Нажежаема жичка. Търговска къща Оптима - каталог на артикулите

Защо нишките на лампата изгарят или по-малко точно, но по-накратко, защо лампите изгарят? Купихте лампа, електронна или осветителна; работи нормално известно време, но накрая изгаря, въпреки че условията на работа не са се променили - винаги се захранва с едно и също напрежение на нажежаемата жичка, което е нормално за него. Каква е "физиката" на това изгаряне, защо същият ток, нормален в началото, по-късно се оказва разрушителен за нишката?

Разглеждайки изгоряла осветителна лампа, забелязваме, че нейният цилиндър е потъмнял отвътре. Появата на тъмно покритие се обяснява с утаяването на волфрамови пари, от които е направена нишката, върху стените на цилиндъра. Нишките на осветителните лампи работят при температури от около 2500°C. При тази температура започва забележимо изпарение волфрам. Процесът на изгаряне на нишката обикновено е следният: дебелината на нишката по цялата й дължина не е абсолютно еднаква, на някои места тя е малко по-дебела, на други по-тънка. Там, където нишката е по-тънка, нейното съпротивление естествено е по-голямо, в резултат на което това място се нагрява повече (нагряването е пропорционално на количеството на съпротивлението). И тъй като температурата на нишката е по-висока, нейното изпарение на това място става по-интензивно, което води до изтъняване на нишката.

Резултатът е "особен" Обратна връзка": увеличаването на изпарението води до ускорено изтъняване на нишката, а това от своя страна води до увеличаване на изпарението.

Този процес завършва с изгаряне - стопяване на нишката на мястото, което е най-тънко. Оказва се точно според поговорката: където е тънко, там се къса. Естествено, освен дебелината на нишката, роля играят и нейните условия на охлаждане. Например нишките рядко изгарят в близост до държачи, които улесняват разсейването на топлината. Ако конецът изгори близо до държача, това означава, че дебелината му на това място е много по-малка, отколкото по останалата част от дължината.

Процесът на изпаряване на материала на нажежаемата жичка в електронните лампи е по-малко забележим, отколкото в осветителните лампи, тъй като нишките на електронните лампи работят при по-ниски температури. Но „механизмът“ на изгаряне е същият: най-интензивното изпаряване на метала на нишката се случва там, където е особено тънък. Директните лампи с нажежаема жичка изгарят по-често от отопляемите, тъй като нишките на батерийните лампи обикновено са по-тънки и освен това техните условия на охлаждане са много по-лоши. Контактът на нишката на нагряваните лампи с порцелан или изолатор, изработен от друг материал, разделящ нишката от катода, спомага за доброто охлаждане.

Съвсем очевидно е, че дори лекото прегряване значително съкращава живота на нишката - процесът на отстраняване на тънките петна при прегряване протича с повишена интензивност. За илюстрация си струва да цитираме една цифра: увеличаването на изпарението на волфрам с повишаване на температурата му е пропорционално на 38-та степен на температурата, т.е. пропорционално на G38.

Има ли грешка в заглавието? Съвсем очевидно е, че прегряването може да бъде следствие от прегряване, но как може да възникне поради недогряване? Тук е естествено да очакваме не прегряване, а недогряване.

В заглавието обаче няма грешка. В стремежа си да запазят лампите, радиолюбителите често не ги нагряват достатъчно, което води до вредно прегряване и лампата излиза от строя. Това се обяснява по следния начин.

В момента всички радиоприемни лампи имат активирани катоди, покрити със слой от бариев и стронциев оксид. Активиращите вещества позволяват да се получи достатъчна емисия на електрони при ниски температури - само 750-800°C. При тази температура изпарението на волфрам е практически много малко и експлоатационният живот на лампите обикновено се определя не от изгарянето на нишката, а от изпаряването или разрушаването на активния оксиден слой.

Именно в това отношение лампите с недостатъчна мощност са опасни. За оксидния слой голяма опасност е появата на горещи точки по повърхността му - по-силно нагряване на отделни точки от повърхността в сравнение със съседните, а такива горещи точки възникват при недогряване.

Анодният ток на лампата преминава през оксидния слой. Ако катодът е нелокален, тогава съпротивлението на оксидния слой се увеличава значително. Съпротивлението е особено високо на места, където има удебеления в оксидния слой. Преминавайки през тези места, анодният ток ги кара да се нагряват силно (колкото по-голямо е съпротивлението, толкова по-голямо е

върху него се отделя топлина при даден ток), а това от своя страна води до увеличаване на тяхното излъчване, в резултат на което анодният ток нараства още повече. В резултат на това температурата на такива области на оксидния слой достига точката на изпаряване на оксида.

