Белые пятна лампы накаливания

Содержание

Типы цоколя

Существуют несколько типов цоколей компактных люминесцентных ламп: штырьковые и резьбовые. Наиболее распространённые штырьковые:

  • 2D
  • G23
  • 2G7
  • G24Q1
  • G24Q2
  • G24Q3
  • G53

Также выпускаются лампы с резьбовым цоколем для установки в резьбовые патроны E14, E27 и E40 со встроенным электронным пускорегулирующим аппаратом (ПРА). Цокольные гнёзда для таких ламп очень просты для монтажа в обычные светильники, заявленный срок службы таких ламп составляет от 3000 до 15000 часов.

2D


Лампа 2D в герметичном светильнике

2D мощностью 16 ватт

Представляет собой изогнутую в одной плоскости люминесцентную лампу с очертаниями в форме квадрата. Цоколь представляет собой прямоугольник 36×60 мм, имеет встроенный электронный стартер, в центре 2 латунных контакта на расстоянии 8 мм друг от друга, в качестве крепления на высоте 20 мм от центра используется пластиковый затвор. Мощность ламп 2D составляет 16, 28 и 36 Вт. Основное применение: в качестве декоративного освещения, иногда встречаются в герметичных светильниках для душевых кабинок и в качестве интегрированного освещения современных душевых кабинок.

G23

G23 и светильник с индуктивным ПРА

Лампа G23 представляет собой U-образную трубку. Внутри цоколя расположен стартер, для запуска лампы дополнительно необходим только электромагнитный дроссель. Выпускаются на мощность 5—14 Вт. Основное применение — настольные лампы, но зачастую встречаются в светильниках для душевых и ванных комнат. Цокольные гнёзда таких ламп имеют специальные отверстия для монтажа в обычные настенные светильники.

2G7

Форма трубки и применение аналогичны G23, но лампа может работать и с электронным ПРА. Стартер и конденсатор отсутствуют, на цоколь выведены четыре контакта.

G24

G24

Отличия цоколей G24q-1, G24q-2 и G24q-3.

Лампа G24 аналогична лампе G23, но трубка лампы изогнута вчетверо. Выпускаются на мощность от 10 до 36 Вт. Применяются как в промышленных, так и в бытовых светильниках. Лампы с двухштырьковым цоколем G24d предназначены для использования с электромагнитными ПРА (ЭмПРА). Цоколи этих ламп содержат стартер и конденсатор для подавления электромагнитных помех. Лампы с четырёхштырьковым цоколем G24q предназначены для использования с электронными ПРА (ЭПРА). Цоколи G24q-1, G24q-2 и G24q-3 отличаются расположением направляющих штырьков.

G53

Устройство лампы G53

Лампы G53 представляют собой диск, толщиной 16—20 мм и диаметром около 73 мм, в который располагается изогнутая люминесцентная трубка. Лампа оснащена встроенными отражателем, рассеивателем и электронным пускорегулирующим аппаратом (ЭПРА). Цоколь таких ламп имеет 2 латунных Т-образных контакта по бокам на расстоянии 53 мм друг от друга. Мощность таких ламп составляет от 6 до 11 ватт, светильники для ламп этого типа выпускаются как в герметичном исполнении IP44 для влажных помещений, так и в обычном — для монтажа в гипсокартонный или натяжной потолок на замену более энергоёмким галогенным лампам.

Е14, Е27 и E40

Лампа E27 без рассеивателя

Предназначены для установки в патрон вместо ламп накаливания. Эти лампы уже имеют встроенный электронный ПРА. Впервые появились на рынке в конце 1980-х. Цоколи ламп Е14, Е27 и E40 имеют резьбу диаметром 14 мм, 27 мм и 40 мм соответственно, что позволяет производить монтаж в стандартные бытовые и промышленные патроны (E14 для патрона «миньон», E27 для стандартного бытового патрона и E40 для стандартного промышленного патрона). В целом, типичная люминесцентная лампа со встроенным ПРА по габаритам крупнее лампы накаливания при равном световом потоке, поэтому такая замена возможна не для всех светильников. Лампы под такой патрон выпускаются как с открытой трубкой, так и с рассеивателем.

Конструкция[править]

Конструкция современной лампы. На схеме: 1 — колба; 2 — полость колбы (вакуумированная или наполненная газом); 3 — тело накала; 4, 5 — электроды (токовые вводы); 6 — крючки-держатели ТН; 7 — ножка лампы; 8 — внешнее звено токоввода, предохранитель; 9 — корпус цоколя; 10 — изолятор цоколя (стекло); 11 — контакт донышка цоколя.

