Коли з'явилася перша лампа розжарювання?

У 1809 році англієць Деларю будує першу лампу розжарювання (з платинової спіраллю). У 1838 році бельгієць Жобар винаходить вугільну лампу розжарювання. У 1854 році німець Генріх Гебель розробив першу «сучасну» лампу - обвуглену бамбукову нитку в вакуумованому посудині. У наступні 5 років він розробив те, що багато хто називає першою практичною лампою. У 1860 рік англійський хімік і фізик Джозеф Вілсон Суон продемонстрував перші результати і отримав патент, однак труднощі в отриманні вакууму привели до того, що лампа Суон працювала недовго і неефективно.

11 липня 1874 року російський інженер Олександр Миколайович Лодигін отримав патент за номером 1619 на Стек гілок лампу. Як нитки напруження він використовував вугільний стрижень, поміщений в вакуумований посудину.

У 1875 році В. Ф. Дідріхсон удосконалив лампу Лодигіна, здійснивши відкачування повітря з неї і застосувавши в лампі кілька волосин (в разі перегоряння одного з них наступний включався автоматично).

Англійський винахідник Джозеф Вілсон Суон отримав в 1878 році британський патент на лампу з вугільним волокном. У його лампах волокно знаходилося в розрідженій кисневій атмосфері, що дозволяло отримувати дуже яскраве світло.

У другій половині 1870-х років американський винахідник Томас Едісон проводить дослідницьку роботу, в якій він намагається як нитки різні метали. У 1879 році він патентує лампу з платинової ниткою. У 1880 році він повертається до вугільного волокна і створює лампу з часом життя 40 годин. Одночасно Едісон винайшов побутової поворотний вимикач. Незважаючи на такий нетривалий час життя, його лампи витісняють використовувалося до тих пір газове освітлення.

У 1890-х роках А. Н. Лодигін винаходить кілька типів ламп з нитками розжарення з тугоплавких металів. Лодигін запропонував застосовувати в лампах нитки з вольфраму (саме такі застосовуються у всіх сучасних лампах) і молібдену і закручувати нитка розжарення в формі спіралі. Він зробив перші спроби відкачувати з ламп повітря, що зберігало нитку від окислення і збільшувало їх термін служби в багато разів. Перша американська комерційна лампа з вольфрамовою спіраллю згодом проводилася за патентом Лодигіна. Також їм були виготовлені і газонаповнені лампи (з вугільною ниткою і заповненням азотом).

З кінця 1890-х років зявилися лампи з ниткою розжарювання з окису магнію, торію, цирконію і ітрію (лампа Нернста) або нитка з металевого осмію (лампа Ауера) і танталу (лампа Больтона і Фейерлейна). У 1904 році угорці д-р Шандор Юст і Франьо Ханаман отримали патент за № 34541 на використання в лампах вольфрамової нитки. В Угорщині ж були зроблені перші такі лампи, що вийшли на ринок через угорську фірму Tungsram в 1905 року.У 1906 році Лодигін продає патент на вольфрамову нитку компанії General Electric.

У тому ж 1906 році в США він побудував і пустив в хід завод з електрохімічного отримання вольфраму, хрому, титану. Через високу вартість вольфраму патент знаходить тільки обмежене прімененіе.В 1910 році Вільям Девід Кулідж винаходить покращений метод виробництва вольфрамової нитки. Згодом шляхом утворення витісняє всі інші види ниток.

Що залишається проблема з швидким випаровуванням нитки у вакуумі була вирішена американським вченим, відомим фахівцем в області вакуумної техніки Ирвингом Ленгмюром, який, працюючи з 1909 року в фірмі «General Electric», ввів у виробництво наповнення колби ламп інертними, точніше важкими благородними, газами (в зокрема, аргоном), що істотно збільшило час їх роботи і підвищило світловіддачу.

ККД і довговічність

Майже вся подається в лампу енергія перетворюється у випромінювання. Втрати за рахунок теплопровідності і конвекції малі. Для людського ока, однак, доступний тільки малий діапазон довжин хвиль цього випромінювання. Основна частина випромінювання лежить в невидимому інфрачервоному діапазоні і сприймається у вигляді тепла.

Коефіцієнт корисної дії ламп розжарювання досягає при температурі близько 3400 K свого максимального значення 15%. При практично досяжних температурах в 2700 K (звичайна лампа на 60 Вт) ККД становить 5%.

