Лампа накаливания

ЛАМПА НАКАЛИВАНИЯ (от греческого λαμπάς - светоч, светильник), искусственный источник света с излучателем из тугоплавкой проволоки (обычно в виде нити или спирали), накаливаемой электрическим током. Изобретена А. Н. Лодыгиным в 1872 (патент - 1874); в качестве нити накала использовался угольный стержень, помещённый в стеклянный баллон (колбу), из которого за счёт сгорания части угля при пропускании тока удалялся кислород. В дальнейшем конструкция ламп накаливания постоянно совершенствовалась. В 1879-80 Т. А. Эдисон создал пригодную для промышленного изготовления конструкцию ламп накаливания с угольной нитью повышенной долговечности (около 40 ч), разработал для электроламп патрон и цоколь с винтовой нарезкой, а также применил откачку воздуха из баллона. В 1898-1908 в качестве тела накала испытывались металлы (Os, Та, W), а с 1909 стали применяться лампы накаливания с вольфрамовой нитью. Для снижения скорости испарения нити накала И. Ленгмюр предложил наполнять лампы накаливания инертным газом (1909). В 1912-13 появились первые лампы накаливания, наполненные азотом и инертными газами (Ar, Kr); вольфрамовую нить стали изготовлять в виде спирали. Заполнение ламп  накаливания инертными газами с добавками галогенов позволило уменьшить загрязнение колбы лампы частицами распылённого металла и существенно увеличить время жизни таких ламп. Использование тела накала в форме биспирали (спирали, навитой из спирали) сократило потери теплоты через газ.

Излучение ламп  накаливания обусловлено законами теплового излучения, в том числе законом Кирхгофа, связывающим испускательную и поглощательную способности реального излучателя с испускательной способностью абсолютно чёрного тела, и законом Планка, дающим спектральное распределение излучения. Для получения видимого излучения необходимо, чтобы температура достигала нескольких тысяч градусов. Чем меньше температура, тем меньше доля видимого света и тем более «красным» кажется излучение. Для получения максимально «белого» света необходимо повышать температуру нити накала, которая, в свою очередь, ограничена температурой плавления материала нити. В современных лампах накаливания применяются материалы с максимальными температурами плавления - W (3420 °С) и (реже) Оs (3027 °С). При практически достижимых температурах 2300-3300 °С лампы накаливания испускают свет, который кажется более «жёлто-красным», чем дневной свет. Для оценки качества света служит цветовая температура.

Конструктивно многочисленные разновидности ламп  накаливания состоят из однотипных частей, различающихся размерами и формой. Типовая лампа накаливания (рис.) представляет собой стеклянную колбу, в которой на стеклянном или металлическом штенгеле с помощью держателей из молибденовой проволоки закреплено тело накала (моно или биспираль из вольфрама). Концы спирали соединены с электрическими вводами, средняя часть которых с целью создания вакуумно-плотного соединения со стеклянной лопаткой выполняется из платинита или молибдена. Для крепления к патрону лампа снабжается цоколем, прикрепляемым к колбе специальной мастикой. Большинство современных ламп накаливания являются газонаполненными; наполнение - в основном смеси инертных газов (Ar, Kr, Хе и др.) с небольшим количеством N, иногда с добавками галогенов (обычно I или Br). Азот вводится с целью исключения возникновения газового разряда в лампе. Лампы малой мощности (до 25 Вт) из экономических соображений, как правило, выполняют вакуумными (остаточное давление воздуха 10-1 мПа).

Лампы  накаливания классифицируют: по областям применения (осветительные общего назначения - для внутреннего и наружного освещения; специального назначения - транспортные, метрологические, для сигнализации и индикации, для оптических систем, местного освещения и др.); по основной конструктивной форме и светотехническим свойствам колбы (прозрачные и матовые, с зеркальным куполом, шаровые, каплевидные, декоративные - в форме свечи, пламени и т.п., с рассеивающим покрытием и др.); по форме тела накала (лампы со сплошной моно или биспиралью - прямолинейной, дуговой, в виде зигзага; с телом накала, сформованным из отдельных секций или в виде плоской пластины, и др.). По габаритным размерам различают сверхминиатюрные, миниатюрные, малогабаритные, нормальные и крупногабаритные лампы накаливания (например, к сверхминиатюрным относятся лампы длиной менее 10 мм и диаметром менее 6 мм; у крупногабаритных ламп длина превышает 175 мм, а диаметр - 80 мм).

Лампы  накаливания изготовляются на напряжения от долей до сотен В, мощностью от долей Вт до десятков кВт. Срок службы (средняя продолжительность горения) колеблется от 5 ч (например, самолётные фарные лампы) до 2000 ч и более. Световая отдача зависит от конструкции, напряжения, мощности и продолжительности горения лампы и составляет 10-35 лм/Вт. По световой отдаче лампы накаливания уступают разрядным источникам света, однако они проще в эксплуатации (не требуют пусковых устройств и сложной арматуры) и практически не имеют ограничений по напряжению и мощности. Лампы  накаливания широко применяются в светильниках общего освещения, прожекторах, проекционных аппаратах, автомобильных и самолётных фарах, а также для кино-, фотосъёмочного и телевизионного освещения и др. С 1990-х годов лампы накаливания общего назначения постепенно вытесняются более экономичными (так называемыми энергосберегающими) компактными люминесцентными лампами со встроенным электронным пускорегулирующим аппаратом и резьбовым цоколем.

Смотри также Галогенная лампа, Зеркальная лампа.

Лит.: Гуторов М. М. Основы светотехники и источники света. 2-е изд. М., 1983; Справочная книга по светотехнике / Под редакцией Ю. Б. Айзенберга. 3-е изд. М., 2006.