Конструкции ЛН весьма разнообразны и зависят от назначения конкретного вида ламп. Однако общими для всех ЛН являются следующие элементы: ТН, колба, токовводы. В зависимости от особенностей конкретного типа лампы могут применяться держатели ТН различной конструкции; лампы могут изготавливаться бесцокольными или с цоколями различных типов, иметь дополнительную внешнюю колбу и иные дополнительные конструктивные элементы.

Колбаправить

Стеклянная колба защищает нить от сгорания в окружающем воздухе. Размеры колбы определяются скоростью осаждения материала нити. Для ламп большей мощности требуются колбы большего размера, для того чтобы осаждаемый материал нити распределялся на большую площадь и не оказывал сильного влияния на прозрачность.

Буферный газправить

Колбы первых ламп были вакуумированы. Современные лампы заполняются буферным газом (кроме ламп малой мощности, которые по-прежнему делают вакуумными). Это уменьшает скорость испарения материала нити. Потери тепла, возникающие при этом за счёт теплопроводности, уменьшают путём выбора газа, по возможности, с наиболее тяжёлыми молекулами. Смеси азота с аргоном являются принятым компромиссом в смысле уменьшения себестоимости. Более дорогие лампы содержат криптон или ксенон (молярные массы: азот: 28,0134 г/моль; аргон: 39,948 г/моль; криптон: 83,798 г/моль; ксенон: 131,293 г/моль)

Нить накалаправить

Двойная спираль лампы накаливания (Osram 200 Вт) с контактными проводниками и держателями нити

Нить накала в первых лампах делалась из угля (точка сублимации 3559 °C). В современных лампах применяются почти исключительно спирали из осмиево-вольфрамового сплава. Провод часто имеет вид двойной спирали, с целью уменьшения конвекции за счёт уменьшения ленгмюровского слоя.

Лампы изготавливают для различных рабочих напряжений. Сила тока определяется по закону Ома (\(I=U/R\)) и мощность по формуле \(P=U\cdot I\), или \(P=U^2/R\). При мощности 60 Вт и рабочем напряжении 230 В через лампу должен протекать ток 0,26 А, т. е. сопротивление нити накала должно составлять 882 Ома. Т. к. металлы имеют малое удельное сопротивление, для достижения такого сопротивления необходим длинный и тонкий провод. Толщина провода в обычных лампах составляет 40-50 микрон.

Т. к. при включении нить накала находится при комнатной температуре, её сопротивление много меньше рабочего сопротивления. Поэтому при включении протекает очень большой ток (в два-три раза больше рабочего тока). По мере нагревания нити её сопротивление увеличивается и ток уменьшается. В отличие от современных ламп, ранние лампы накаливания с угольными нитями при включении работали по обратному принципу — при нагревании их сопротивление уменьшалось, и свечение медленно нарастало.

В мигающих лампах последовательно с нитью накала встраивается биметаллический переключатель. За счёт этого такие лампы самостоятельно работают в мигающем режиме.

Цокольправить

Форма цоколя с резьбой обычной лампы накаливания была предложена Томасом Альвой Эдисоном. Размеры цоколей стандартизированы. У ламп бытового применения наиболее распространены цоколи Эдисона E14 (миньон), E27 и E40. Также встречаются цоколи без резьбы.

Предохранительправить

Перегорание лампы происходит во время её работы, то есть в то время, когда одновременно нить накала нагрета и через нить протекает электрический ток. Если в это время происходит разрыв нити, то между разведёнными концами нити обычно загорается электрическая дуга. В быту это можно заметить по яркой синевато-белой вспышке в момент перегорания лампы.

Для того, чтобы разомкнуть цепь при возгорании дуги и не допустить перегрузки питающей цепи, в конструкции лампы предусмотрен плавкий предохранитель. Он представляет собой отрезок тонкой проволоки и расположен в цоколе лампы накаливания. Для бытовых ламп с номинальным напряжением 220 В такие предохранители обычно рассчитаны на ток 7 А.

Почему ухудшается эффективность светодиодов

Одна из них, конечно же нагрев. С повышением температуры, снижается вероятность образования фотонов в p-n переходе.

К тому же уменьшается и энергия этих фотонов. Даже при хорошем охлаждении корпуса, температура p-n перехода может быть на десятки градусов выше, так как он отделен от металла подложкой из сапфира.