Із зростанням температури ККД лампи розжарювання збільшується, але при цьому істотно знижується її довговічність. При температурі нитки 2700 K час життя лампи становить приблизно 1000 годин, при 3400 K всього лише кілька годин, при збільшенні напруги на 20% яскравість зростає в два рази. Одночасно з цим тривалість життя зменшується на 95%.

Зменшення напруги харчування хоча і знижує ККД, але зате збільшує довговічність. Так, зниження напруги в два рази (при послідовному включенні) зменшує ККД приблизно в 4-5 разів, але зате збільшує час життя майже в тисячу разів. Цим ефектом часто користуються, коли необхідно забезпечити надійне чергове освітлення без особливих вимог до яскравості, наприклад на сходових майданчиках. Часто для цього при харчуванні змінним струмом лампу підключають послідовно з діодом, завдяки чому струм в лампу йде тільки протягом половини періоду.

Так як вартість спожитої лампою розжарювання за час служби електроенергії в десятки разів перевищує вартість самої лампи, існує оптимальне напруга, при якому вартість світлового потоку мінімальна. Оптимальне напруга трохи вище номінального, тому способи підвищення довговічності шляхом зниження напруги живлення з економічної точки зору абсолютно збиткові.

Обмеженість часу життя лампи розжарювання обумовлена в меншій мірі випаровуванням матеріалу нитки під час роботи і в більшій мірі виникають в нитки неоднородностями. Нерівномірний випаровування матеріалу нитки призводить до виникнення стоншена ділянок з підвищеним електричним опором, що веде до ще більшого нагрівання і випаровування матеріалу в таких місцях. Коли одна з цих звужень стоншується настільки, що матеріал нитки в цьому місці плавиться або повністю випаровується, ток переривається і лампа виходить з ладу.

Найбільший знос нитки напруження відбувається при різкій подачі напруги на лампу, тому значно збільшити термін її служби можна, використовуючи різного роду пристрої плавного запуску.

Вольфрамова нитка розжарення має в холодному стані питомий опір, яке всього в 2 рази вище, ніж опір алюмінію. При перегорання лампи часто буває, що згорають мідні проводки, що зєднують контакти цоколя з власниками спіралі. Так, звичайна лампа на 60 Вт в момент включення споживає понад 700 Вт, а 100-ватна - більш кіловата. У міру прогріву спіралі її опір зростає, а потужність падає до номінальної.

Для згладжування пікової потужності можуть використовуватися терморезистори з сильно падає опором в міру прогріву, реактивний баласт у вигляді ємності або індуктивності, диммери (автоматичні або ручні). Напруга на лампі зростає в міру прогріву спіралі і може використовуватися для шунтування баласту автоматикою. Без відключення баласту лампа може втратити від 5 до 20% потужності, що теж може бути вигідно для збільшення ресурсу.

Низьковольтні лампи розжарювання при тій же потужності мають більший ресурс і світловіддачу завдяки більшому перетину тіла розжарювання. Тому в багатолампових світильниках (люстрах) доцільне застосування послідовного включення ламп на меншу напругу замість паралельного включення ламп на напругу мережі. Наприклад, замість паралельно включених шести ламп 220В 60Вт застосувати шість послідовно включених ламп 36 В 60 Вт, тобто замінити шість тонких спіралей однієї товстої.

різновиди ламп

Лампи розжарювання діляться на (розташовані по порядку зростання ефективності):

• вакуумні (найпростіші);
• аргонові (азот-аргонові);
• криптонові (приблизно + 10% яскравості від аргонових);
• ксенонові (в 2 рази яскравіше аргонових);
• галогенні (наповнювач I або Br, в 2,5 рази яскравіше аргонових, великий термін служби, не люблять недокала, так як не працює галогенний цикл);
• галогенні з двома колбами (більш ефективний галогенний цикл за рахунок кращого нагріву внутрішньої колби);
• ксенон-галогенні (наповнювач Xe + I або Br, найбільш ефективний наповнювач, до 3х раз яскравіше аргонових);
• ксенон-галогенні з відбивачем ІК випромінювання (так як більша частина випромінювання лампи доводиться на ІК діапазон, то відображення ІК випромінювання всередину лампи помітно підвищує ККД, виробляються для мисливських ліхтарів);
• розжарювання з покриттям, що перетворює ІК випромінювання в видимий діапазон. Ведуться розробки ламп з високотемпературним люмінофором, який при нагріванні випромінює видимий спектр.

Увага, тільки СЬОГОДНІ!