Лампочка накаливания , лампа накаливания или глобус накаливания — это электрический свет с нитью накаливания, которая нагревается до тех пор, пока не начнет светиться . Нить накаливания заключена в стеклянную колбу, которая либо откачана , либо заполнена инертным газом для защиты нити накаливания от окисления . Электрический ток подается на нить накаливания через клеммы или провода, встроенные в стекло. Патрон лампы обеспечивает механическую поддержку и электрические соединения.
Лампы накаливания производятся в широком диапазоне размеров, светового потока и номинальных напряжений от 1,5 вольт до примерно 300 вольт. Они не требуют внешнего регулирующего оборудования , имеют низкие производственные затраты и одинаково хорошо работают как на переменном, так и на постоянном токе . В результате лампы накаливания стали широко использоваться в бытовом и коммерческом освещении, для переносного освещения, такого как настольные лампы, автомобильные фары и фонарики , а также для декоративного и рекламного освещения.
Лампы накаливания намного менее эффективны, чем другие типы электрического освещения. Менее 5% потребляемой ими энергии преобразуется в видимый свет; остальная часть теряется в виде тепла. [1] [2] Световая эффективность типичной лампы накаливания при напряжении 120 В составляет 16 люменов на ватт (лм/Вт) по сравнению с 60 лм/Вт для компактной люминесцентной лампы или 100 лм/Вт для типичных белых светодиодных ламп . [3]
Тепло, вырабатываемое нитями накаливания, используется в некоторых приложениях, таких как нагревательные лампы в инкубаторах , лавовые лампы , лампочки с эффектом Эдисона и игрушка Easy-Bake Oven . Галогенные инфракрасные обогреватели с кварцевой оболочкой используются в промышленных процессах, таких как отверждение краски и обогрев помещений.
Лампы накаливания обычно имеют короткий срок службы по сравнению с другими типами освещения; около 1000 часов для домашних лампочек против типичных 10 000 часов для компактных люминесцентных ламп и 20 000–30 000 часов для светодиодов освещения. Большинство ламп накаливания можно заменить люминесцентными лампами , газоразрядными лампами высокой интенсивности и светодиодными лампами (LED). Некоторые правительства начали поэтапный отказ от ламп накаливания, чтобы сократить потребление энергии.
Историки Роберт Фридель и Пол Израэль перечисляют изобретателей ламп накаливания до Джозефа Свона и Томаса Эдисона из General Electric . [4] : 91–93 Они приходят к выводу, что версия Эдисона была первой практической реализацией, способной превзойти другие из-за сочетания четырех факторов: эффективного материала для накаливания ; более высокого вакуума , чем в других реализациях, который был достигнут за счет использования насоса Шпренгеля ; высокого сопротивления , которое сделало распределение энергии из централизованного источника экономически выгодным, и разработки связанных компонентов, необходимых для крупномасштабной системы освещения.
Историк Томас Хьюз приписал успех Эдисона разработке им целостной интегрированной системы электрического освещения.
Лампа была небольшим компонентом в его системе электрического освещения и не более важным для ее эффективного функционирования, чем генератор Эдисона Jumbo , главный и питающий элементы Эдисона и система параллельного распределения. Другие изобретатели с генераторами и лампами накаливания, и с сопоставимой изобретательностью и совершенством, давно забыты, потому что их создатели не руководили их внедрением в систему освещения .
— Томас П. Хьюз, в книге «Технологии в поворотной точке» , под редакцией У. Б. Пикетта [5] [6]
В 1761 году Эбенезер Киннерсли продемонстрировал нагревание проволоки до каления . [8] Однако такие проволоки имели тенденцию очень быстро плавиться или окисляться (гореть) в присутствии воздуха. [9] Освещение рампы стало популярной формой сценического освещения в начале 19 века, когда кусок оксида кальция нагревался до каления с помощью кислородно-водородной горелки . [10]
В 1802 году Хэмфри Дэви использовал то, что он описал как « батарею огромного размера», [11] состоящую из 2000 ячеек, размещенных в подвале Королевского института Великобритании, [12] для создания лампы накаливания путем пропускания тока через тонкую полоску платины , выбранную потому, что этот металл имел чрезвычайно высокую температуру плавления . Она была недостаточно яркой и не длилась достаточно долго, чтобы быть практичной, но она стала прецедентом для усилий десятков экспериментаторов в течение следующих 75 лет. [13] Дэви также продемонстрировал электрическую дугу , пропуская сильный ток между двумя кусками древесного угля.
В течение следующих 40 лет было проведено много исследований, чтобы превратить угольную дуговую лампу в практическое средство освещения. [9] Сама угольная дуга была тусклой и фиолетового цвета, излучая большую часть своей энергии в ультрафиолете, но положительный электрод был нагрет до температуры чуть ниже точки плавления углерода и светился очень ярко с накалом, очень близким к солнечному свету. [14] Дуговые лампы очень быстро сжигали свои угольные стержни, выбрасывали опасный угарный газ и имели тенденцию выдавать выходную мощность в десятки киловатт. Поэтому они были пригодны только для освещения больших площадей, поэтому исследователи продолжали искать способ сделать лампы пригодными для домашнего использования. [9]
В течение первых трех четвертей XIX века многие экспериментаторы работали с различными комбинациями платиновых или иридиевых проводов, угольных стержней и вакуумированных или полувакуумированных корпусов. Многие из этих устройств были продемонстрированы, а некоторые запатентованы. [15]
В 1835 году Джеймс Боумен Линдсей продемонстрировал постоянный электрический свет на публичном собрании в Данди, Шотландия . Он заявил, что может «читать книгу на расстоянии полутора футов». Однако он не стал развивать электрический свет дальше. [16]
В 1838 году бельгийский литограф Марселен Жобар изобрел лампу накаливания с вакуумной атмосферой, использующую угольную нить. [17]
В 1840 году британский ученый Уоррен Де ла Рю поместил спиральную платиновую нить в вакуумную трубку и пропустил через нее электрический ток. Конструкция была основана на концепции, что высокая температура плавления платины позволит ей работать при высоких температурах, а вакуумированная камера будет содержать меньше молекул газа для реакции с платиной, что увеличит ее долговечность. Хотя конструкция была работоспособной, стоимость платины сделала ее непрактичной для коммерческого использования.