Процесът има такъв характер в случаите, когато намаляването на топлината не е съпроводено със съответно намаляване на анодното напрежение. Високото анодно напрежение увеличава анодния ток. Следователно намаляването на напрежението на нажежаемата жичка на лампите винаги трябва да бъде придружено от съответно намаляване на стойността на анодното напрежение и, следователно, на анодния ток.

Този вид самонагряване на оксидния катод може в други случаи да доведе до това, че лампата продължава да работи дори когато токът на спиралата е изключен. Ако анодният ток е достатъчно голям, тогава след изключване на нишката оксидният слой ще се нагрее от преминаващия през него анодния ток и излъчването на катода няма да спре. Така че понякога кенотроните, например, могат да работят с изключена топлина. Но работата на лампата при такива условия е нестабилна: обикновено или анодният ток се увеличава толкова много, че оксидният слой се изпарява, или токът започва да намалява, катодът се охлажда и излъчването спира.

Получен е през 1783 г., всъщност не е бил използван дълги години.
Няма голяма изненада - металът, разбира се, е пластичен, но и много твърд, а също и най-огнеупорният от всички метали: 3380°C не е шега.

Следователно, ако волфрамът е бил използван някъде, то е било в Китай - в прасковената боя за порцелан, където волфрамовият оксид давал красив цвят. Въпреки че тези, които рисуваха порцелан в продължение на стотици години, нямаха представа за това.

Всичко се промени през 1900 г., когато се появиха първите волфрамови стомани.
Нас обаче ни интересува чистият волфрам, или по-точно как от него да произведем тънък проводник за нажежаема жичка? В допълнение към електронните тръби би било хубаво да произвеждаме прости осветителни лампис нажежаема жичка...

Първите лампи с нажежаема жичка са имали въглеродни нишки (1878 г.). Няма да помним времето между отказите на такава лампа, проблемът беше друг - енергийната ефективност се оказа само 1 лумен на ват. Крушките бяха слаби и консумираха много, а 20 години изследвания доведоха ефективността до 3 лумена/ват. В същото време най-простата съвременна крушка с нажежаема жичка има 12 лумена/ват.

Естествено, опити за замяна на въглищата се правеха година след година. В края на 19 век започват да се произвеждат лампи с осмиеви нишки, а от 1903 г. - с тантал (7 лумена/ват).

Едва през 1904 г. беше възможно да се направи волфрамова жичка, като се получиха заветните 12 лумена/ват, а специалните високоволтови лампи дори имат 22 лумена/ват.

С какви методи е постигнато това?
Има няколко подхода за производство на нишки.
Веднага ще кажа, че простата рисунка не е подходяща тук. Разбира се, има опити да се стопи волфрам в електрическа дъга и да се работи с тази капчица, докато е гореща. И все пак много тънката тел, от която се нуждаехме, не можеше да бъде получена, защото когато се втвърди във волфрама, се образуваха доста големи кристали и волфрамът стана чуплив. И като цяло това не е нашият метод. Какви са нашите?

Времена на метода.
Разработен през 1906 г. Много фино смлян черен волфрамов прах се смесва с декстрин или нишесте, докато се образува пластична маса. Използвайки хидравлично налягане, тази маса беше прокарана през тънки диамантени сита. Получената нишка беше достатъчно здрава, за да бъде навита на макари и изсушена.
След това нишките се нарязват на „щифтове“, които се нагряват в атмосфера на инертен газ до нажежена температура, за да се отстрани остатъчната влага и леките въглеводороди. Всяка „игла“ беше закрепена в скоба и нагрята във водородна атмосфера, докато светеше ярко чрез преминаване на електрически ток. Това доведе до окончателното отстраняване на нежеланите примеси. При високи температури отделни малки частици волфрам се сливат и образуват хомогенна твърда метална нишка. Тези нишки са еластични, макар и крехки.
Методът е прост (относително), но има недостатък. Факт е, че не беше възможно да се изгори напълно органичната материя и останалият въглерод постепенно излезе от нишката и се утаи по стените на колбата и лампата „потъмня“. Естествено, такива волфрамови нишки са малко полезни вакуумни тръби, но само в лампи с нажежаема жичка.

Метод втори
Проектиран от Just и Hannaman. Въглеродна нишка с диаметър 0,02 mm беше покрита с волфрам чрез нагряване в атмосфера на водород и пари на волфрамов хексахлорид. Нишката, покрита по този начин, се нагрява до ярко сияние във водород при понижено налягане. Волфрамовата обвивка и въглеродното ядро ​​бяха напълно слети заедно, за да образуват волфрамов карбид. Получената нишка имаше бял цвяти беше крехък. След това нишката се нагрява в поток от водород, който реагира с въглерода, оставяйки компактна нишка от чист волфрам.
Този метод дава много по-добри резултати, но сложността му!..

