1. Лампа розжарення. Її конструкція, принцип дії та основні правила їх маркування, а також області практичного використання.

Лампа розжарення це найбільш розповсюджене штучне джерело світла, в якому випромінювання випускається тілом розжарення (ТР) тобто тугоплавким металом – вольфрамом, яке нагрівається внаслідок протікання крізь нього електричного струму. В якості матеріалу для виготовлення ТР на даний час застосовують практично виключно вольфрам та суміш на його основі.

Конструкція

Загальний вигляд сучасної лампи розжарення подана на рис. 1.

Рис. 1. Конструкція сучасної лампи розжарення

1. Скляна колба

2. Порожнини колби (вакуумована чи наповнена інертним газом)

3. Нитка розжарення (тіло розжарення)

4. Контактний дріт (з’єднується з ніжкою) (з нікелю)

5. Контактний дріт (з’єднується з цоколем) (з нікелю)

6. Тримачі тіла розжарення

7. Скляна ніжка лампи (лопатка)

8. Вивід контакту на цоколь (запобіжник)

9. Корпус цоколя

10. Ізоляційний матеріал цоколя (скло)

11. Контактний дна цоколя

Проте конструкції ламп розжарення досить різноманітні і залежать від призначення конкретного виду ламп. Проте загальним для всіх ламп розжарення є наявність наступних елементів: тіла розжарення, колби, струмовиводів. В залежності від особливостей конкретного типу лампи можуть застосовуватись тримачі тіла розжарення різної конструкції. Лампи можуть виготовлятись без цоколів чи з цоколями різних типів, мати додаткову зовнішню колбу та інші додаткові конструктивні елементи.

Принцип дії

У лампі розжарення використовується ефект нагрівання провідника (нитки розжарення) при протіканні через нього електричного струму. Температура вольфрамової нитки розжарення різко зростає після включення струму. Нитка випромінює електромагнітне випромінювання відповідно до закону Планка. Функція Планка має максимум, положення якого на шкалі довжин хвиль залежить від температури. Цей максимум зміщується з підвищенням температури у бік менших довжин хвиль (відповідно до закону зсуву Віна). Для отримання видимого випромінювання необхідно, щоб температура була порядку декількох тисяч градусів, в ідеалі 5770 K (температура поверхні Сонця). Чим менше температура, тим менше частка видимого світла і тим більше «червоним» здається випромінювання. Частину споживаної електричної енергії лампа розжарення перетворить у випромінювання, частина йде в результаті процесів теплопровідності і конвекції. Тільки мала частка випромінювання лежить в області видимого світла, основна частка припадає на інфрачервоне випромінювання. Для підвищення ККД лампи і отримання максимально «білого» світла необхідно підвищувати температуру нитки розжарення, яка у свою чергу обмежена властивостями матеріалу нитки – температурою плавлення. Ідеальна температура в 5770 K недосяжна, оскільки при такій температурі будь-який матеріал плавиться, руйнується і перестає проводити електричний струм. У сучасних лампах розжарення застосовують матеріали з максимальними температурами плавлення — вольфрам (3410 °C) і, дуже рідко, осмій (3045 °C).

При практично досяжних температурах 2300–2900 °C випромінюється далеко не біле і не денне світло. З цієї причини лампи розжарення випускають світло, яке здається більш «жовто-червоним», ніж денне світло. Для характеристики якості світла використовується т.з. кольорова температура.

У звичайному повітрі при таких температурах вольфрам миттєво перетворився б на оксид. З цієї причини вольфрамова нитка захищена скляною колбою, з якої в процесі виготовлення ламп розжарення

відкачують атмосферні гази. Найбільш небезпечними для ламп розжарення є кисень та водневі пари, в атмосфері яких відбувається швидке окислення тіло розжарення. Перші лампочки робилися з вакуумованими колбами. На даний час, вакуумні колби використовують тільки для ламп малої потужності (ЛЗП – до 25 Вт). Проте у вакуумі при високих температурах вольфрам швидко випаровується, роблячи нитку тоншою і затемнюючи скляну колбу при осадженні на ній. Пізніше колбу стали заповнювати хімічно нейтральними газами (зазвичай аргоном; азотом, криптоном тощо). Підвищений тиск в колбі газонаповнених ламп різко зменшує швидкість руйнування тіла розжарення внаслідок розпилення. Колби таких ламп не так швидко покриваються темним нальотом розпиленого матеріалу тіла розжарення, а температуру останнього можна збільшити по відношенню до вакуумних ламп розжарення. Це в свою чергу дозволяє підвищити ККД до того ж ще й змінити спектр випромінювання.