В 1841 году Фредерик де Молейнс из Англии получил первый патент на лампу накаливания, в конструкции которой использовались платиновые провода, помещенные в вакуумную колбу. Он также использовал углерод. [18] [19]
В 1845 году американец Джон В. Старр запатентовал лампу накаливания, в которой использовались углеродные нити. [20] [21] Его изобретение никогда не производилось в коммерческих целях. [22]
В 1851 году Жан Эжен Робер-Уден публично продемонстрировал лампы накаливания в своем поместье в Блуа, Франция. Его лампочки выставлены в музее замка Блуа . [a]
В 1859 году Мозес Г. Фармер построил электрическую лампочку накаливания, используя платиновую нить накаливания. [23] Позже Томас Эдисон увидел одну из таких лампочек в магазине в Бостоне и попросил у Фармера совета по поводу бизнеса в сфере электрического освещения.
В 1872 году русский Александр Лодыгин изобрел лампу накаливания и получил российский патент в 1874 году. Он использовал в качестве горелки два угольных стержня уменьшенного сечения в стеклянном приемнике, герметично запаянных и заполненных азотом, электрически расположенных так, чтобы ток мог передаваться второму углероду, когда первый сгорал. [24] Позже он жил в США, изменил свое имя на Александр де Лодыгин и подал заявку и получил патенты на лампы накаливания с хромовыми , иридиевыми , родиевыми , рутениевыми , осмиевыми , молибденовыми и вольфрамовыми нитями. [25 ]
24 июля 1874 года Генри Вудворд и Мэтью Эванс подали канадский патент на лампу, состоящую из угольных стержней, установленных в заполненном азотом стеклянном цилиндре. Им не удалось коммерциализировать свою лампу, и они продали права на свой патент ( патент США 181,613 ) Томасу Эдисону в 1879 году. (Эдисону нужно было право собственности на новое изобретение — лампы, соединенные в параллельную цепь). [26] [27] Правительство Канады утверждает, что именно Вудворд и Эванс изобрели лампочку. [28]
4 марта 1880 года, всего через пять месяцев после лампочки Эдисона, Алессандро Круто создал свою первую лампу накаливания. Круто изготовил нить накаливания путем осаждения графита на тонкие платиновые нити, нагревая ее электрическим током в присутствии газообразного этилового спирта . Нагревание этой платины при высоких температурах оставляет тонкие нити платины, покрытые чистым графитом. К сентябрю 1881 года он добился успешного варианта этой первой синтетической нити. Лампочка, изобретенная Круто, работала пятьсот часов по сравнению с сорока часами оригинальной версии Эдисона. В 1882 году на Мюнхенской электрической выставке в Баварии, Германия, лампа Круто была более эффективной, чем лампа Эдисона, и давала лучший, белый свет. [29]
В 1893 году Генрих Гёбель заявил, что спроектировал первую лампу накаливания в 1854 году с тонкой карбонизированной бамбуковой нитью высокого сопротивления, платиновыми подводящими проводами в цельностеклянной колбе и высоким вакуумом. Судьи четырех судов выразили сомнения относительно предполагаемого предвосхищения Гёбеля , но окончательное решение так и не было вынесено из-за истечения срока действия патента Эдисона. В исследовательской работе, опубликованной в 2007 году, сделан вывод о том, что история ламп Гёбеля в 1850-х годах является вымышленной. [30]
Джозеф Свон (1828–1914) был британским физиком и химиком. В 1850 году он начал работать с нитями из карбонизированной бумаги в откачанной стеклянной колбе. К 1860 году он смог продемонстрировать работающее устройство, но отсутствие хорошего вакуума и достаточного количества электроэнергии привело к короткому сроку службы колбы и неэффективному источнику света. К середине 1870-х годов стали доступны более совершенные насосы, и Свон вернулся к своим экспериментам. [31]
С помощью Чарльза Стерна, эксперта по вакуумным насосам, в 1878 году Свон разработал метод обработки, который избегал раннего почернения колбы. Он получил британский патент в 1880 году. [32] 18 декабря 1878 года лампа, использующая тонкий угольный стержень, была показана на собрании Ньюкаслского химического общества, и Свон провел рабочую демонстрацию на их собрании 17 января 1879 года. Она также была показана 700 людям, присутствовавшим на собрании Литературно-философского общества Ньюкасла-апон-Тайн 3 февраля 1879 года. [33] Эти лампы использовали угольный стержень от дуговой лампы, а не тонкую нить накаливания. Таким образом, они имели низкое сопротивление и требовали очень больших проводников для подачи необходимого тока, поэтому они не были коммерчески практичны, хотя они и продемонстрировали возможности освещения лампами накаливания с относительно высоким вакуумом, угольным проводником и платиновыми подводящими проводами. Эта лампочка проработала около 40 часов. [33]
Затем Свон обратил свое внимание на производство лучшей углеродной нити и средств крепления ее концов. Он разработал метод обработки хлопка для получения «пергаментированной нити» в начале 1880-х годов и получил британский патент 4933 в том же году. [32] С этого года он начал устанавливать лампочки в домах и достопримечательностях Англии. Его дом, Андерхилл, Лоу Фелл, Гейтсхед , был первым в мире, освещенным лампочкой. В начале 1880-х годов он основал свою компанию. [34] В 1881 году театр Савой в Вестминстере , Лондон, был освещен лампочками накаливания Свона, это был первый театр и первое общественное здание в мире, полностью освещенное электричеством. [35] Первой улицей в мире, освещенной лампочкой накаливания, была Мосли-стрит, Ньюкасл-апон-Тайн , Соединенное Королевство . Он был освещен лампой накаливания Джозефа Свона 3 февраля 1879 года. [36] [37]
Томас Эдисон начал серьезные исследования по разработке практичной лампы накаливания в 1878 году. Эдисон подал свою первую патентную заявку на «Усовершенствование электрического освещения» 14 октября 1878 года. [38] После многочисленных экспериментов, сначала с углеродом в начале 1880-х годов, а затем с платиной и другими металлами, в конце концов Эдисон вернулся к углеродной нити. [39] Первое успешное испытание состоялось 22 октября 1879 года, [40] [41] и длилось 13,5 часов. Эдисон продолжал совершенствовать эту конструкцию и 4 ноября 1879 года подал заявку на патент США на электрическую лампу, использующую «углеродную нить или полосу, скрученную и соединенную ... с платиновыми контактными проводами». [42] Хотя в патенте описывалось несколько способов создания углеродной нити, включая использование «хлопчатобумажной и льняной нити, деревянных щепок, бумаги, скрученной различными способами», [42] Эдисон и его команда позже обнаружили, что карбонизированная бамбуковая нить может служить более 1200 часов. [43] В 1880 году пароход Columbia компании Oregon Railroad and Navigation Company стал первым судном, на котором применялись лампы накаливания Эдисона (это было также первое судно, на котором использовалась динамо-машина ). [44] [45] [46]
Элбон Мэн, юрист из Нью-Йорка, основал Electro-Dynamic Light Company в 1878 году, чтобы использовать свои патенты и патенты Уильяма Сойера . [47] [48] Спустя несколько недель была организована United States Electric Lighting Company. [47] [48] [49] Эта компания не производила свою первую коммерческую установку ламп накаливания до осени 1880 года в Mercantile Safe Deposit Company в Нью-Йорке, примерно через шесть месяцев после того, как лампы накаливания Эдисона были установлены на Columbia . Хирам С. Максим был главным инженером в US Electric Lighting Co. [50] После большого успеха в Соединенных Штатах, лампа накаливания, запатентованная Эдисоном, также начала приобретать широкую популярность и в Европе ; среди прочего, первые лампочки Эдисона в странах Северной Европы были установлены в ткацком цехе текстильной фабрики Finlayson в Тампере , Финляндия, в марте 1882 года. [51]
Льюис Латимер , нанятый в то время Эдисоном, разработал усовершенствованный метод термообработки углеродных нитей, который уменьшил ломкость и позволил формовать их в новые формы, такие как характерная форма «М» нитей Максима. 17 января 1882 года Латимер получил патент на «Процесс производства углерода», усовершенствованный метод производства нитей накаливания лампочек, который был куплен компанией United States Electric Light Company. [52] Латимер запатентовал другие усовершенствования, такие как лучший способ крепления нитей накаливания к их проволочным опорам. [53]
В Великобритании компании Эдисона и Свона объединились в Edison and Swan United Electric Company (позже известную как Ediswan, и в конечном итоге включенную в Thorn Lighting Ltd ). Эдисон изначально был против этого объединения, но в конечном итоге Эдисон был вынужден сотрудничать, и слияние состоялось. В конце концов, Эдисон приобрел все доли Свона в компании. Свон продал свои патентные права в США компании Brush Electric Company в июне 1882 года.