А она не очень хорошо проводит тепло. Разницу температур можно посчитать, зная размеры кристалла и выделяемую на нем теплоту.

При выделяющейся теплоте в 1Вт, учитывая толщину и площадь подложки, температура перехода будет на 11,5 градусов выше.

В случае с дешевым светодиодом все намного хуже. Здесь результат – более 25 градусов.

Высокая температура перехода приводит к быстрой деградации кристалла, сокращая его срок службы. Отсюда и возникают моргания, мигания и т.п.

Интересно, производители не знают про эту разницу в температуре или намеренно создают обреченные устройства?

Нередко компоненты, казалось бы в нормальных, дорогих светильниках, работают в предельных режимах, на максимальных температурах без какого-либо запаса прочности.

Вторая причина ухудшения эффективности светодиода при увеличении мощности – это паразитное внутреннее сопротивление.

Пока ток небольшой, оно не заметно. Но из-за квадратичной зависимости, с увеличением тока все большая часть энергии превращается в бесполезное тепло.

Посмотрев на эту схему, сразу хочется избавиться от паразитного сопротивления. Ну или хотя бы уменьшить его, так как это делают с конденсаторами.

Важный эксперимент с измерением сопротивления Омметром

Любой, даже самый маленький ток БУДЕТ оказывать тепловое воздействие на проводок, НАГРЕВАЯ его…

Измеряя тестером сопротивление лампочки мы… пропускаем через нее ТОК. Ток от тестера маленький, но он ЕСТЬ. Следовательно, измеряя сопротивление нити, мы НАГРЕВАЕМ нить и, как следствие этого, меняем значение параметра самим фактом измерения.

Грубо говоря, тестер ТОЖЕ ВРЕТ. Тестер показывает НЕ ИСТИННОЕ значение сопротивления спирали.

Для того чтобы убедиться в этом обстоятельстве, можно проделать несложный эксперимент. Это доступно любому.

Можно ОДНИМ И ТЕМ ЖЕ тестером отобрать две лампочки с одинаковыми (близкими) значениями “холодного” сопротивления нити, и измерить сопротивление ДВУХ лампочек сначала каждую порознь, а потом соединенных последовательно.

Неоднократные измерения показывают, что сумма сопротивлений, измеренных порознь, НЕ СОВПАДАЕТ с суммарным сопротивлением последовательного включения…

Еще раз.

Мы измеряем сопротивления лампочек порознь.

Затем мы измеряем сопротивление последовательного включения.

И мы  УСТОЙЧИВО наблюдаем, что сумма сопротивлений измеренных “по одиночке” оказывается БОЛЬШЕ чем суммарное сопротивление лампочек, включенных последовательно.

Прибор один и тот же, диапазон измерения не переключался, так что методические погрешности измерения исключаются.

И все становится ПОНЯТНО.

Последовательное сопротивление двух спиралей УМЕНЬШАЕТ ток  от тестера, и нити нагреваются меньше.

А когда мы меряем лампочки порознь, то ток измерения больше и соответственно увеличиваются показания прибора за счет пусть даже небольшого, но УВЕЛИЧЕНИЯ температуры нитей вследствие нагрева в процессе измерения…

Раньше (четверть века назад, когда еще цифровые тестеры были экзотикой) было невозможно стрелочным индикатором уловить эту разницу. Сейчас в любом доме имеется  китайский цифровой тестер и любой человек, может проделать этот несложный эксперимент.

Разница в сопротивлениях невелика, но разница ОЧЕВИДНА, что исключает даже намек на возможную некорректность опыта.

Я подключил лампочки, подключил тестер и сфотографировал результаты таких экспериментов. На фотографиях прекрасно видно, что тестер показывает пониженное сопротивление лампочек, включенных последовательно.

Измерение сопротивления первой лампочки. 72 Ом.

Измерение сопротивления второй лампочки. 65,2 Ом.

На фотографиях для бытовых лампочек 60 Ватт 220 Вольт сумма сопротивлений, измеренных порознь:  72,0  +   65,2   =  137,2 ом.

Однако, измеряя сопротивление последовательно, прибор “низит” показание  до 136,8 ом!

Измерение сопротивления двух последовательно соединенных лампочек. 136,8 Ом


Аналогичная картина наблюдается для гирляндных лампочек:

Первая лампочка

Вторая лампочка

Две лампочки последовательно

Вывод. Расчетная формула показывает ЗАНИЖЕННОЕ значение сопротивления “холодной” спирали.