Метод трети
Разработен през 1909 г. от Уилям Кулидж. Волфрамът се смесва с кадмиева амалгама, от получената пластмасова маса се прави тел и когато се калцинира във вакуум, първо кадмият, а след това живакът напълно се изпаряват, оставяйки тънка нишка от синтерован чист волфрам, която също може да се обработва допълнително обработка.
Това е най-доброто нещо някога нашият метод!
P.S. Попаднах на споменаване на едно място, че Кулидж по-късно подобри метода и направи без живак. Не намерих обяснение как се случи това.

Метод четири
Всъщност това е модерен метод за производство на волфрамови нишки (за справка).
Входът е волфрамов прах, получен чрез редуциране на амониев параволфрамат. Той трябва да бъде с висока чистота и обикновено се смесват волфрамови прахове от различен произход, за да се постигне средно качество на метала (икономиката трябва да е икономична). Но дори такова смесване не е лесна задача; извършва се в мелници и волфрамът се нагрява доста. За да се предотврати окисляването, мелницата трябва да има чисто азотна атмосфера.
След това прахът се пресова с хидравлична преса при 5,25 kg/mm ​​​​2
Ако праховете все още са замърсени, тогава пресата става крехка и се добавя органично свързващо вещество, за да се елиминира, което впоследствие се окислява напълно.
След това - предварително синтероване и охлаждане на прътите във водороден поток, подобряват се механичните им свойства.
Но все пак пресите все още остават доста крехки и тяхната плътност е 60–70% от плътността на волфрама, така че прътите се подлагат на последващо високотемпературно синтероване.
Прътът е захванат между контакти, охлаждани от вода, и в атмосфера на сух водород през него преминава ток, за да се нагрее почти до точката на топене. Благодарение на нагряването волфрамът се синтерува и плътността му се увеличава до 85–95% от кристалната плътност, като в същото време размерът на зърната се увеличава и кристалите на волфрам растат.
Следва коване при температура 1200–1500° C. В специален апарат прътите преминават през камера, която се компресира с чук. По време на едно преминаване диаметърът на пръта намалява с 12%. Когато се изковат, волфрамовите кристали се удължават, създавайки фибриларна структура. Именно тази структура не позволява на волфрама да бъде толкова крехък и да може да се разтяга.
След коването следва изтегляне на тел. Пръчките се смазват и преминават през диамантени или волфрамови карбидни сита. Степента на изтегляне зависи от предназначението на получените продукти. Диаметърът на получената тел е около 13 микрона.

И накрая малко факти: 3,5 км тел се прави от 1 кг волфрам. Това са нишки за 23 хиляди 60-ватови лампи.

Лампа с нажежаема жичка (LN) е електрически източник на светлина, чието светещо тяло е така нареченото тяло с нажежаема жичка (TN, проводник, нагрят от потока на електрически ток до висока температура). Понастоящем като материал за производството на HP се използват почти изключително волфрам и сплави на негова основа. IN края на XIX- първата половина на 20 век TN е направен от по-достъпен и лесен за обработка материал - въглеродни влакна.

Принцип на работа

Лампата с нажежаема жичка използва ефекта на нагряване на проводник (нишка), когато през нея протича електрически ток (топлинен ефект на тока). Температурата на волфрамовата нишка се повишава рязко след включване на тока. Нишката излъчва електромагнитни вълни топлинно излъчванев съответствие със закона на Планк. Функцията на Планк има максимум, чиято позиция върху скалата на дължината на вълната зависи от температурата. Този максимум се измества с повишаване на температурата към по-къси дължини на вълните (закон на Wien за изместване). За да се получи видима радиация, температурата трябва да бъде от порядъка на няколко хиляди градуса, в идеалния случай 5770 К (температурата на повърхността на Слънцето). Колкото по-ниска е температурата, толкова по-нисък е делът на видимата светлина и толкова по-червено изглежда излъчването.

Част от консумираните електрическа енергиялампа с нажежаема жичка се превръща в радиация, част от която се губи в резултат на процесите на топлопроводимост и конвекция. Само малка част от радиацията е в областта на видимата светлина, основната част идва от инфрачервеното лъчение. За да се увеличи ефективността на лампата и да се получи най-„бялата“ светлина, е необходимо да се повиши температурата на нишката, която от своя страна е ограничена от свойствата на материала на нишката - точката на топене. Идеалната температура от 5770 K е недостижима, тъй като при тази температура всеки известен материал се топи, разпада се и спира да провежда електричество. Съвременните лампи с нажежаема жичка използват материали с максимални точки на топене - волфрам (3410 °C) и много рядко осмий (3045 °C).