Патентное ведомство США вынесло решение 8 октября 1883 года, что патенты Эдисона были основаны на предшествующем искусстве Уильяма Сойера и были недействительны. Судебные тяжбы продолжались в течение нескольких лет. В конце концов, 6 октября 1889 года судья постановил, что иск Эдисона об улучшении электрического освещения для «нити углерода с высоким сопротивлением» был действительным. [54]
Главной трудностью при откачке ламп была влага внутри колбы, которая расщеплялась , когда лампа зажигалась, в результате чего кислород атаковал нить накаливания. [55] В 1880-х годах фосфорный ангидрид использовался в сочетании с дорогими ртутными вакуумными насосами . [56] Однако около 1893 года итальянский изобретатель Артуро Малиньяни (1865–1939), у которого не было этих насосов, обнаружил, что пары фосфора выполняют работу по химическому связыванию оставшихся количеств воды и кислорода. [55] [56] В 1896 году он запатентовал процесс введения красного фосфора в качестве так называемого геттера внутрь колбы [55] ), что позволило получить экономичные лампочки, работающие 800 часов; его патент был приобретен Эдисоном в 1898 году. [31]
В 1897 году немецкий физик и химик Вальтер Нернст разработал лампу Нернста — разновидность лампы накаливания, в которой использовался керамический глобар и которая не требовала помещения в вакуум или инертный газ. [57] [58] Будучи в два раза эффективнее ламп с угольной нитью, лампы Нернста недолгое время пользовались популярностью, пока их не вытеснили лампы с металлической нитью.
US575002Патент от 01.12.1897 Александру Лодыгину (Лодыгин, Россия) описывает нить накаливания из редких металлов, среди которых был вольфрам. Лодыгин изобрел процесс, в котором редкие металлы, такие как вольфрам, можно химически обрабатывать и нагревать на электрически нагретой нитевидной проволоке (платина, углерод, золото), действующей как временная основа или скелетная форма. (Патент США 575,002). Позже Лодыгин продал права на патент GE. В 1902 году Siemens разработала нить накаливания для танталовой лампы, которая была более эффективна, чем даже графитированные углеродные нити, поскольку они могли работать при более высокой температуре. Поскольку металлический тантал имеет более низкое удельное сопротивление, чем углерод, нить накаливания для танталовой лампы была довольно длинной и требовала нескольких внутренних опор. Металлическая нить накаливания постепенно укорачивается в процессе использования; нити накаливания устанавливались с большими провисающими петлями. Лампы, используемые в течение нескольких сотен часов, становились довольно хрупкими. [59] Металлические нити накаливания имели свойство ломаться и повторно свариваться, хотя это обычно снижало сопротивление и сокращало срок службы нити накаливания. General Electric купила права на использование танталовых нитей накаливания и производила их в США до 1913 года. [60]
С 1898 по 1905 год осмий также использовался в качестве нити накаливания в лампах, изготовленных Карлом Ауэром фон Вельсбахом . Металл был настолько дорогим, что использованные лампы можно было вернуть за частичный кредит. [61] Его нельзя было изготовить для 110 В или 220 В, поэтому несколько ламп были соединены последовательно для использования в цепях стандартного напряжения. Они в основном продавались в Европе.
13 декабря 1904 года венгр Шандор Юст и хорват Франьо Ханаман получили венгерский патент (№ 34541) на лампу с вольфрамовой нитью, которая работала дольше и давала более яркий свет, чем угольная нить. [31] Лампы с вольфрамовой нитью были впервые выпущены на рынок венгерской компанией Tungsram в 1904 году. Этот тип часто называют лампами Tungsram во многих европейских странах. [62] Заполнение лампы инертным газом, таким как аргон или азот, замедляет испарение вольфрамовой нити по сравнению с ее работой в вакууме. Это позволяет использовать более высокие температуры и, следовательно, большую эффективность при меньшем сокращении срока службы нити. [63]
В 1906 году Уильям Д. Кулидж разработал метод изготовления «пластичного вольфрама» из спеченного вольфрама , который можно было использовать в качестве нитей накаливания, работая в компании General Electric . [64] К 1911 году компания General Electric начала продавать лампы накаливания с пластичной вольфрамовой проволокой. [65]
В 1913 году Ирвинг Ленгмюр обнаружил, что заполнение лампы инертным газом вместо вакуума приводит к увеличению световой отдачи вдвое и уменьшению почернения колбы. [ необходима цитата ]
В 1917 году Берни Ли Бенбоу получил патент на спиральную нить , в которой спиральная нить затем сама оборачивается в спираль с помощью оправки . [66] [67] В 1921 году Дзюнъити Миура создал первую двухспиральную лампочку, используя спиральную вольфрамовую нить, работая на Hakunetsusha (предшественника Toshiba ). В то время оборудования для массового производства спиральных нитей не существовало. Hakunetsusha разработала метод массового производства спиральных нитей к 1936 году. [68]
В период с 1924 года до начала Второй мировой войны картель «Фебус» пытался установить цены и квоты продаж для производителей лампочек за пределами Северной Америки. [69]
В 1925 году американский химик Марвин Пипкин запатентовал процесс матирования внутренней поверхности лампочек без их ослабления. [70] В 1947 году он запатентовал процесс покрытия внутренней поверхности ламп кремнием . [71]
В 1930 году венгр Имре Броди наполнил лампы криптоном вместо аргона и разработал процесс получения криптона из воздуха. Производство ламп, заполненных криптоном, на основе его изобретения началось в Айке в 1937 году на фабрике, совместно спроектированной Полани и венгерским физиком Эгоном Орованом . [72]
К 1964 году повышение эффективности и производства ламп накаливания снизило стоимость обеспечения заданного количества света в тридцать раз по сравнению со стоимостью на момент внедрения системы освещения Эдисона. [73]
Потребление ламп накаливания в США быстро росло. В 1885 году было продано около 300 000 ламп общего освещения, все с угольными нитями. Когда были введены в обращение вольфрамовые нити, в США существовало около 50 миллионов патронов для ламп. В 1914 году использовалось 88,5 миллионов ламп (только 15% с угольными нитями), а к 1945 году годовые продажи ламп составили 795 миллионов (более 5 ламп на человека в год). [74]
Менее 5% мощности, потребляемой типичной лампой накаливания, преобразуется в видимый свет, а большая часть остальной энергии излучается в виде невидимого инфракрасного излучения. [1] [75] Лампочки оцениваются по их световой эффективности , которая представляет собой отношение количества излучаемого видимого света ( светового потока ) к потребляемой электрической мощности. [76] Световая эффективность измеряется в люменах на ватт (лм/Вт).