Измерение тестером показывает ЗАВЫШЕННОЕ сопротивление “холодной” спирали.

Возникает естественная мысль – Как страшно жить!!! Кому верить?

\смеюсь\

Попробуем разобраться в этом вопросе…

Виды ламп накаливания

Лампочки с использованием вольфрамовой нити могут быть не только вакуумными. Устройство лампы накаливания различает несколько видов подобных осветительных приборов, каждый из которых используется в определенных отраслях. Они могут быть:

  • вакуумными, т. е. самыми простыми;
  • аргоновыми, либо азотно-аргоновыми;
  • криптоновыми, которые светят на 13–15% сильнее аргоновых;
  • ксеноновыми (чаще применяемыми в последнее время в фарах автомобилей и светящими в 2 раза ярче аргоновых);
  • галогенными – колба в лампе накаливания наполнена галогеном брома или йода. Свет в 3 раза ярче, чем у аргоновой, но эти лампы не терпят снижения напряжения и внешнего загрязнения стекла колбы;
  • галогенными с двойной колбой – с повышенной эффективностью работы галогенов по сбережению вольфрама в нити накаливания;
  • ксенон-галогенными (еще более яркими) – они наполнены помимо галогенов йода или брома еще и ксеноном, т. к. от того, какой газ находится в колбе, напрямую зависит то, сколько градусов составит нагрев лампы а, следовательно, зависит и ее яркость.

Галогенная лампа с двойной колбой

Характеристики

Основными техническими свойствами лампочек накаливания являются следующие параметры.

Срок службы

К сожалению, лампочки накаливания не могут похвастаться долгим сроком службы. В данном вопросе они уступают практически всем остальным типам ламп. Подобные проблемы связаны с нитью накала, что находится во внутренней части загазованной колбы. Такие детали довольно быстро изнашиваются и перестают работать. Стоит учитывать, что основная мощность светового потока подобных лампочек находится в невидимом человеческому глазку инфракрасном поле. В процессе горения от таких лампочек исходит испарение материала, из-за этого вольфрамовая нитка становится все тоньше и однажды просто рвется.

Цветовая передача и температура

Температура света лампочек накаливания имеет лишь одно проявление, в отличие от LED-вариантов. Однако тут нельзя не заметить, что освещение от лампочки «Ильича» исходит теплое и очень комфортное. Его оттенок близок к светло-желтому. Под цветопередачей подразумевается уровень соответствия естественной расцветки объекта и его оттенок под «лучами» искусственного освещения. В данном вопросе цветовой спектр составляет не менее 100%.

Энергопотребление

На данный фактор основное влияние оказывает мощность лампочки накаливания. Этот параметр определяется ваттами. Например, при мощности изделия в 50 Вт уровень потребления электроэнергии будет составлять 50 Вт/час. Если же мощность лампочки – 100 Вт, то и энергии она будет потреблять вдвое больше. Как правило, подобные лампочки работают не менее 6-7 часов в сутки. При этом выходит, что один прибор с мощностью в 100 Вт за день будет потреблять около 700 Вт.

Тип цоколя

Световая деталь в лампочке накаливания соединяется с прибором благодаря особому функциональному элементу, который называется цоколем. Подобные детали имеют разное оформление и строение, однако наиболее распространенными являются варианты Эдисона, имеющие резьбу. На упаковках эти составляющие обозначаются буквами «Е» или «К». К этим значениям, как правило, прибавляются цифры, обозначающие диаметр цоколя. Наиболее распространенными в настоящее время являются детали, имеющие следующие маркировки: «Е14», «Е27», а также «Е40». Некоторые современные лампочки дополняются цоколем типа «G». Такая деталь имеет строение, похожее на два небольших штыря с контактами.

Газовое наполнение

Чтобы световое излучение прибора являлось более мощным и ярким, в производстве лампочек накаливания используется инертный газ. Им наполняется стеклянная колба. В процессе горения данный наполнитель создает насыщенное свечение. Конечно, в лампочки «Ильича» закачивается не только инертный газ, но и смесь азота или аргона. Подобное наполнение создает минимальный уровень свечения.

В дорогих экземплярах во внутренней части колбы находится ксенон или криптон. Такие вещества отличаются слабой теплопроводностью, благодаря чему светоотдача от прибора является более сильной.

Мощность излучения по отношению к окружающему фону

Оценим мощность излучения лампы, соответствующую температуре окружающего фона.