При практически постижими температури от 2300-2900 °C емисията далеч не е бяла и дневна светлина. Поради тази причина LN излъчват светлина, която изглежда по-„жълто-червена“ от дневната светлина. За характеризиране на качеството на светлината се използва т.нар Цветна температура.

В обикновен въздух при такива температури волфрамът моментално ще се превърне в оксид. Поради тази причина HP се поставя в колба, от която се изпомпват атмосферните газове по време на производствения процес на HP. Най-опасни за горивата са кислородът и водните пари, в атмосферата на които протича бързо окисляване на горивото. Първите LN са произведени с помощта на вакуум; В момента се произвеждат само лампи с ниска мощност (за LON - до 25 W) във вакуумирана колба. Колбите на по-мощните лазери се пълнят с газ (азот, аргон или криптон). Високо кръвно наляганев колбата на газовите лампи рязко намалява скоростта на разрушаване на HP поради атомизация. Колбите на напълнените с газ LNs не се покриват толкова бързо с тъмно покритие от пръскан HP материал и температурата на последния може да се повиши в сравнение с вакуумните LNs. Последното ви позволява да увеличите ефективността и леко да промените спектъра на излъчване.

Номенклатура

Според тяхното функционално предназначение и конструктивни характеристики LN се разделят на:

  • LN с общо предназначение (GON; до средата на 70-те години се използва терминът „LN за нормално осветление“ - NOL). Най-разпространената група лампи, предназначени за общо, локално и декоративно осветление. От 2008 г., поради приемането от редица държави на законодателни мерки, насочени към намаляване на производството и ограничаване на използването на ЛОС с цел пестене на енергия, тяхното производство започна да намалява;
  • декоративни LN, произведени в оформени колби. Най-често срещаните са колби с форма на свещи с диаметър ок. 35 mm и сферичен диаметър прибл. 45 mm;
  • LN локално осветление, структурно подобно на LON, но предназначено за ниско (безопасно) работно напрежение - 12, 24 или 36 (42) V. Област на приложение - ръчни (преносими) лампи, както и лампи за локално осветление в промишлени помещения (на машини, работни маси и др., където е възможно случайно счупване на лампа);
  • осветителни LN, произведени в боядисани колби. Предназначение - осветителни инсталации различни видове. По правило лампите от този тип имат ниска мощност (10-25 W). Колбите обикновено се оцветяват чрез нанасяне на слой неорганичен пигмент върху вътрешната им повърхност. По-рядко се използват лампи с крушки, боядисани отвън с цветни лакове, техният недостатък е бързото избледняване на пигмента и отделянето на лаковия филм поради механично натоварване;
  • огледалните LN имат специално оформена колба, част от която е покрита с отразяващ слой (тънък слой от термично напръскан алуминий). Целта на огледалото е пространственото преразпределение на светлинния поток на лампата с цел най-ефективното му използване в рамките на даден телесен ъгъл. Основната цел на огледалните LN е локално локално осветление;
  • Сигналните LN се използват в различни осветителни устройства (средства за визуално показване на информация). Това са лампи с ниска мощност, проектирани да издържат дълго време;
  • транспортни LN - изключително широка група лампи, предназначени да работят на различни Превозно средствоах (автомобили, мотоциклети и трактори, самолети и хеликоптери, локомотиви и вагони железниции метро, ​​речни и морски плавателни съдове). Характеристики: висока механична якост, устойчивост на вибрации, използването на специални гнезда, които ви позволяват бързо да смените лампите в тесни условия и в същото време предотвратявате спонтанното изпадане на лампите от гнездата. Проектиран за захранване от борда електрическа мрежапревозни средства (6-220 V);
  • Лампите за прожектори обикновено имат висока мощност (до 10 kW; по-рано се произвеждаха лампи до 50 kW) и висока светлинна ефективност. Използват се в осветителни устройства за различни цели (осветителни и сигнални). VT на такива лампи като правило е компактен (близък до точка или правоъгълен), което се осигурява както от неговия специален дизайн, така и от специално окачване в крушката;
  • LN за оптични инструменти, които включват масово произвежданите до края на 20 век. лампите за прожекционно оборудване за филми имат компактни VT, много от тях са поставени в специално оформени крушки. Използва се в различни устройства ( измервателни уреди, медицинско оборудване и др.);
  • LN на разпределителните табла служеха като индикатори на разпределителните табла. Те са тесни дълги миниатюрни лампи с гладки успоредни контакти, което ги прави лесни за смяна. Бяха произведени следните опции: KM 6-50, KM 12-90, KM 24-35, KM 24-90, KM 48-50, KM 60-50, където първата цифра означава работното напрежение във волтове, втората - тока в милиампери. В момента светодиодите се използват по-често като индикатори.