Световая эффективность источника определяется как отношение его световой эффективности к максимально возможной световой эффективности, которая составляет 683 лм/Вт. [77] [78] Идеальный источник белого света может производить около 250 люмен на ватт, что соответствует световой эффективности 37%. [79]
Для данного количества света, лампа накаливания потребляет больше энергии и выделяет больше тепла, чем большинство других типов электрического освещения. В зданиях, где используется кондиционирование воздуха , тепловая мощность ламп накаливания увеличивает нагрузку на систему кондиционирования воздуха. [80] Хотя тепло от ламп уменьшит необходимость в работе системы отопления здания, последняя обычно может производить то же количество тепла при меньших затратах, чем лампы накаливания.
В таблице ниже приведены световая эффективность и экономичность для нескольких типов ламп накаливания. Более длинная таблица световой эффективности сравнивает более широкий спектр источников света.
Спектр света, создаваемый лампой накаливания, очень близок к спектру черного тела-излучателя при той же температуре. [82] Основой источников света, используемых в качестве стандарта для восприятия цвета, является вольфрамовая лампа накаливания, работающая при определенной температуре. [83]
Источники света, такие как люминесцентные лампы, высокоинтенсивные разрядные лампы и светодиодные лампы, имеют более высокую световую эффективность. Эти устройства производят свет путем люминесценции . Их свет имеет полосы характерных длин волн без «хвоста» невидимого инфракрасного излучения вместо непрерывного спектра, создаваемого тепловым источником. Тщательным выбором флуоресцентных фосфорных покрытий или фильтров, которые изменяют спектральное распределение, излучаемый спектр можно настроить так, чтобы имитировать внешний вид источников накаливания или другие различные цветовые температуры белого света. При использовании для задач, чувствительных к цвету, таких как освещение кинофильмов, эти источники могут потребовать особых методов для копирования внешнего вида освещения лампами накаливания. [84] Метамерия описывает влияние различных распределений светового спектра на восприятие цвета.
Первоначальная стоимость лампы накаливания невелика по сравнению со стоимостью энергии, которую она использует в течение срока службы. Лампы накаливания имеют более короткий срок службы, чем большинство других источников освещения, что является важным фактором, если замена неудобна или дорога. Некоторые типы ламп, включая лампы накаливания и люминесцентные, излучают меньше света по мере старения; это может быть неудобством или может сократить эффективный срок службы из-за замены лампы до полного выхода из строя. Сравнение эксплуатационных расходов ламп накаливания с другими источниками света должно включать требования к освещению, стоимость лампы и стоимость труда по замене ламп (с учетом эффективного срока службы лампы), стоимость используемой электроэнергии, влияние работы лампы на системы отопления и кондиционирования воздуха. При использовании для освещения в домах и коммерческих зданиях энергия, теряемая на тепло, может значительно увеличить энергию, требуемую системой кондиционирования воздуха здания . В отопительный сезон тепло, вырабатываемое лампами, не тратится впустую, [85] хотя в большинстве случаев более экономически выгодно получать тепло из системы отопления. Независимо от этого, в течение года более эффективная система освещения экономит энергию практически во всех климатических условиях. [86]
Поскольку лампы накаливания потребляют больше энергии, чем альтернативы, такие как люминесцентные лампы и светодиодные лампы , многие правительства ввели меры по запрету их использования, установив минимальные стандарты эффективности выше, чем те, которые могут быть достигнуты лампами накаливания. Меры по запрету лампочек были реализованы в Европейском союзе, США, России, Бразилии, Аргентине, Канаде и Австралии, среди прочих. Европейская комиссия подсчитала, что запрет вносит от 5 до 10 миллиардов евро в экономику и экономит 40 ТВт-ч электроэнергии каждый год, что означает сокращение выбросов CO2 на 15 миллионов тонн. [87] [88]
Возражения против запрета на использование ламп накаливания включают более высокую первоначальную стоимость альтернатив и более низкое качество света люминесцентных ламп. [89] Некоторые люди обеспокоены влиянием люминесцентных ламп на здоровье . [90]
Были проведены некоторые исследования для повышения эффективности коммерческих ламп накаливания. В 2007 году компания General Electric объявила о проекте высокоэффективной лампы накаливания (HEI), которая, по их утверждениям, в конечном итоге будет в четыре раза эффективнее нынешних ламп накаливания, хотя изначально их производственной целью было достижение примерно вдвое большей эффективности. [91] [92] Программа HEI была прекращена в 2008 году из-за медленного прогресса. [93] [94] Исследования Министерства энергетики США в Sandia National Laboratories первоначально указали на потенциал для значительного повышения эффективности с помощью нити накаливания фотонной решетки . [91] Однако более поздние работы показали, что изначально многообещающие результаты были ошибочными. [95]
Под влиянием законодательства в разных странах, требующего повышения эффективности ламп, компания Philips представила гибридные лампы накаливания . Лампы накаливания Halogena Energy Saver могут производить около 23 лм/Вт; примерно на 30 процентов эффективнее традиционных ламп накаливания, используя отражающую капсулу для отражения ранее потерянного инфракрасного излучения обратно в нить накаливания, из которой часть повторно излучается в виде видимого света. [89] Эта концепция была впервые предложена компанией Duro-Test в 1980 году с коммерческим продуктом, который производил 29,8 лм/Вт. [96] [97] Более совершенные отражатели на основе интерференционных фильтров или фотонных кристаллов теоретически могут обеспечить более высокую эффективность, вплоть до предела около 270 лм/Вт (40% от максимально возможной эффективности). [98] Лабораторные эксперименты по проверке концепции дали до 45 лм/Вт, что приближается к эффективности компактных люминесцентных ламп. [98] [99]
Лампы накаливания состоят из герметичного стеклянного корпуса (колбы или баллона) с нитью из вольфрамовой проволоки внутри колбы, через которую проходит электрический ток . Контактные провода и основание с двумя (или более) проводниками обеспечивают электрическое соединение с нитью. Лампы накаливания обычно содержат стержень или стеклянное крепление, прикрепленное к основанию лампы, что позволяет электрическим контактам проходить через оболочку без утечек воздуха или газа. Небольшие провода, встроенные в стержень, в свою очередь поддерживают нить накаливания и ее выводные провода.
