Класичні лампи розжарювання

У всіх лампах розжарювання (ЛР) джерелом видимого світла є розпечена
металева нитка, по якій протікає електричний струм.

І чим вища температура
цієї нитки, тим яскравіше світить лампа, і тим більше світла вона випромінює. Однак, температура нитки розжарення не може бути вищою тих значень, при яких настає погіршення технологічної міцності металу, з якого вона виготовлена.

Найбільш тугоплавким і стійким до впливу тепла є вольфрам - метал, температура плавлення якого дорівнює 3650 ± 50 К. У працюючій електролампі температура нитки розжарення досягає 2300 - 2800 К. При вищих температурах збільшується світловий потік, але катастрофічно скорочується термін служби лампи, насамперед через високу швидкість випаровування вольфраму з тіла нитки.

При оптимальних температурах нитки розжарення термін служби класичних ЛР
може сягати 2,5 тис. годин. Проте середній термін служби цих ламп, як правило, не перевищує 1000 годин.

Щоб підвищити значення світлового потоку ЛР без помітного підвищення температури і
скорочення терміну служби, в сучасних лампах збільшують площу поверхні
тіла, що світиться, виготовляючи нитки розжарення у вигляді спіралі (одинарної, подвійної і навіть потрійний). Крім того, колби ламп вакуумують, або заповнюють інертним газом, азотом чи їх сумішшю. Занурення розпеченої нитки розжарення в такий газ істотно зменшує швидкість випаровування вольфраму, що позитивно позначається на терміні служби та ефективності газоповних ламп розжарювання, в порівнянні з вакуумними.

Людське око має максимальну чутливість до жовто-зеленого світла, який переважає в випромінюванні Сонця. Природно, що в світлі вольфрамової спіралі ЛР, що має температуру менше 2800 К, жовто-зелене світло, практично, відсутнє. Вірніше, максимум енергії в спектрі її випромінювання зміщений в область інфрачервоного світла (70-76%), а на видиме світло припадає всього 7-13% цієї енергії, та й то в області червоно-рожевого світла. Тому ефективність світлового потоку ламп розжарювання відносно невелика, а коефіцієнт корисної дії не перевищує 13%.

Світловіддача сучасних ЛР знаходиться в межах 10-20 лм / Вт, колірна температура їх світла
дорівнює Тс = 2300-2800 К, а індекс передачі кольору Ra ≈ 100, для відповідного діапазону
колірних температур. Спектр випромінювання суцільний.

Основними елементами конструкції всіх класичних ламп розжарювання є:

- вольфрамова нитка розжарення;

- герметична колба з силікатного скла, заповнена інертним газом або його сумішшю з азотом;

- металевий цоколь, що забезпечує підключення лампи до джерела електрики,

- тримач нитки розжарення з струмоведучими елементами.

Цікаво, що в якості газу для заповнення колби лампи можуть використовуватися азот (N2), аргон (Ar), криптон (Kr) і ксенон (Xe). У цих газів різна теплопровідність: найвища - в азоту,
найнижча - у ксенону. Тому, за інших рівних умов лампи, заповнені сумішшю
Xe + N2, світять яскравіше, ніж лампи із сумішами Kr + N2 і Ar + N2. Так само, лампи з сумішшю Kr + N2 світять яскравіше ламп з Ar + N2. Це пояснюється різною температурою ниток розжарювання, занурених у гази з різною теплопровідністю. Інертні гази змішують з азотом для зниження вартості ламп (чисті Xe і Kr вельми дороги) і підвищення напруги
електричного пробою газового наповнення ламп.

У газополних ламп швидкість випаровування вольфраму з тіла нитки розжарення нижча, ніж у вакуумних, це дозволяє розігрівати цю нитку до більш високих температур і, тим самим, підвищувати колірну температуру їх світла до значення Тс = 2800 К, в той час як у вакуумних ламп Тс <2600 К.

Світловий потік, світловіддача і термін служби ламп розжарювання в значній мірі залежать від температури нитки розжарення. Причому із зростанням цієї температури відносно номінальної світловий потік збільшується приблизно в 11 разів, а світловіддача в 6 разів швидше. У той же час, термін служби скорочується в 40 разів швидше, ніж зростає температура нитки розжарення відносно номінального значення.

У свою чергу, збільшення температури нитки розжарення прямо пропорційно залежить від споживаної потужності лампи (наприклад, при збільшенні напруги в електромережі), і ця
залежність така, що температура нитки розжарювання зростає майже в п'ять разів швидше, ніж зростання споживаної потужності. Практично це означає, що із зростанням споживаної потужності лампи, наприклад, в 1,1 рази, температура її нитки розжарювання виросте в 5.5 разів, а середній термін служби скоротитися в 240 разів відносно номінального. Тобто до значення 4,5 години, якщо номінальний термін служби цієї лампи 1000 годин.

Термін служби лампи розжарювання обмежується не тільки тим часом, протягом якого
залишається цілою нитка розжарення, а й рівнем світлового потоку, випромінюваного лампою. Прийнято вважати, що експлуатація лампи залишається економічно обґрунтованою поки її світловий потік вище 80% від початкового. Тому, якщо в результаті зниження прозорості колби лампи, частіше всього через конденсацію на ній парів вольфраму, світло її стає тьмяним, а світловий потік падає більш, ніж на 20%, така лампа вважається непридатною до експлуатації і підлягає заміні.

Класичні лампи розжарювання загального призначення, залежно від форми колби, бувають
грушоподібними, грибоподібними, сферичними, Т-подібними і циліндричними. Колби ЛР
зсередини можуть мати світлорозсіюючі покриття білого кольору (опалові), або бути матовані (матові лампи). Дзеркальні лампи розжарювання мають, як правило, грибовидну форму і дзеркальний шар на тильній стороні колби, що дозволяє направляти майже весь
світловий потік ламп у фронтальну півсферу.