    Лампа с нажежаема жичка (24V 35mA)

    Специална група лекарства са халогенни лампис нажежаема жичка Тяхната основна характеристика е въвеждането на халогени или техните съединения в кухината на колбата, поради което е възможно значително да се увеличи Работна температура TN, като в същото време се избягва бързото му пръскане.

    Дизайн

    Дизайнът на LN е много разнообразен и зависи от предназначението на конкретен тип лампа. Въпреки това, следните елементи са общи за всички LN: VT, крушка, токови проводници. В зависимост от характеристиките на даден тип лампа могат да се използват VT държачи с различни конструкции; лампите могат да бъдат направени без основа или с различни видове основи, да имат допълнителна външна крушка и други допълнителни конструктивни елементи.

    Дизайнът на LON предвижда предпазител - връзка, изработена от фероникелова сплав, заварена в пролуката на един от токопроводите и разположена извън колбата LN, като правило, в крака. Целта на предпазителя е да предотврати разрушаването на LON крушката, ако VT се счупи по време на работа. Факт е, че в този случай в зоната на разкъсване възниква електрическа дъга, която стопява остатъците от HP; капки разтопен метал могат да разрушат стъклото на колбата и да причинят пожар. Предпазителят е проектиран по такъв начин, че когато дъгата се запали, тя се унищожава под въздействието на ток на дъгата, който значително надвишава номиналния ток на LN. Фероникеловата връзка се намира в кухина, където налягането е равно на атмосферното налягане, поради което дъгата лесно изгасва. Поради ниската им ефективност употребата им вече е изоставена.

    Дизайн на модерна лампа.
    На диаграмата:
    1 - колба; 2 - кухина на колбата (вакуумирана или пълна с газ); 3 - тяло с нишка; 4, 5 - електроди (токови входове); 6 - куки за държач TN; 7 - крак на лампата; 8 - външна връзка на токопровода, предпазител; 9 - основно тяло; 10 - основен изолатор (стъкло); 11 - контакт на дъното на основата.

    Колба

    Колбата предпазва HP от въздействието на атмосферните газове. Размерите на колбата се определят от скоростта на отлагане на нишковидния материал. За лампи с по-висока мощност са необходими крушки по-голям размер, така че депозираният TN материал се разпределя върху голяма площ и няма силен ефект върху прозрачността.

    Газова среда

    Крушките на първите лампи бяха вакуумирани. Повечето съвременни лампи са пълни с химически инертни газове (с изключение на лампите с ниска мощност, които все още се правят вакуумни). Топлинните загуби, възникващи поради топлопроводимостта, се намаляват чрез избор на газ с високо молекулно тегло. Най-разпространени са смесите на азот N2 с аргон Ar поради ниската им цена; използва се и чист изсушен аргон, по-рядко криптон Kr или ксенон Xe (молекулни тегла: N2 - 28,0134 g/mol; Ar: 39,948 g/mol; Kr - 83,798 g/mol; Xe - 131,293 g/mol).

    тяло с нишка

    Формите на ТН са много разнообразни и зависят от функционално предназначение LN. Най-често срещаният е VT, изработен от тел с кръгло напречно сечение, но се използват и лентови VT (изработени от метални ленти). Следователно използването на израза „нишка“ е нежелателно - по-правилният термин е „нишка“, включен в Международния речник по осветителна техника.

    Нагревателният елемент на първите лампи е направен от въглища (температура на сублимация 3559 °C). Съвременните лампи използват почти изключително волфрамови нишки, понякога осмиево-волфрамова сплав. За да се намали размерът на TN, обикновено му се придава формата на спирала; понякога спиралата се подлага на повторна или дори третична спирализация, като се получава съответно биспирала или триспирала. Ефективността на такива LP е по-висока поради намаляването на топлинните загуби на HP поради конвекция (дебелината на слоя Langmuir намалява).

    Лампите се произвеждат за различни работни напрежения. Силата на тока се определя от закона на Ом (I=U/R), а мощността от формулата P=U·I или P=U²/R. Тъй като металите имат ниско съпротивление, е необходим дълъг и тънък проводник, за да се постигне такова съпротивление. Дебелината на жицата в конвенционалните лампи е 40-50 микрона.

    Тъй като нажежаемата жичка е при стайна температура, когато е включена, нейното съпротивление е с порядък по-малко от работното съпротивление. Следователно, когато е включен, тече много голям ток (десет до четиринадесет пъти работния ток). Тъй като нишката се нагрява, нейното съпротивление се увеличава и токът намалява. За разлика от съвременните лампи, ранните лампи с нажежаема жичка с въглеродни нишки работят на обратния принцип, когато се включат - при нагряване съпротивлението им намалява и светенето бавно се увеличава.