Электрический ток нагревает нить накаливания обычно до 2000–3300 К (1730–3030 °C; 3140–5480 °F), что значительно ниже температуры плавления вольфрама 3695 К (3422 °C; 6191 °F). Температура нити накаливания зависит от типа нити, ее формы, размера и величины потребляемого тока. Нагретая нить накаливания излучает свет, который приближается к непрерывному спектру . Полезная часть излучаемой энергии — это видимый свет , но большая часть энергии выделяется в виде тепла в ближнем инфракрасном диапазоне длин волн.
Большинство лампочек имеют либо прозрачное, либо покрытое стекло. В покрытые стеклянные лампы вдувается каолиновая глина и электростатически наносится на внутреннюю часть лампы. Порошковый слой рассеивает свет от нити накаливания. Пигменты могут быть добавлены в глину, чтобы отрегулировать цвет излучаемого света. Каолиновые рассеивающие лампы широко используются в освещении помещений из-за их сравнительно мягкого света. Также производятся другие виды цветных лампочек, включая различные цвета, используемые для «лампочек для вечеринок», рождественских елочных огней и другого декоративного освещения. Они создаются путем окрашивания стекла легирующей примесью ; которая часто является металлом, таким как кобальт (синий) или хром (зеленый). [100] Стекло, содержащее неодим, иногда используется для обеспечения более естественного вида света.
Стеклянная колба лампы общего назначения может достигать температуры от 200 до 260 °C (от 392 до 500 °F). Лампы, предназначенные для работы на высокой мощности или используемые для обогрева, будут иметь колбы из твердого стекла или плавленого кварца . [73]
Если оболочка лампочки дает течь, горячая вольфрамовая нить вступает в реакцию с воздухом, образуя аэрозоль из коричневого нитрида вольфрама , коричневого диоксида вольфрама , фиолетово-синего пентоксида вольфрама и желтого триоксида вольфрама , которые затем оседают на близлежащих поверхностях или внутри лампочки.
Большинство современных лампочек заполнены инертным газом , чтобы уменьшить испарение нити накаливания и предотвратить ее окисление . Газ находится под давлением около 70 кПа (0,7 атм). [101]
Газ уменьшает испарение нити накала, но наполнитель должен быть выбран тщательно, чтобы избежать внесения значительных потерь тепла. Для этих свойств желательны химическая инертность и высокий атомный или молекулярный вес . Присутствие молекул газа отбрасывает освобожденные атомы вольфрама обратно в нить накала, [ требуется ссылка ] уменьшая ее испарение и позволяя ей работать при более высокой температуре без сокращения срока службы (или, для работы при той же температуре, продлевает срок службы нити накала). С другой стороны, присутствие газа приводит к потере тепла из нити накала — и, следовательно, потере эффективности из-за снижения накала — за счет теплопроводности и тепловой конвекции .
В ранних лампах для защиты нити накаливания от кислорода использовался только вакуум. Вакуум увеличивает испарение нити накаливания, но устраняет два способа потери тепла. Некоторые небольшие современные лампы также используют вакуум.
Наиболее часто используемые заливки: [102]
Газовое наполнение не должно содержать следов воды, которая значительно ускоряет почернение колбы (см. ниже).
Газовый слой вблизи нити накаливания (называемый слоем Ленгмюра) является неподвижным, и передача тепла происходит только за счет теплопроводности. Только на некотором расстоянии происходит конвекция, переносящая тепло в оболочку лампочки.
Ориентация нити накала влияет на эффективность. Поток газа, параллельный нити накала, например, вертикально ориентированная колба с вертикальной (или аксиальной) нитью накала, снижает конвективные потери.
Эффективность лампы увеличивается с увеличением диаметра нити накаливания. Тонкие нити накаливания, маломощные лампочки меньше выигрывают от заполняющего газа, поэтому их часто просто откачивают.
Ранние лампочки с углеродными нитями также использовали оксид углерода , азот или пары ртути . Однако углеродные нити работают при более низких температурах, чем вольфрамовые, поэтому эффект заполняющего газа не был значительным, поскольку потери тепла сводили на нет все преимущества.