Известно, что постоянная Стефана-Больцмана  σ = 5,670373·10-8 , тогда мощность излучения с квадратного метра

Р = σ SТ4

В качестве произвольного оценочного значения примем диаметр спирали 40 микрон, а длину 50 см. Температура нормальных условий 293К (20С). Подставив эти данные в формулу Стефана-Больцмана, получим мощность излучения при температуре 0,026258 Ватт.

Для интереса вычислим мощность при некоторых различных температурах окружающей среды:

Минус 40   (233К)                              0,0105 Ватт

Минус 20   (253К)                             0,0146 Ватт

Нуль           (273К)                              0,0198 Ватт

Плюс 20     (293К)                            0,026258 Ватт (норм.условия)

Плюс 40     (313К)                             0,0342 Ватт

Для курьеза можно привести расчет излучения лампы, когда температура окружающей среды равна 2300К:

Р =  99,7 Ватт.

Что вобщем неплохо согласуется с реальным положением вещей – лампа, рассчитанная на 100 ватт нагревается до температуры 2300К.

Можно с высокой долей уверенности заявить, что данная геометрия спирали соответствует  «стоваттной» лампочке, рассчитанной на 220 вольт.


А теперь пересчитаем эти величины мощностей к «приведенному» напряжению. Как если бы температура окружающей среды соответствовала Абсолютному Нулю, а к лампе было приложено некоторое напряжение, нагревающее спираль.

Для пересчета используем полученное соотношение что напряжения и мощности соответствуют степеням «три» и «два».

Температура и напряжение

Из таблицы видно, что “токовая” мощность лампочки при напряжении  на ней 0,902…Вольт нагревает спираль до температуры 293К. Аналогично, “токовая” мощность при напряжении 1,0758 Вольт нагреет спираль до температуры 313К (на 20 градусов выше).

Повторю еще раз, это при условии, что температура окружающей среды равна Абсолютному Нулю.

Вывод. Весьма малое изменение напряжения оказывает значительное влияние на температуру нити. Изменили напряжение на каких то семнадцать сотых Вольта (1,0758 – 0,902 = 0,1738) а температура возросла на 20 градусов.

Эти расчеты  весьма условны, но в качестве ОЦЕНОЧНЫХ величин их можно использовать.

Оценка естественно очень грубая, ибо закон Стефана-Больцмана описывает излучение «идеального» излучателя – абсолютно черного тела (АЧТ), а спираль весьма отличается от АЧТ, но, тем не менее, получили «цифирь» весьма правдоподобную…

Из экселовской таблички видно, что уже при напряжении на лампе 1 вольт, температура спирали будет 40 градусов по Цельсию. Приложим больше, будет больше.

Напрашивается естественный вывод, что при напржении 10-15 вольт нить будет достаточно горячая, хотя визуально это не будет видно.

На глаз нить будет казаться «ЧЕРНОЙ» (холодной) вплоть до температур 600 градусов (начало излучения в видимом диапазоне).

Желающие «погонять цифирь» могут это сделать самостоятельно, используя формулу Стефана- Больцмана.

Результаты будут условными, ввиду того что (как было сказано выше) спираль имеет некоторое альбедо и не соответствует излучателю АЧТ, НО(!)  оценка температур будет вполне достоверной…

Повторю – именно ОЦЕНКА. Нить начинает светиться примерно с 20 вольт.

Дополнительно хотел бы обратить внимание на разброс параметров лампочек. На фотографии с тестером, маленькие лампочки (гирляндные) были мной отобраны и откалиброваны весьма тщательно

Для разных измерительных целей и опытов. Потому то они и показывают одинаковое сопротивление, что называется «пуля в пулю»

На фотографии с тестером, маленькие лампочки (гирляндные) были мной отобраны и откалиброваны весьма тщательно. Для разных измерительных целей и опытов. Потому то они и показывают одинаковое сопротивление, что называется «пуля в пулю».

А вот большие лампочки, я их просто принес из магазина, не отбирая по параметрам и хорошо видно, что разброс магазинных лампочек наблюдается в весьма широком диапазоне. Вплоть до 10%.

Это обстоятельство дополнительно указывает, что погрешности расчета оказываются МЕНЬШЕ чем реальный разброс лампочек.

Характеристики

Для описания характеристики применяются названия показателя и его значение.

