Электрическая лампа.

Трудно пришлось бы  нам в том случае, если бы каждое изобретение оставалось бы нами в пользовании без его дальнейшего  усовершенствования.

Ездили бы на автомобиле с рычажным управлением на деревянных колёсах и открытым верхом, звонили бы по аппарату, накручивая ручку вызова оператора, писали бы письма гусиными перьями под светом электролампы с платиновой нитью накала. Да, да. С платиновой! Представьте стоимость такой лампы? А ведь так и началось, когда в 1809 году, мало кому известный англичанин Делярю Уоррен (Warren de la Rue) создал такую электролампу, напоминавшую стеклянную трубку с помещённой во внутрь платиновой нитью накала.

Что такое нить накала.

В электрических схемах для соединения элементов используют проводник с малым сопротивлением электрическому току. Для ограничения тока применяют резисторы, изготовленные из проводников с большим внутренним сопротивлением. Когда через проводник или через тот же  резистор пропустить электрический ток, превышающий оптимальную величину в несколько раз, выбранные нами элементы потеряют своё свойство проводимости. Вначале нагреются до температуры плавления затем перегорят с обугливанием в месте, где их геометрическая форма  будет наименьшая. То есть в том месте,  где материал, из которого изготовлен резистор или проводник окажет наибольшее сопротивление электрическому току.

Почему так получается, спросите Вы?

В воздухе, которым мы дышим содержаться молекулы кислорода, поддерживающие горение веществ. Наши проводники и резисторы не являются исключением в выше описанном примере. Но как только мы поместим наши испытуемые элементы в защищённое пространство и выкачаем из него воздух, то перегорания не произойдёт. Будет виден нагрев проводника с излучением тепла и света. Такому проводнику, помещённому в стеклянную колбу с выкаченным воздухом и подключённому через тоководы, дали название — нить накала. Правда, в определённый момент времени при увеличении пропускаемого электрического тока через нить накала, яркость свечения её увеличивается и  всё же происходит её перегорание.

Почему перегорает нить накала электролампы.

Кто-то из Вас пробовал паять или видел как это делают? Касаются паяльником к месту пайки  на монтажной плате и, расплавляя паянное соединение, меняют определённый элемент. Во время сварочных работ на  металлоконструкциях брызги расплавленного металла разлетаются в разные стороны. Или знакомая фраза: перегорел предохранитель.

Что объединяет эти примеры?

Да. Вы правы — плавление металла. И паяльник и при сварке и в плавком предохранителе происходит расплавление металла, но при разных температурах. А вот, что бы в электролампе наша нить накала не перегорала от электротока большой величины, для её изготовления используют металл с высокой температурой плавления. У Уоррена  Делярю на тот момент из имеющихся металлов с такой характеристикой была платина. А уже в наше время получены высокотемпературные сплавы, из которых изготавливают нити накала электроламп. Кстати, не совсем нити.

Из очень тонкой проволоки мотают тонкую спираль, а потом эту же спираль наматывают ещё раз в спираль, которую  подключают к выводам тоководов. Название нить накала  так и осталось, хотя, правильнее будет — тело накала, так как сечение и вид нити может быть различным. А Уоррен  Делярю и его последователи применяли не спираль, а тонкую металлическую нить, намотанную крестообразно на стойки внутри колбы лампы, расположение которой и послужило основой изображения ламп накаливания на схеме.

Если через проводник пропустить электрический ток больший, чем номинальный, наш проводник расплавится. И чем больше будет сила приложенного к нему электрического тока, тем быстрее и с более ярким световым эффектом и выделением тепла это произойдёт. Вакуум, в котором размещена нить накала лампы, не позволяет сгорать нити моментально, ведь в колбе в таком случае не содержится молекул кислорода. Спиралька очень ярко накаляется и может расплавиться тогда, когда сила проходящего электрического тока через спиральку разогреет её до температуры плавления металла, из которого она сделана. Да и сама колба хорошо нагреется. В современных электролампах нить(тело) накала изготавливают из вольфрама, у которого температура плавления около 3420°С.

Нерадивые производители используют странное подобие сплава вольфрама с близкой к нему температурой плавления. Вот и получается, включаете только что установленную в светильник электролампочку, а она вспыхивает ярким светом и тут же гаснет. Причины две: не полностью выкачан воздух из колбы или нить накала не из вольфрама.

Инертные газы.

Для того, что бы при нагреве нити накала не перегревалась колба электролампы, внутрь вместо выкачанного воздуха помещают инертный газ, не имеющий ни цвета ни запаха и, обычно, не обладающий химической активностью. У таких ламп можно использовать высокотемпературные спирали, меньший размер колбы, лучший КПД и они будут иметь другие достоинства. В частности, у галогенных ламп, испарившийся с поверхности тела накала металл, вступает в соединение с газом, и затем возвращается на поверхность нити.

Какие электролампы бывают?

В зависимости от предназначения конструкция ламп накаливания разнообразна.
Осветительные, фото лампы, коммутаторные, прожекторные, иллюминационные, зеркальные, декоративные, электронные.

Как на схеме отображаются лампы накаливания?

Если внимательно рассмотреть, к примеру, электросхему автомобиля, можно заметить кружочки с крестиками внутри. Это и будут лампы накаливания, обозначенные на схеме.

От типа применяемой электролампы меняется и изображение её на электросхеме. Но в любом случае при этом присутствует рисунок окружности, овальной фигуры или прямоугольника с овальными противоположными сторонами. Внутри указываются точки, крестики, чёрточки и, конечно же, с разным количеством подключаемых выводов.

Как отличить тип лампы на схеме?

Перечеркнутый крест-накрест кружок — это лампы накаливания — точное соответствие нити накала первым конструкциям электроламп.

• Косой крест — невидимое излучение и обозначение латинскими буквами IR;
• буквами EL — осветительная лампа;
• HL — индикаторная;
• Е — инфракрасная (IR);
• VL — электронная лампа;
• HG — газоразрядные.

Само название говорит о типе лампы. Если в колбу  вместо нити накала поместить два электрода и заполнить объём ионизирующим газом(значок в виде толстой жирной точки под краем внутри рисунка колбы), то при подаче напряжения между электродами мы увидим свечение газа. То есть, разряд между электродами. Анод у таких ламп всегда один и изображается в виде перпендикулярной линии с отводом, а катодов может быть несколько и вид у них напоминает пустой кружок с отводом. Когда спектр излучения у таких ламп видимый, то внутри рисуют крестик. Если ещё всё это находится под давлением, то внутри рисуются жирные точки: одна точка — низкое, две — высокое, три — сверхвысокое.

В настоящее время конструкция электроламп настолько разнообразна и комбинирована по исполнению, что по своей функциональности она способна заменить один — два электронных модуля.

И очень важный момент. Электрическая лампа накаливания имеет очень низкий КПД, так как всего лишь около 15% от всей использованной ею энергии расходуется на получение света. Остальные 85% превращаются в тепло.

И ещё: в холодном состоянии сопротивление нити накаливания всего в 2 раза выше, чем сопротивление алюминия, и часто бывает, что сгорают медные проводки, соединяющие контакты цоколя с держателями спирали.  Лампа на 60 Вт в момент включения потребляет свыше 700 Вт, а 100-ваттная — более киловатта электроэнергии. По мере прогрева спирали её сопротивление возрастает, а мощность падает до нормы. Весь процесс целиком происходит за считанные доли секунды.