Первые лампочки собирались вручную с большим трудом. После разработки автоматического оборудования стоимость лампочек упала. До 1910 года, когда машина Westlake Либби пошла в производство, лампочки обычно производила команда из трех рабочих (два сборщика и мастер-осветитель), выдувавших лампочки в деревянные или чугунные формы, покрытые пастой. [103] Около 150 лампочек в час производились методом ручного выдувания в 1880-х годах на стекольном заводе Corning Glass Works. [103]
Машина Westlake, разработанная Libbey Glass , была основана на адаптации машины для выдувания бутылок Owens-Libbey. Corning Glass Works вскоре начала разрабатывать конкурирующие автоматизированные машины для выдувания ламп, первой из которых, которая была использована в производстве, была E-Machine. [103]
Corning продолжила разработку автоматизированных машин для производства лампочек, установив Ribbon Machine в 1926 году на своем заводе в Уэллсборо , штат Пенсильвания. [104] Ribbon Machine превзошла все предыдущие попытки автоматизировать производство лампочек и использовалась для производства лампочек накаливания в 21 веке. Изобретатель Уильям Вудс вместе со своим коллегой по Corning Glass Works Дэвидом Э. Греем создали машину, которая к 1939 году производила 1000 лампочек в минуту. [103]
Ленточная машина работает, пропуская непрерывную ленту стекла по конвейерной ленте , нагревается в печи, а затем выдувается точно выровненными воздушными соплами через отверстия в конвейерной ленте в формы. Таким образом создаются стеклянные колбы или оболочки. Типичная машина такого типа может производить от 50 000 до 120 000 лампочек в час, в зависимости от размера лампочки. [105] [106] К 1970-м годам 15 ленточных машин, установленных на заводах по всему миру, производили весь запас ламп накаливания. [107] Нить накала и ее опоры собираются на стеклянном стержне, который затем приваривается к лампочке. Воздух откачивается из лампочки, а вакуумная трубка в прессе для стержня запечатывается пламенем. Затем лампочка вставляется в цоколь лампы, и вся сборка проверяется. Закрытие завода Osram-Sylvania в Уэллсборо, штат Пенсильвания, в 2016 году означало, что одна из последних оставшихся в Соединенных Штатах машин по производству ленточных картриджей была остановлена. [107]
Углерод имеет самую высокую температуру плавления среди всех элементов, и в дуговых угольных лампах было продемонстрировано, что он производит накал, довольно близкий к солнечному свету. Однако углерод имеет тенденцию к сублимации до достижения своей температуры плавления в зависимости от давления, что приводило к быстрому почернению вакуумных лампочек. Первые коммерчески успешные нити накаливания лампочек были сделаны из карбонизированной бумаги или бамбука . Углеродные нити имеют отрицательный температурный коэффициент сопротивления — по мере того, как они нагреваются, их электрическое сопротивление уменьшается. Это делало лампу чувствительной к колебаниям в электропитании, поскольку небольшое увеличение напряжения приводило к нагреванию нити накаливания, что уменьшало ее сопротивление и заставляло ее потреблять еще больше энергии и тепла.
Углеродные нити «прокалывались» путем нагревания в парах углеводорода (обычно бензина), чтобы улучшить их прочность и однородность. Металлизированные или «графитизированные» нити сначала нагревались до высокой температуры, чтобы превратить их в графит , что еще больше укрепляло и сглаживало нить. Эти нити имели положительный температурный коэффициент, как металлический проводник , что стабилизировало рабочие свойства ламп при незначительных изменениях напряжения питания.
Металлические нити были опробованы в 1897 году [108] и начали вытеснять углерод, начиная примерно с 1904 года. Вольфрам имеет самую высокую доступную температуру плавления, но хрупкость была большим препятствием. К 1910 году Уильям Д. Кулидж в General Electric разработал процесс для производства пластичной формы вольфрама. Процесс требовал прессования вольфрамового порошка в прутки, затем нескольких этапов спекания, обжима и затем волочения проволоки. Было обнаружено, что очень чистый вольфрам образовывал нити, которые провисали при использовании, и что очень небольшая «легирующая» обработка оксидами калия, кремния и алюминия на уровне нескольких сотен частей на миллион (так называемый вольфрам AKS) значительно улучшала срок службы и долговечность вольфрамовых нитей. [109]
Преобладающим механизмом разрушения вольфрамовых нитей даже сейчас является проскальзывание границ зерен, обусловленное диффузионной ползучестью. [110] Во время работы вольфрамовая проволока напрягается под действием собственного веса, и из-за диффузии, которая может происходить при высоких температурах, зерна начинают вращаться и скользить. Это напряжение из-за изменений в нити накала заставляет нить провисать неравномерно, что в конечном итоге приводит к дополнительному крутящему моменту на нити накала. [110] Именно это провисание неизбежно приводит к разрыву нити накала, делая лампочку накаливания бесполезной. [110]
Для повышения эффективности лампы нить накаливания обычно состоит из нескольких витков тонкой проволоки, также известной как спиральная катушка . Лампочки, использующие спиральные нити накаливания, иногда называют «двухспиральными лампочками». Для 60-ваттной 120-вольтовой лампы длина вольфрамовой нити в развернутом виде обычно составляет 580 миллиметров (22,8 дюйма), [73] а диаметр нити накаливания составляет 0,046 миллиметра (0,0018 дюйма). Преимущество спиральной спирали заключается в том, что испарение вольфрамовой нити происходит со скоростью вольфрамового цилиндра, имеющего диаметр, равный диаметру спиральной спирали. Спиральная нить накаливания испаряется медленнее, чем прямая нить накаливания с той же площадью поверхности и светоизлучающей способностью. В результате нить накала может нагреваться сильнее, что обеспечивает более эффективный источник света и более длительный срок службы по сравнению с прямой нитью накала при той же температуре.
Производители обозначают различные формы нитей накаливания ламп буквенно-цифровым кодом. [111]
Для корректного просмотра этого изображения рекомендуется использовать 3D-очки с красным и голубым оттенком .
Для корректного просмотра этого изображения рекомендуется использовать 3D-очки с красным и голубым оттенком .Электрические нити также используются в горячих катодах люминесцентных ламп и вакуумных трубок в качестве источника электронов или в вакуумных трубках для нагревания электрода, испускающего электроны. При использовании в качестве источника электронов они могут иметь специальное покрытие, которое увеличивает производство электронов.
Во время обычной работы вольфрам нити накаливания испаряется; более горячие, более эффективные нити испаряются быстрее. [112] Из-за этого срок службы лампы накаливания является компромиссом между эффективностью и долговечностью. Компромисс обычно устанавливается для обеспечения срока службы от 1000 до 2000 часов для ламп, используемых для общего освещения. Театральные, фотографические и проекционные лампы могут иметь полезный срок службы всего несколько часов, жертвуя ожидаемым сроком службы ради высокой светоотдачи в компактной форме. Долговечные лампы общего назначения имеют более низкую эффективность, но до разработки компактных люминесцентных и светодиодных ламп они были полезны в приложениях, где было трудно заменить лампочку.
Ирвинг Ленгмюр обнаружил , что инертный газ вместо вакуума будет замедлять испарение. Лампочки накаливания общего назначения мощностью более 25 Вт теперь заполняются смесью в основном аргона и некоторого количества азота [113] или иногда криптона [114] . Хотя инертный газ уменьшает испарение нити накаливания, он также проводит тепло от нити накаливания, тем самым охлаждая ее и снижая эффективность. При постоянном давлении и температуре теплопроводность газа зависит от молекулярного веса газа и площади поперечного сечения молекул газа. Газы с более высоким молекулярным весом имеют более низкую теплопроводность, поскольку и молекулярный вес, и площадь поперечного сечения выше. Ксеноновый газ повышает эффективность из-за своего высокого молекулярного веса, но также более дорогой, поэтому его использование ограничено лампами меньшего размера [115] .