Данные характеристики приведены в таблице:

Наименование Показатель
Мощность, Вт бытовое применение – 25-150Вт, другое – до 1000
Накаливание нити, градусов до 2000-2800
Напряжение, В 220-330
Световая отдача, Лм/1Вт 9-19
Размер и маркировка цоколя Е 14, Е 27, Е 40
Тип цоколя Резьбовой, штифтовой
Часы работы, часов до 1000
Вес, г 15

Устройство и схема

Устройство лампочки накаливания у всех ее видов практически одинаковое:

  • Основная рабочая деталь – вольфрамовая спираль. Обладает сопротивлением в три раза больше, чем медный материал. Из него достигается выплавка максимально тонких элементов. Электроды поддерживают данную спираль и переводят ток.
  • Стеклянная колба. Она заполнена инертным газом. Именно он не дает сгореть нити и препятствует окислению металлических элементов.
  • Цокольная часть. Она присутствует во всех видах, кроме автомобильных. По цоколю нарезана резьба, ее шаг может отличаться у каждого вида.

Подробная схема составляющих отображена на рисунке:

Принцип действия

Принцип работы лампы накаливания заключается в нагревании вещества, через который протекает ток. Веществом выступает сама нить накаливания, ее температура нарастает в момент замыкания электроцепи. При этом возникает результат электромагнитного термического испускания. Видимым для глаза оно становится при прогревании более 570 градусов, при этом начинается красное свечение.

Нить накаливания нагревается до 2800 градусов. В процессе прогревания вольфрам преобразовывается в оксид (белый поверхностный налет), для этого и происходит закачка в полость нейтральных газов. При монтаже лампочки (закручивания ее в патрон), замыкается цепь и происходит процесс разогрева нити, и происходит подача света.

Цоколь

Распространенными считаются лампочки с маркировкой цоколя E14, E27, E40. Где цифра означает диаметр самого цоколя. Без резьбовые элементы встречаются в автомобильных производствах.

Есть страны, где другое напряжение в сети и, соответственно, применяются лампочки с другим диаметром цоколя – Е12, Е17, Е26, Е39.

Маркировка

Перед покупкой надо изучить маркировку. Она представлена буквенным и цифровым сочетанием. Буквенная маркировка и значение представлены в таблице:

Буквенная маркировка Значение
Б биспиральная
БО Биспиральная с опаловой колбой, наполненной аргоном
БК Биспиральная, наполнение колбы криптоном
ДБ Диффузная с матированием внутри колбы
В Вакуумная
Г Газонаполненная
О Опаловая колба
М Молочная колба
Ш Шаровидная
З Зеркальная
МО Для местного освещения

Цифры указывают на пределы напряжения, мощности.

Коэффициент полезного действия

У данных ламп низкий КПД (коэффициент полезного действия). Он выражается соотношением мощности излучением, заметным человеку. При прогревании нити до 2700 К, КПД до 5 процентов. Остальная энергия затрачивается на инфракрасное излучение, которое не просматривается человеческим глазом, только чувствуется теплом. Если повышать КПД хотя бы до 20 процентов, необходимо увеличить прогревание нити до 3400 К.

Свет при этом будет светить в два раза ярче, но срок службы лампы сократится на 95 процентов. И наоборот, снижение напряжения, увеличит период работы во много раз. Все это учитывается при производстве дежурного освещения, которое требует надежности.

Таблица соотношения люменов и ватт в лампочке

Световой поток измеряется в люменах (Лм). В светодиодах световые потоки колеблются в зависимости от производителя, его качества товара, напряжения. Примерное значение для одного Вт составляет 80-150 Лм. В таблице приведено соотношение Лм и Вт для лампочек накаливания по отношению к светодиодной лампе:

Светодиодная лампа, Вт Лампа накаливания, Вт Световой поток, Лм
4-5 40 400
8-10 60 700
10-12 75 900
13-15 100 1200

Формула зависимости напряжения и мощности лампочки

Это основная формула статьи, вывод которой будет приведён ниже. Формула  выглядит так:

Для любой лампы накаливания существует параметр, стабильный в широком диапазоне электрических режимов. Этим параметром является отношение куба напряжения к квадрату мощности.

Методика использования формулы проста.

Берем лампочку, читаем на колбе или на цоколе параметры,  на которые она рассчитана  – напряжение и мощность, рассчитываем константу, потом вставляем в формулу любое произвольное напряжение и вычисляем мощность, которая выделится на лампочке.

Вот и рассмотрим вопросы, связанные с правильной эксплуатацией формулы, а так же с теми ограничениями, котрые неизбежны ввиду того что «абсолютных» формул просто не бывает.


