоднішній день найпоширенішим джерелом світла. Принципова конструкція електричної лампи розжарювання не змінюється вже більше 100 років і складається з цоколя, контактних провідників і скляної колби, огороджувальної тонку спіраль нитки розжарення від впливу навколишнього середовища. Принцип роботи ламп розжарювання заснований на оптичному випромінюванні, одержуваному від розігрітого до високої температури провідника, що знаходиться в інертному середовищі. Історія

Перший електричний джерело світла – електрична дуга була запалена в 1802 р російським ученим Ст. Ст. Петровим. В якості джерела струму він використав величезну акумуляторну батарею з 2100 мідно-цинкових елементів, названу на честь одного з творців електрики Вольти, “вольт”. Петров використав пару вугільних стрижнів, підключених до різних полюсів гальванічної батареї. При зближенні кінців стрижнів на близьку відстань, відбувався пробою повітряного проміжку електричним розрядом, кінці стержнів при цьому розжарювалися дочиста, і між ними з’явилася вогняна дуга. Використовувати таку лампу було важко – вугільні стрижні згоряли швидко і нерівномірно, а дуга видавала дуже жаркий і яскраве світло.

Олександр Миколайович Лодигін в 1872 році подав заявку, а потім отримав патент (№ 1619, від 11 липня 1874) на пристрій – лампу розжарювання і спосіб дешевого електричного освітлення. Цей винахід він запатентував спочатку в Росії, а потім також в Австрії, Великобританії, Франції, Бельгії. В лампи Лодигіна тілом напруження служив тонкий стерженек з ретортного вугілля, поміщений під скляний ковпак. У 1875 р лампочками Лодигіна був висвітлений магазин Флорана на Великій Морській вулиці в Петербурзі, який удостоївся честі стати першим в світі магазином з електричним освітленням. Перша в Росії установка зовнішнього електричного освітлення дуговими лампами була введена в роботу 10 травня 1880 року на Ливарному мосту в Петербурзі. Лампочки Лодигіна служили близько двох місяців, поки не згорали угольки (у новій лампи Лодигіна таких жаринок було чотири -коли один угольок перегорає, на його місце заступав інший).

Російський вчений Павло Миколайович Яблочков розташував вугільні стрижні паралельно, розділивши їх шаром глини, який поступово випаровувався. «Свічки Яблочкова горіли красивим рожевим і фіолетовим кольором. У 1877 р ними була висвітлена одна з головних вулиць в Парижі. А електричне освітлення стали називати «la lumiere russe» – «російський світ».

Тим не менш винахідником сучасної електричної лампочики називають Томаса Едісона. 1 січня 1880 р. в Менло-Парку (США) була проведена демонстрація електричного освітлення будинків і вулиць, запропонованого Томасом Едісоном, на якій були присутні три тисячі осіб. Едісон вніс у конструкцію лампи розжарювання Лодигіна найважливіші удосконалення: він домігся значно видалення повітря з лампи, завдяки чому напружена нитка світилася, не перегорая.

Едісоном був сконструирова всім відомий різьбовий цоколь сучасних ламп, який названий на його честь. В наші дні від повної назви збереглася лише перша буква “E” в його позначенні. Крім того, Едісон запропонував і систему виробництва і розподілу електроенергії для освітлення.

Вдосконалення лампи розжарювання йде і по сей день. Замість вугілля нитки розжарення стали виготовляти з термостійких металів – спочатку з осмію і танталу, а потім і з вольфраму. Для зниження випаровування й підвищення міцності починаючи з 1910-х років, металеву нитку навчилися закручувати в одинарні і багаторазово повторювані спіралі. Для того, щоб випаровування металу не осідали на склі колби її стали наповнювати азотом або інертними газами.

Все це дозволило збільшити світлову віддачу ламп розжарювання з первинних 4-6 до 10-15 лм/Вт, а термін служби з 50-100 до звичного тепер значення 1000 ч. Розвиток теплового принципу отримання світу знайшло застосування у галогенних лампах розжарювання.

Примітка. Чому світиться розпечений метал? Згідно квантової теорії, якщо електрону будь-яким способом повідомити достатню енергію, то він перейде на більш високий енергетичний рівень, a через 10-13 з повернеться в початкове основний стан, испустив при цьому фотон. Цим фактом обумовлено не тільки світіння розпеченого металу, але і «холодна» флюоресценція світляків, в яких електрони активуються за рахунок енергії розщеплення АТФ, а також світіння люмінофорів, які побували на сонце, що випускають зелений світло в темряві.

Технічна інформація

Світлова віддача ламп розжарювання відносно невисока. Вона є найнижчою серед сучасних електричних ламп і лежить в інтервалі від 4 до 15 лм/Вт. Висока яскравість нитки розжарення в поєднанні з її мініатюрними розмірами дозволяє використовувати лампи розжарювання в оптичних системах і прожекторах. Лампи розжарювання мають широкий діапазон номінальних напруг та потужностей. Цей вид ламп може працювати в широкому діапазоні температур навколишнього середовища, який обмежений лише термостійкістю матеріалів, використовуваних при її виготовленні (-100…+300°С). Світловий потік ламп розжарювання регулюється зміною робочого напруги, що може бути досягнуто светорегулятором (діммером) будь-якої конструкції.

При цьому недоліком є висока робоча температура і кількість що виділяється при роботі тепла. Лампи розжарювання чутливі до попадання води, оскільки з-за різкого охолодження частини скляної колби відбудеться її руйнування, і потенційно пожежонебезпечні з-за високої робочої температури.

На сьогоднішній день у світі відзначається стійка тенденція до зниження частки ламп розжарювання в загальному обсязі освітлювальних приладів. У професійному секторі ринку світлотехніки розвинених країн ця частка вже сьогодні не перевищує 10%, вытесняясь більш економічними галогенними і світлодіодними освітлювальними пристроями.