Выемка нити происходит из-за неравномерного испарения нити. Небольшие изменения сопротивления вдоль нити приводят к образованию «горячих точек» в точках с более высоким сопротивлением; [74] изменение диаметра всего на 1% приведет к сокращению срока службы на 25%. [73] Поскольку сопротивление нити сильно зависит от температуры, точки с более высокой температурой будут иметь более высокое сопротивление, заставляя их рассеивать больше энергии, делая их более горячими — положительная обратная связь. Эти горячие точки испаряются быстрее, чем остальная часть нити, постоянно увеличивая сопротивление в этой точке. Процесс заканчивается знакомым крошечным зазором в в остальном здоровой на вид нити.
Лампы, работающие на постоянном токе, имеют случайные ступенчатые неровности на поверхности нити накала, которые могут сократить срок службы вдвое по сравнению с лампами, работающими на переменном токе; для противодействия этому эффекту можно использовать различные сплавы вольфрама и рения . [116] [117]
Поскольку разрыв нити накаливания в газовой лампе может привести к образованию электрической дуги , которая может распространиться между клеммами и вызвать очень сильный ток, в качестве предохранителей, встроенных в лампочку, часто используются намеренно тонкие подводящие провода или более сложные защитные устройства. [118] В лампах с более высоким напряжением используется больше азота, чтобы снизить вероятность возникновения дуги. [113]
В обычной лампе испаренный вольфрам в конечном итоге конденсируется на внутренней поверхности стеклянной колбы, затемняя ее. Для лампочек, содержащих вакуум, потемнение равномерно по всей поверхности колбы. При использовании заполнения инертным газом испаренный вольфрам переносится в тепловых конвекционных потоках газа и осаждается преимущественно на самой верхней части колбы, черня только эту часть колбы. Лампа накаливания, которая дает 93% или менее от своего первоначального светового потока при 75% своего номинального срока службы, считается неудовлетворительной при испытании в соответствии с публикацией IEC 60064. Потеря света происходит из-за испарения нити накала и почернения колбы. [119] Изучение проблемы почернения колбы привело к открытию термоионной эмиссии , изобретению вакуумной трубки и осаждению испарением, используемому для изготовления зеркал и других оптических покрытий . [120] [121] [122]
Очень небольшое количество водяного пара внутри лампочки может значительно увеличить затемнение лампы. Водяной пар распадается на водород и кислород на горячей нити накаливания. Кислород воздействует на вольфрамовый металл, и полученные частицы оксида вольфрама перемещаются в более холодные части лампы. Водород из водяного пара восстанавливает оксид, преобразуя водяной пар и продолжая этот водный цикл . [74] Эквивалент капли воды, распределенной по 500 000 ламп, значительно увеличит затемнение. [73] Небольшие количества веществ, таких как цирконий, помещаются внутрь лампы в качестве геттера для реакции с любым кислородом, который может выгореть из компонентов лампы во время работы. [123]
Некоторые старые мощные лампы, используемые в театре, проекции, прожекторах и маячных службах с тяжелыми, прочными нитями, содержали в оболочке свободный вольфрамовый порошок. Время от времени оператор вынимал лампочку и встряхивал ее, позволяя вольфрамовому порошку стереть большую часть вольфрама, который сконденсировался на внутренней стороне оболочки, удаляя почернение и снова делая лампу яркой. [124]
Галогенная лампа уменьшает неравномерное испарение нити накала и устраняет потемнение колбы, заполняя лампу галогенным газом при низком давлении вместе с инертным газом. Галогенный цикл увеличивает срок службы лампы и предотвращает ее потемнение, повторно осаждая вольфрам изнутри лампы обратно на нить накала. Галогенная лампа может эксплуатировать свою нить накала при более высокой температуре, чем стандартная газонаполненная лампа аналогичной мощности, без потери срока службы. Такие лампы намного меньше обычных ламп накаливания и широко используются там, где требуется интенсивное освещение в ограниченном пространстве. Волоконно-оптические лампы для оптической микроскопии являются одним из типичных применений.
В одной из разновидностей лампы накаливания не использовалась нить накаливания, а вместо этого использовалась дуга, зажженная на сферическом электроде-бусине для получения тепла. Затем электрод становился раскаленным, а дуга вносила небольшой вклад в производимый свет. Такие лампы использовались для проецирования или освещения научных приборов, таких как микроскопы . Эти дуговые лампы работали на относительно низком напряжении и включали вольфрамовые нити для начала ионизации внутри оболочки. Они обеспечивали интенсивный концентрированный свет дуговой лампы , но были проще в эксплуатации. Разработанные около 1915 года, эти лампы были вытеснены ртутными и ксеноновыми дуговыми лампами . [125] [126] [127]
Лампы накаливания являются почти чистыми резистивными нагрузками с коэффициентом мощности 1. В отличие от разрядных ламп или светодиодных ламп потребляемая мощность равна полной мощности в цепи. Лампы накаливания обычно продаются в соответствии с потребляемой электрической мощностью . Это зависит в основном от рабочего сопротивления нити накаливания. Из двух лампочек одинакового напряжения и типа более мощная дает больше света.
В таблице показана примерная типичная светоотдача в люменах стандартных 120-вольтовых ламп накаливания при различной мощности. Светоотдача аналогичных лампочек на 230 В немного меньше. Нить накаливания с более низким током (более высоким напряжением) тоньше и должна работать при немного более низкой температуре для того же срока службы, что снижает энергоэффективность . [130] Значения люменов для «мягких белых» лампочек, как правило, немного ниже, чем для прозрачных лампочек при той же мощности.
Сопротивление нити накала зависит от температуры. Холодное сопротивление ламп с вольфрамовой нитью составляет около 1/15 сопротивления во время работы. Например, лампа мощностью 100 Вт и напряжением 120 В имеет сопротивление 144 Ом при включении, но холодное сопротивление намного ниже (около 9,5 Ом). [73] [b] Поскольку лампы накаливания являются резистивными нагрузками, для управления яркостью можно использовать простые фазовые диммеры TRIAC . Электрические контакты могут иметь символ рейтинга «T», указывающий на то, что они предназначены для управления цепями с высоким пусковым током, характерным для вольфрамовых ламп. Для лампы общего назначения мощностью 100 Вт и напряжением 120 В ток стабилизируется примерно за 0,10 секунды, и лампа достигает 90% своей полной яркости примерно за 0,13 секунды. [131]
Нить в вольфрамовой лампочке нелегко сломать, когда лампочка холодная, но нити более уязвимы, когда они горячие, потому что раскаленный металл менее жесткий. Удар по внешней стороне лампочки может привести к поломке нити или вызвать скачок электрического тока , который заставит часть ее расплавиться или испариться. В большинстве современных ламп накаливания часть провода внутри лампочки действует как предохранитель : если сломанная нить вызывает короткое замыкание внутри лампочки, плавкая часть провода расплавится и отключит ток, чтобы предотвратить повреждение линий питания.