Однако, сначала немножко «теории»…

Излучение и КПД лампочки накаливания

Прежде чем разобраться с вопросом применимости формулы для обсчета режимов “малого напряжения”,  следует акцентировать внимание на один момент. Лампочка представляет собой почти идеальный преобразователь электрической мощности в лучистую  энергию

Лампочка представляет собой почти идеальный преобразователь электрической мощности в лучистую  энергию.

То обстоятельство, что разработчики лампочек упорно бьются за повышение КПД лампочки, никоим  образом не влияет на данное утверждение. Лампа накаливания – идеальный преобразователь электрической мощности в излучение.

Дело в том, что разработчики стремятся повысить выход СВЕТОВОЙ энергии, и именно в этом смысле  вычисляют КПД. Разработчик стремится повысить коэффициент преобразования электрической  мощности именно в СВЕТОВОЕ излучение, в излучение, находящееся в видимом диапазоне.

Этот КПД у лампочки действительно МАЛ. Однако лампочка прекрасно излучает ВО ВСЕМ спектре и очень много в инфракрасном диапазоне, там, где наш глаз не видит.

Для расчета сугубо электрических параметров нам совершенно не важно, В КАКОМ диапазоне излучает лампочка. Нам важно лишь помнить, что лампочка ИЗЛУЧАЕТ ВСЕГДА, если только на нее подано хоть какое-то (пусть даже самое малое) напряжение

И важно помнить, что подводимая мощность рассеивается именно в форме излучения.

Сколько электрической мощности подано на лампу, именно ТАКАЯ мощность и рассеется в форме излучения.

Закон сохранения энергии никто не отменял и второй закон термодинамики тоже никто не отменял. А значит, сколько прибыло – столько и убыть должно. И убудет именно в форме излучения, ибо больше энергии деваться просто НЕКУДА – только в излучение

Это очень важное обстоятельство

Конструктивно нить накаливания представляет собой тонюсенькую вольфрамовую проволочку диаметром порядка 50 микрон и длиной порядка полуметра, свернутую в в спиральку замысловатой конфигурации.

Вакуум в колбе исключает возможность конвекционного теплообмена – ТОЛЬКО ЧЕРЕЗ ИЗЛУЧЕНИЕ.

Конечно, какая то доля тепла уходит через усики лампы, на которой крепится спиралька, но это мизер.

Чтобы наглядно представить себе эту малость, можно провести аналогию.

Повторю, сама вольфрамовая ниточка – аккурат размером с волосок из косички первоклассницы 50 см  в длину и 50 микрон в диаметре.

Если наглядно увеличить этот волосок.… это как если мы имеем проводочек диаметром 1 мм и длиной  10 метров! Здравый смысл подсказывает, что охлаждаться этот проводок вовсе НЕ путем теплообмена на краях. Да, что-то уйдет и в местах контакта, но основная мощность рассеется по всей длине проводка.

Для случая спирали, расположенной в вакууме, вся мощность уйдет В ИЗЛУЧЕНИЕ и не важно в каком  диапазоне спектра…

Как измерить КПД светодиода

Давайте это проверим в живую, не по надписям на упаковках и данным таблиц в интернете, а колориметрическим методом в домашних условиях.

Если опустить светодиод в воду и замерить разницу температур до его включения и спустя некоторое время после, то можно выяснить, сколько энергии от него перейдет именно в тепло.

Зная общее количество затраченной энергии и энергии ушедшей в тепло, можно реально узнать сколько пользы от данного источника света перешло именно в свет.

Емкость в которой будут производиться измерения, должна быть изолирована от колебаний температуры снаружи и внутри. Для этого подойдет обычная колба от термоса.

При определенной доработке, у вас получится вполне годный самодельный колориметр.

Чтобы изолировать и предотвратить утечки тока, все провода и выводы на светодиоде следует покрыть толстым слоем электроизоляционного лака.

Перед экспериментом заливаете во внутрь колбы 250мл дистиллированной воды.

Далее фиксируете начальную температуру жидкости.

Опускаете светодиод в воду, так чтобы она полностью его покрывала. При этом свет должен беспрепятственно выходить наружу.

Включаете питание и начинаете отсчет времени.

Через 10 минут выключаете напряжение и опять замеряете температуру воды.

При этом не забудьте хорошенько ее перемешать.

