Коэффициент теплопроводности газов при температуре 400 к и давлении 1 атм

Газ	Аргон	Азот	Криптон	Ксенон	Водород
λ , Вт/(м·К)	0,0222	0,0324	0,0124	0,0074	0,226

Недостатком аргона является сравнительно высокая теплопроводность. В качестве иллюстрации этой особенности в табл. 3.2 представлены значения коэффициента теплопроводности основных газов, которые могут использоваться в качестве наполнителя лампы накаливания, а также коэффициент теплопроводности водорода как наиболее теплопроводящего газа.

Типичное распределение тепловых потерь показано в табл. 3.3 на примере двух вариантов ламп накаливания широкого применения.

Таблица 3.3

Энергетический баланс лампы накаливания

Вид энергии	Тип лампы
	Вакуумная, P = 25 Вт	Газонаполненная, P =200 Вт
Видимое излучение	8,7 %	10,2 %
Невидимое излучение	85,3 %	67,2 %
Теплопроводность газа	–	13,7 %
Поглощение излучения колбой	4,5 %	7,2 %
Теплопроводность держателей и выводов	1,5 %	1,7 %

Типичные значения рабочих параметров некоторых ламп отечественного производства представлены в табл. 3.4.

Таблица 3.4

Основные параметры некоторых ламп накаливания

Тип лампы	P, Вт	Ф, лм	η, лм/Вт	τ, ч
В 215 – 225 – 15	15	105	7,0	1000
Б 215 – 225 – 60	60	715	11,9	1000
БК 215 – 225 – 60	60	790	13,2	1000
Б 215 – 225 – 100	100	1350	13,5	1000
БК 215 – 225 – 100	100	1450	14,5	1000
Г 215 – 225 – 1000	1000	18600	18,6	1000
ПЖ 50 – 250 (50 В)	250	3570	16,8	1000
ПЖ 110 – 2000 (110 В)	2000	46000	23	90

В таблице принята следующая система обозначений: первая буква означает: В – вакуумная, Г – газонаполненная аргоном с моноспиралью, Б – биспиральная, БК – биспиральная с криптоновым наполнением, ПЖ – прожекторная. Вторым элементом обозначения является номинальное напряжение питания, которое иногда указывается в виде диапазона допустимых значений: 215 – 225 (в среднем 220 В). Последний элемент – цифра, указывающая потребляемую мощность в ваттах.

3.3. Лампы с йодным циклом (галогенные лампы)

Как уже отмечалось, в процессе эксплуатации ламп происходит непрерывное испарение вольфрама, который затем оседает на холодных деталях (в основном на стенках стеклянного баллона). В результате постепенно уменьшается диаметр вольфрамовой проволоки, из-за чего при сохранении питающего напряжения увеличивается сопротивление нити и, как следствие, падает выделяемая мощность, а следовательно, и температура нити. В результате процесса рекристаллизации и уменьшения диаметра увеличивается вероятность перегорания нити, а кроме того, на стенках баллона формируется пленка вольфрама, уменьшающая прозрачность стекла.

Для уменьшения процесса рекристаллизации в вольфрам добавляют различные присадки. Снизить отрицательные последствия испарения вольфрама удается, если в объем лампы ввести пары галогенов, чаще всего йода, который создает условия для обратного переноса вольфрама со стенок баллона на вольфрамовую спираль. Йод при небольших температурах (несколько больших 250 ⁰С) образует с вольфрамом легколетучее соединение WJ₂, которое при высоких температурах (более 1250 ⁰С) распадается на йод и чистый вольфрам. Оптимальными оказываются условия, когда внутренняя сторона баллона составляет 500…700 ⁰С, а температура вольфрамовой спирали порядка 2500 ⁰С. В таком режиме происходит непрерывное очищение баллона от вольфрама и осаждение вольфрама на проволоке. Оптимальное количество йода составляет примерно 0,1 мг/см³. При большем количестве начинает сказываться поглощение излучения в видимой части спектра йодом. Йод вводится путем возгонки в вакууме из кристаллического состояния. Обязательным считается присутствие в лампе аргона с давлением 600 мм рт.ст. при нормальной температуре. В рабочем режиме работы давление аргона повышается до 2,5…4 атм. (в обычных лампах примерно 1,3 атм.). Наличие аргона предотвращает возникновение газового разряда в атмосфере йода и обеспечивает более однородное осаждение вольфрама без образования иглообразных структур на поверхности нити.

Параметры лампы и срок службы существенно повышаются при замене аргона криптоном либо ксеноном. Для обеспечения высокой температуры баллона расстояние до вольфрамовой нити должно быть небольшим, поэтому такие лампы имеют трубчатую конструкцию. В случае если длина трубки много больше диаметра, рабочее положение для обеспечения равномерной температуры должно быть горизонтальным. Рабочее положение коротких ламп может быть любым. Оболочка йодных ламп выполняется из кварцевого стекла, поэтому такие лампы обладают высокой механической прочностью и термостойкостью. Из-за высокой температуры должны соблюдаться меры, предупреждающие ожоги. Должны соблюдаться меры по поддержанию чистоты поверхности, так как наличие загрязнений (особенно жировых), которые при нагреве обугливаются, образует на поверхности трудноудаляемые пятна.

Помимо йода, в современных галоидных лампах может применяться фтор. В отличие от йода фтор образует легколетучие соединения с вольфрамом при гораздо более низкой температуре, поэтому интенсивней очищает поверхность баллона от вольфрама. Более равномерным получается осаждение вольфрама, который преимущественно конденсируется на наиболее горячих точках, снижая таким образом неравномерность сопротивления различных участков нити.

Для иллюстрации в табл. 3.5. представлены данные о светоотдаче ламп накаливания различного исполнения.

Таблица 3.5

Светоотдача ламп накаливания различного исполнения

Тип лампы	Светоотдача, лм /Вт
Лампа с угольной нитью	3
Вакуумная с вольфрамовой нитью	9
Лампа со спиральной нитью в аргоне	11
Лампа с биспиральной нитью в аргоне	12,5
То же с криптоновым наполнением	14
Галоидная лампа мощностью 100 Вт	20