Горячая стеклянная колба может треснуть при контакте с холодными предметами. Когда стеклянная оболочка трескается, колба взрывается , подвергая нить воздействию окружающего воздуха. Затем воздух обычно разрушает горячую нить посредством окисления .
Обозначения формы и размера колбы даны в национальных стандартах. Некоторые обозначения представляют собой одну или несколько букв, за которыми следует одна или несколько цифр, например A55 или PAR38, где буквы обозначают форму, а цифры — характерный размер.
Национальные стандарты, такие как ANSI C79.1-2002, IS 14897:2000 [132] и JIS C 7710:1988 [133], охватывают общую терминологию для форм луковиц.
Большие лампы могут иметь винтовой цоколь или байонетный цоколь с одним или несколькими контактами на цоколе. Корпус может служить электрическим контактом или только механической опорой. Лампы с байонетным цоколем часто используются в автомобильных лампах для предотвращения ослабления из-за вибрации. Некоторые трубчатые лампы имеют электрический контакт на обоих концах. Миниатюрные лампы могут иметь клиновидный цоколь и проволочные контакты, а некоторые автомобильные и специальные лампы имеют винтовые клеммы для подключения к проводам. Очень маленькие лампы могут иметь провода поддержки нити накала, проходящие через основание лампы для соединений. Двухштырьковый цоколь часто используется для галогенных или рефлекторных ламп. [136]
В конце 19 века производители представили множество несовместимых цоколей ламп. Стандартные размеры цоколей « Mazda » компании General Electric вскоре были приняты по всей территории США.
Цоколи ламп можно прикрепить к колбе с помощью цемента или путем механического обжима в углублениях, отформованных в стеклянной колбе.
Лампы, предназначенные для использования в оптических системах, имеют цоколи с функциями выравнивания, так что нить накаливания точно располагается внутри оптической системы. Лампа с винтовым цоколем может иметь случайную ориентацию нити накаливания, когда лампа установлена в патрон.
Контакты в патроне лампочки позволяют электрическому току проходить через основание к нити накаливания. Патрон обеспечивает электрические соединения и механическую поддержку, а также позволяет менять лампу, когда она перегорает.
Лампы накаливания очень чувствительны к изменениям напряжения питания. Эти характеристики имеют большое практическое и экономическое значение.
Для напряжения питания V, близкого к номинальному напряжению лампы:
Снижение напряжения на 5% удвоит срок службы лампочки, но уменьшит ее световой поток примерно на 16%. Долговечные лампочки используют этот компромисс в таких приложениях, как лампы светофора. Поскольку потребляемая ими электроэнергия стоит дороже, чем стоимость лампочки, лампы общего назначения подчеркивают эффективность, а не длительный срок службы. Цель состоит в том, чтобы минимизировать стоимость света, а не стоимость ламп. [73] Ранние лампочки имели срок службы до 2500 часов, но в 1924 году картель Phoebus согласился ограничить срок службы до 1000 часов. [137] Когда это было разоблачено в 1953 году, General Electric и другим ведущим американским производителям было запрещено ограничивать срок службы. [138]
Приведенные выше соотношения справедливы только для нескольких процентов изменения напряжения вокруг стандартных номинальных условий, но они указывают на то, что лампа, работающая при низком напряжении, может прослужить гораздо дольше, чем при номинальном напряжении, хотя и со значительно сниженной светоотдачей. « Столетний свет » — это лампочка, которая занесена в Книгу рекордов Гиннесса как почти непрерывно горящая на пожарной станции в Ливерморе, Калифорния , с 1901 года. Однако лампочка излучает эквивалент света четырехваттной лампочки. Похожую историю можно рассказать о 40-ваттной лампочке в Техасе, которая зажглась с 21 сентября 1908 года. Когда-то она находилась в оперном театре , где останавливались известные знаменитости, чтобы полюбоваться ее сиянием, и была перемещена в местный музей в 1977 году. [139]
Лампы Photoflood, используемые для фотографического освещения, отдают предпочтение световому потоку в течение срока службы, некоторые из них служат всего два часа. Верхний предел температуры для нити накаливания — это точка плавления металла. Вольфрам — это металл с самой высокой температурой плавления, 3695 К (3422 °C; 6191 °F). Например, проекционная лампа со сроком службы 50 часов рассчитана на работу всего на 50 °C (122 °F) ниже этой точки плавления. Такая лампа может достигать до 22 люменов на ватт по сравнению с 17,5 для 750-часовой лампы общего назначения. [73]
Лампы одинаковой мощности, но рассчитанные на разное напряжение, имеют разную световую отдачу. Например, 100-ваттная, 1000-часовая, 120-вольтовая лампа будет производить около 17,1 люменов на ватт. Подобная лампа, рассчитанная на 230 В, будет производить всего около 12,8 люменов на ватт, а рассчитанная на 30 вольт (освещение поездов) будет производить до 19,8 люменов на ватт. [73] Лампы с более низким напряжением имеют более толстую нить накаливания при той же номинальной мощности. Они могут работать горячее в течение того же срока службы, прежде чем нить накаливания испарится.
Провода, используемые для поддержки нити накаливания, делают ее механически прочнее, но отводят тепло, создавая еще один компромисс между эффективностью и долговечностью. Многие лампы общего назначения на 120 вольт не используют дополнительных поддерживающих проводов, но лампы, предназначенные для « жесткой эксплуатации » или «вибрационной эксплуатации», могут иметь до пяти. Низковольтные лампы имеют нити накаливания из более толстой проволоки и не требуют дополнительных поддерживающих проводов.
Очень низкие напряжения неэффективны, поскольку провода будут отводить слишком много тепла от нити накаливания, поэтому практический нижний предел для ламп накаливания составляет 1,5 вольта. Очень длинные нити накаливания для высоких напряжений хрупкие, а цоколи ламп становится сложнее изолировать, поэтому лампы для освещения не производятся с номинальным напряжением более 300 вольт. [73] Некоторые инфракрасные нагревательные элементы производятся для более высоких напряжений, но в них используются трубчатые колбы с широко разнесенными клеммами.
патент Эдисона на бамбуковую нить 1200.
Company была преемницей Electro-Dynamic Light Company of New York, первой компании, организованной в Соединенных Штатах для производства и продажи электрических ламп накаливания, и владельцем большого количества патентов, датированных ранее тех, на которые зависели конкурирующие компании. ... United States Electric Lighting Company была организована в 1878 г., через несколько недель после Electro-Dynamic Company
States Electric Lighting Company была организована в 1878 г., через несколько недель после Electro-Dynamic Light Company.
States Electric Lighting Company была организована в 1878 г., через несколько недель после Electro-Dynamic Company, и стала преемницей старейшей компании в США по производству электросиловых аппаратов.