    В мигащите лампи последователно с нажежаемата жичка е вграден биметален ключ. Поради това такива лампи работят независимо в режим на мигане.


    двойна спирала

    двойноспирален (биспирален) LN (Osram 200 W) с токопроводи и държачи

    База

    Формата на основата с резба на конвенционална лампа с нажежаема жичка е предложена от Томас Алва Едисон. Размерите на цоклите са стандартизирани. Най-често срещаните фасунги Edison за битови лампи са E14 (миньон), E27 и E40. Има и цокли без резба (лампата се държи в цокъла чрез триене или връзки без резба - например байонет), както и лампи без цокъл, често използвани в автомобили.

    История на изобретението

  • През 1838 г. белгиецът Жобард изобретява въглеродната лампа с нажежаема жичка.
  • През 1840 г. англичанинът Деларю създава първата лампа с нажежаема жичка (с платинена жичка)
  • През 1854 г. германецът Хайнрих Гьобел разработва първата "модерна" лампа: овъглена бамбукова нишка във вакуумиран съд. През следващите 5 години той разработва това, което мнозина наричат ​​първата практична лампа.
  • На 11 юли 1874 г. руският инженер Александър Николаевич Лодигин получава патент номер 1619 за лампа с нажежаема жичка. Той използва въглероден прът, поставен във вакуумиран съд като нишка.


    Лампата на Лодигин

  • Английският изобретател Джоузеф Уилсън Суон получава британски патент за лампа от въглеродни влакна през 1878 г. В неговите лампи влакното беше в разредена кислородна атмосфера, което направи възможно получаването на много ярка светлина.
  • През втората половина на 1870-те дирижира американският изобретател Томас Едисън изследователска работа, в който пробва различни метали като конци. През 1879 г. той патентова лампа с платинена жичка. През 1880 г. той се връща към въглеродните влакна и създава лампа с живот от 40 часа. По същото време Едисон изобретява гнездото, основата и превключвателя. Въпреки толкова краткия живот, лампите му заменят използваното дотогава газово осветление.


    Лампа Томас Едисон с въглеродна жичка (база E27, 220 волта)

  • През 1890 г. А. Н. Лодигин изобретява няколко вида лампи с нишки от огнеупорни метали. Лодигин беше първият, който предложи използването на волфрамови нишки в лампи (в съвременния електрически лампиочила, нишката е направена от волфрам) и усучете нишката във формата на спирала. Лодигин е и първият, който изпомпва въздуха от лампите, което увеличава живота им многократно. Друго изобретение на Лодигин, насочено към увеличаване на експлоатационния живот на лампите, беше запълването им с инертен газ.
  • От края на 1890 г. появиха се лампи с нажежаема жичка от магнезиев оксид, торий, цирконий и итрий (лампа на Нернст) или нишка от метален осмий (лампа на Ауер) и тантал (лампа на Болтън и Фойерлайн)
  • През 1904 г. унгарците д-р Шандор Юст и Франьо Ханаман получават патент № 34541 за използването на волфрамова жичка в лампи. Първите такива лампи са произведени в Унгария, навлизайки на пазара чрез унгарската компания Tungsram през 1905 г.
  • През 1906 г. Лодигин продава патент за волфрамова нишка на General Electric. Също през 1906 г. в САЩ той построява и пуска в експлоатация завод за електрохимично производство на волфрам, хром и титан. Поради високата цена на волфрама, патентът намира само ограничено приложение.
  • През 1910 г. Уилям Дейвид Кулидж изобретява подобрен метод за производство на волфрамова нишка. Впоследствие волфрамовата нишка измества всички останали видове нишки.
  • Останалият проблем с бързото изпаряване на нажежаемата жичка във вакуум е решен от американския учен Ървинг Лангмуир, който, работейки в General Electric през 1909 г., излезе с идеята за пълнене на крушките на лампата с инертен газ, което значително увеличи живота на лампите.

    Ефективност и издръжливост

    Почти цялата енергия, подадена към лампата, се превръща в радиация. Загубите поради топлопроводимост и конвекция са малки. Но само малък диапазон от дължини на вълните на това лъчение е достъпен за човешкото око. Основната част от радиацията е в невидимия инфрачервен диапазон и се възприема като топлина. Ефективността на лампите с нажежаема жичка достига максималната си стойност от 15% при температура около 3400 K. При практически постижими температури от 2700 K (конвенционална лампа 60 W) ефективността е 5%.


    издръжливост и яркост в зависимост от работното напрежение

    С повишаването на температурата ефективността на лампата с нажежаема жичка се увеличава, но в същото време нейната издръжливост намалява значително. При температура на нишката от 2700 K животът на лампата е приблизително 1000 часа, при 3400 K само няколко часа. Както е показано на фигурата вдясно, когато напрежението се увеличи с 20%, яркостта се удвоява. В същото време животът се намалява с 95%.