Теперь нужно повторить эксперимент, но на этот раз, плотно заклейте матрицу каким-нибудь непрозрачным материалом. Это необходимо, дабы энергия не могла покинуть систему в виде света.

Опыт с заклеенным экземпляром повторяется опять в той же последовательности:

250мл дистиллированной воды

замер начальной температуры

10 минут ”свечения”

замер конечной температуры

1 of 4

После всех измерений и экспериментов, можно переходить к расчетам.

Из чего состоит вольфрамовая лампочка?

Конструкция лампы накаливания с вольфрамовой нитью очень проста. Она состоит из:

  • колбы, т. е. самой стеклянной сферы, либо вакуумированной, либо наполненной газом;
  • тела накала (нить накаливания) – спирали из сплава вольфрама;
  • двух электродов, по которым на спираль подается напряжение;
  • крючков – держателей вольфрамовой нити, выполненных из молибдена;
  • ножки лампочки;
  • внешнего звена токоввода, служащего предохранителем;
  • корпуса цоколя;
  • стеклянного изолятора цоколя;
  • контакта донышка цоколя.

Принцип работы лампы накаливания также несложен. Свет вырабатывается по причине того, что вольфрамовая нить нагревается от подаваемого на нее напряжения. Подобное свечение, хоть и в более малых объемах, можно увидеть при работе электрической плитки с открытым нагревательным элементом из нихрома. Свет от спирали выделяется очень слабый, но на этом примере становится ясно, как работает лампа накаливания.

Кроме привычной формы, эти световые приборы могут быть и декоративными, в виде свечи, капли, цилиндра или шара. Так как свет от вольфрама всегда одного цвета, производители выпускают такие осветительные приборы с различными, иногда окрашенными стеклами.

Интересны в работе лампочки с нитями накаливания с зеркальным покрытием. Принцип действия лампы накаливания можно сравнить с точечными светильниками, так как освещают они направленно определенную площадь.

Достоинства

Конечно, основные преимущества ламп накаливания – это минимальная сложность при их изготовлении. Отсюда, естественно, и низкая цена, ведь на сегодняшний день более простого электрического прибора и представить нельзя. Та же история и с включением такого элемента в сеть. Для этого не нужно устанавливать какое-то дополнительное оборудование, достаточно простейшего патрона.

В некоторых случаях даже при его отсутствии люди подключают лампы накаливания, на скорую руку соорудив патрон из дерева, пластика, либо вовсе соединяя лампу с проводом при помощи изоляционной ленты. Конечно, такие подключения в форс-мажорных обстоятельствах имеют право на существование, но они небезопасны в смысле пожарной и электрозащиты (необходимо следить, чтобы основание не нагрелось).

Также лампочки с нитью накаливания больших мощностей (150 Вт) очень широко применяются в освещении теплиц. Ведь помимо того, что они дают свет, в результате накаливания вольфрамовой нити лампы сильно нагреваются. К тому же освещение от них наиболее близко к солнечному свету, современная лампочка на светодиодах или люминесцентная энергосберегающая этим похвастаться не могут. По этой же причине лампа накаливания имеет преимущество и в вопросе влияния на зрение человека.

Недостатки

Вольфрамовая нить

К недостаткам ламп накаливания можно отнести недолговечность работы таких приборов, это напрямую зависит от такого параметра, как напряжение в сети. Если повысить ток, то спираль начнет быстрее изнашиваться, что и приведет к перегоранию в самом тонком месте. Ну а если же понизить напряжение, то освещение станет намного слабее, хотя, конечно, это увеличит срок службы лампы.

К основным недостаткам ламп накаливания можно также отнести и негативное действие на нить накала резких скачков напряжения. Но от этого недостатка можно избавиться путем установки вводного стабилизатора. Конечно, остается вопрос с включением освещения. Ведь в момент подачи напряжения нить накала холодная, а значит, сопротивление ее ниже. Решается эта проблема установкой простейшего поворотного диммера. Тогда с поворотом рукоятки нить будет накаливаться плавнее, (т. е. будет отсутствовать краткая резкая подача напряжения), а значит и прослужит она много дольше.

Но все же главным минусом этих приборов, конечно же, можно считать их низкий КПД, а именно то, что работающая лампа расходует подавляющую части энергии на тепло, в результате чего начинает сильно нагреваться. Эти потери составляют до 95%, но такой уж алгоритм работы вольфрамовых лампочек. Так что при приобретении этого светового прибора следует учитывать все преимущества и недостатки лампы накаливания.


С этим читают