    Намаляването на захранващото напрежение, въпреки че намалява ефективността, увеличава издръжливостта. По този начин намаляването на напрежението наполовина (например при последователно свързване) значително намалява ефективността, но увеличава живота почти хиляда пъти. Този ефект често се използва, когато е необходимо да се осигури надеждно аварийно осветление без специални изисквания за яркост, например на стълбищни площадки. Често за тази цел, когато се захранва с променлив ток, лампата се свързва последователно с диод, поради което токът протича в лампата само за половината период.

    Ограниченият живот на лампата с нажежаема жичка се дължи в по-малка степен на изпаряването на материала на нажежаемата жичка по време на работа и в по-голяма степен на нехомогенностите, които възникват в нажежаемата жичка. Неравномерното изпаряване на нишковидния материал води до появата на изтънени участъци с повишено електрическо съпротивление, което от своя страна води до още по-голямо нагряване и изпаряване на материала на такива места. Когато едно от тези стеснения стане толкова тънко, че материалът на нишката в тази точка се стопи или напълно се изпари, токът се прекъсва и лампата излиза от строя.

    По-голямата част от износването на нажежаемата жичка възниква при внезапно подаване на напрежение към лампата, така че нейният експлоатационен живот може значително да се увеличи чрез използване на различни видове софтстартери.

    Волфрамовата нишка има студено съпротивление, което е само 2 пъти по-високо от това на алуминия. Когато една лампа изгори, често се случва медните проводници, които свързват контактите на основата към спираловидните държачи, да изгорят. Така обикновена лампа от 60 W консумира над 700 W, когато е включена, а лампа от 100 W консумира повече от киловат. Когато бобината се загрее, нейното съпротивление се увеличава и мощността пада до номиналната си стойност.

    За да се изглади пиковата мощност, могат да се използват термистори със силно намаляващо съпротивление при загряване или реактивен баласт под формата на капацитет или индуктивност. Напрежението на лампата се увеличава със загряването на намотката и може да се използва за автоматично заобикаляне на баласта. Без изключване на баласта, лампата може да загуби от 5 до 20% от мощността, което също може да бъде от полза за увеличаване на ресурса.

    Предимства и недостатъци на лампите с нажежаема жичка

    Емисионен спектър: непрекъсната 60-ватова лампа с нажежаема жичка (отгоре) и линеен спектър от 11-ватова компактна флуоресцентна лампа (отдолу)

    Предимства:

  • ниска цена
  • малки размери
  • безполезност на баласти
  • При включване светват почти моментално
  • липса на токсични компоненти и в резултат на това липса на необходимост от инфраструктура за събиране и обезвреждане
  • възможност за работа като DC(всякаква полярност) и при редуване
  • способността да се произвеждат лампи за голямо разнообразие от напрежения (от части от волта до стотици волта)
  • без трептене или бръмчене при работа променлив ток
  • непрекъснат емисионен спектър
  • устойчивост на електромагнитен импулс
  • Възможност за използване на контроли за яркост
  • нормална работа при ниска температура заобикаляща среда

    недостатъци:

  • ниско светлинна ефективност
  • относително кратък експлоатационен живот
  • рязка зависимост на светлинната ефективност и експлоатационния живот от напрежението
  • цветната температура е само в диапазона 2300-2900 K, което придава на светлината жълтеникав оттенък
  • Лампите с нажежаема жичка представляват опасност от пожар. 30 минути след включване на лампите с нажежаема жичка температурата на външната повърхност достига, в зависимост от мощността, следните стойности: 40 W - 145 °C, 75 W - 250 °C, 100 W - 290 °C, 200 W - 330 °C. Когато лампите влязат в контакт с текстилни материали, колбата им се нагрява още повече. Сламката, която докосва повърхността на 60 W лампа, ще се запали за приблизително 67 минути.
  • светлинната ефективност на лампите с нажежаема жичка, дефинирана като съотношението на мощността на лъчите от видимия спектър към мощността, консумирана от електрическата мрежа, е много малка и не надвишава 4%

    Вреда от лампи с нажежаема жичка

    Значителна част от излъчването на лампата с нажежаема жичка е в късовълновата част на инфрачервения спектър (дължина на вълната 0,74-2,0 микрона). За температура на повърхността на излъчване от 2700K, добивът на радиация в диапазона от 0,74-2,0 микрона ще бъде 43%. Това лъчение, за разлика от полезното дълговълново лъчение (дължина на вълната 50-2000 микрона), е вредно за човешкото тяло, особено за очите. При висока плътност и продължителност на облъчване се наблюдават следните последствия:

    Конвулсивно заболяване, причинено от нарушение на водно-солевия баланс, се характеризира с появата на остри конвулсии, главно в крайниците;

    Прегряване (термична хипертермия) възниква, когато излишната топлина се натрупва в тялото; основният симптом е рязко повишаване на телесната температура;

    Топлинните удари възникват в резултат на проникването на късовълнова инфрачервена радиация (до 1,5 микрона) през скалпа в меките тъкани на мозъка;

    Катаракта (помътняване на кристалите) е очно заболяване, което възниква при продължително излагане на инфрачервени лъчи с λ = 0,78-1,8 микрона. Към острите нарушения на зрението се отнасят и изгаряния, конюнктивит, помътняване и изгаряне на роговицата, изгаряне на тъканите на предната камера на окото.

    Обикновено плътността на радиацията у дома не е в състояние да причини забележима вреда на човек, но това е възможно, ако има достатъчно мощна лампаще бъдат разположени в непосредствена близост, или ако в стаята има монтирани твърде много лампи или те са твърде мощни. Освен това хората могат да прекарват значително време под лампи с нажежаема жичка, така че е вероятно дори ниските нива на яркост да имат отрицателни последици за здравето за дълги периоди от време.

    Емисионен спектър: непрекъсната 60-ватова лампа с нажежаема жичка (отгоре) и линеен спектър от 11-ватова компактна флуоресцентна лампа (отдолу)

    Изхвърляне

    Използваните лампи с нажежаема жичка и халогенни лампи с нажежаема жичка не съдържат вредни за околната среда вещества и могат да се изхвърлят като обикновен битов отпадък. Единственото ограничение е забраната за рециклирането им заедно със стъклените изделия.

    Ограничения за внос, доставка и производство

    Поради необходимостта от пестене на енергия и намаляване на емисиите въглероден двуокисв атмосферата много държави са въвели или планират да въведат забрана за производство, закупуване и внос на лампи с нажежаема жичка, за да насърчат замяната им с енергоспестяващи лампи(компактен луминесцентни лампии т.н.)

    На 1 септември 2009 г. в Европейския съюз, в съответствие с Директива 2005/32/EG, е въведена поетапна забрана за производство, закупуване от магазини и внос на лампи с нажежаема жичка (с изключение на специални лампи). От 2009 г. забраната ще засегне лампи с мощност >= 100 W, лампи с матирана крушка >= 75 W и др.; Очаква се до 2012 г. да бъде забранен вносът и производството на лампи с нажежаема жичка с по-малка мощност.

    В Русия правителството на Москва също планира да го изключи от обращение през 2011 г. и да спре производството на лампи с нажежаема жичка с мощност >= 100 W

    От 2005 г. в Куба е ограничено използването на лампи с нажежаема жичка с мощност над 15 W.

    От 2009 г. ограниченията ще важат и за Нова Зеландия и Швейцария, а от 2010 г. и за Австралия.

    На 23 ноември 2009 г. президентът на Русия подписа закона „За енергоспестяването и повишаването на енергийната ефективност и за изменението на някои законодателни актове“, приет преди това от Държавната дума Руска федерация„Съгласно документа от 1 януари 2011 г. в страната не се разрешава продажбата на електрически лампи с нажежаема жичка с мощност над 100 W; от 1 януари 2013 г. - електрически лампи с мощност над 75 W, и от 1 януари 2014 г. - лампи с мощност 25 W или повече.

    Картел Феб

    Международният картел за електрически лампи с административен център - Phöbus S.A. (Женева, Швейцария), съществувал през 1924-1941 г., обединява повече от 40 производители от различни страни, делът на продуктите на световния пазар достигна 80% и оказа влияние върху ценовата и патентната политика.

    Според някои източници през 1924 г. между участниците в картела е постигнато споразумение за ограничаване на живота на лампите с нажежаема жичка до 1000 часа. В същото време всички производители на лампи, принадлежащи към картела, бяха задължени да поддържат стриктна техническа документация, за да спазват мерките за предотвратяване на жизнения цикъл на лампите да надвишава 1000 часа (на немски език).

    Освен това картелът разработи настоящите базови стандарти на Edison.

    Интересни факти

  • В САЩ една от пожарните служби в град Ливърмор (Калифорния) разполага с 4-ватова лампа ръчно правено, известен като „Вековната лампа“. Гори почти постоянно повече от 100 години, от 1901 г.
  • В СССР, след изпълнението на плана на Ленин GOELRO, лампата с нажежаема жичка получи прозвището „крушката на Илич“. В днешно време това най-често се нарича обикновена лампа с нажежаема жичка, висяща от тавана на електрически кабел без абажур.
  • Докато лампата на Томас Едисън придоби популярност, хората спят по 10 часа на ден.