Лампа накаливания , лампа накаливания или лампа накаливания представляет собой электрический свет с нитью накаливания, которая нагревается до тех пор, пока она не начнет светиться . Нить заключена в стеклянную колбу, которая либо откачана , либо заполнена инертным газом для защиты нити от окисления . Ток к нити подается с помощью клемм или проводов, встроенных в стекло. Патрон лампы обеспечивает механическую поддержку и электрические соединения.
Лампы накаливания производятся в широком диапазоне размеров, светоотдачи и номинального напряжения : от 1,5 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 домашнем и коммерческом освещении, для портативного освещения, такого как настольные лампы, автомобильные фары и фонарики , а также для декоративного и рекламного освещения.
Лампы накаливания гораздо менее эффективны, чем другие виды электрического освещения. Менее 5% потребляемой ими энергии преобразуется в видимый свет; остальное теряется в виде тепла. [1] [2] Световая отдача типичной лампы накаливания при напряжении 120 В составляет 16 люмен 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, выделяемое нитями накаливания, используется в некоторых приложениях, например, в нагревательных лампах в инкубаторах , лавовых лампах и игрушках Easy-Bake Oven . Галогенные инфракрасные обогреватели с кварцевой колбой используются в промышленных процессах, таких как отверждение краски и отопление помещений.
Лампы накаливания обычно имеют короткий срок службы по сравнению с другими типами освещения; около 1000 часов для домашних лампочек против обычно 10 000 часов для компактных люминесцентных ламп и 20 000–30 000 часов для светодиодов. Большинство ламп накаливания можно заменить люминесцентными лампами , газоразрядными лампами высокой интенсивности и светодиодными лампами (LED). Некоторые правительства начали поэтапный отказ от ламп накаливания , чтобы снизить потребление энергии.
Историки Роберт Фридель и Пол Израэль перечисляют изобретателей ламп накаливания до Джозефа Свона и Томаса Эдисона из General Electric. [4] [ неудачная проверка ] Они пришли к выводу [ нужна ссылка ] , что версия Эдисона смогла превзойти другие благодаря сочетанию трех факторов: эффективный материал накаливания , более высокий вакуум , чем другие смогли достичь (с помощью Шпренгеля насос ) и высокое сопротивление , которое сделало распределение электроэнергии от централизованного источника экономически выгодным.
Историк Томас Хьюз объяснил успех Эдисона разработкой целостной интегрированной системы электрического освещения.
Лампа была небольшим компонентом в его системе электрического освещения и не более важна для ее эффективного функционирования, чем генератор Эдисона Джамбо , главная и фидерная система Эдисона и система параллельного распределения. Другие изобретатели генераторов и ламп накаливания, обладавшие сравнимой изобретательностью и совершенством, были давно забыты, поскольку их создатели не руководили их внедрением в систему освещения .
- Томас П. Хьюз, в книге «Технологии в поворотный момент» под редакцией У. Б. Пикетта [5] [6]
В 1761 году Эбенезер Кинерсли продемонстрировал нагрев провода до накаливания . [8] Однако такие провода имели тенденцию очень быстро плавиться или окисляться (гореть) в присутствии воздуха. [9] Limelight стал популярной формой сценического освещения в начале 19 века, когда кусок оксида кальция нагревался до накаливания с помощью кислородно-водородной горелки . [10]
В 1802 году Хамфри Дэви использовал то, что он описал как « батарею огромного размера», [11] состоящую из 2000 ячеек, размещенную в подвале Королевского института Великобритании, [12] для создания лампы накаливания путем пропускания тока через тонкая полоска платины , выбранная потому, что этот металл имел чрезвычайно высокую температуру плавления . Оно не было достаточно ярким и длилось недостаточно долго, чтобы его можно было использовать на практике, но оно стало прецедентом, лежащим в основе усилий множества экспериментаторов в течение следующих 75 лет. [13] Дэви также продемонстрировал дугу, пропуская сильный ток между двумя кусками древесного угля. В течение следующих 40 лет было проведено много исследований по превращению угольной дуговой лампы в практическое средство освещения. [14] Сама угольная дуга была тусклой и фиолетовой по цвету, излучая большую часть своей энергии в ультрафиолете, но положительный электрод был нагрет до температуры чуть ниже точки плавления углерода и светился очень ярко, накаляя очень близко к солнечному свету. [15] Дуговые лампы очень быстро сжигали свои угольные стержни, выделяли опасный угарный газ и, как правило, производили мощность в десятки киловатт. Следовательно, они были практичны только для освещения больших площадей, поэтому исследователи продолжали искать способ сделать лампы пригодными для домашнего использования. [16]
В течение первых трех четвертей XIX века многие экспериментаторы работали с различными комбинациями платиновых или иридиевых проволок, углеродных стержней, а также вакуумированных или полувакуумированных корпусов. Многие из этих устройств были продемонстрированы, а некоторые были запатентованы. [17]
В 1835 году Джеймс Боуман Линдсей продемонстрировал постоянный электрический свет на публичном собрании в Данди, Шотландия . Он заявил, что может «читать книгу на расстоянии полутора футов». Однако дальнейшего развития электрического света он не сделал. [18]
В 1838 году бельгийский литограф Марселлен Жобар изобрел лампочку накаливания с вакуумной атмосферой, использующую углеродную нить. [19]
В 1840 году британский учёный Уоррен Де ла Рю поместил свернутую платиновую нить в вакуумную трубку и пропустил через неё электрический ток. Конструкция была основана на концепции, согласно которой высокая температура плавления платины позволит ей работать при высоких температурах и что вакуумированная камера будет содержать меньше молекул газа, вступающих в реакцию с платиной, что увеличит ее долговечность. Хотя это была работоспособная конструкция, стоимость платины делала 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, заключенные внутри вакуумной колбы. Он также использовал углерод. [20] [21]
В 1845 году американец Джон Старр запатентовал лампочку накаливания, в которой использовались углеродные нити. [22] [23] Его изобретение никогда не производилось в коммерческих целях. [24]
В 1851 году Жан Эжен Робер-Уден публично продемонстрировал лампы накаливания в своем поместье в Блуа, Франция. Его лампочки выставлены в музее замка Блуа . [а]
В 1859 году Мозес Г. Фармер сконструировал электрическую лампочку накаливания с платиновой нитью. [25] Томас Эдисон позже увидел одну из этих лампочек в магазине в Бостоне и попросил Фармера дать совет по поводу бизнеса в области электрического освещения.
В 1872 году россиянин Александр Лодыгин изобрел лампочку накаливания и получил российский патент в 1874 году. В качестве горелки он использовал два угольных стержня уменьшенного сечения в стеклянном приемнике, герметично закрытом и заполненном азотом, электрически устроенном так, чтобы ток мог передаваться второму углероду, когда первый уже израсходован. [26] Позже он жил в США, сменил имя на Александр де Лодигин, подал заявку и получил патенты на лампы накаливания, содержащие хром , иридий , родий , рутений , осмий , молибден и вольфрамовые нити, [27] и лампу с использованием молибденовая нить была продемонстрирована на Всемирной выставке 1900 года в Париже. [28]
24 июля 1874 года Генри Вудворд и Мэтью Эванс подали канадский патент на лампу, состоящую из угольных стержней, установленных в стеклянном цилиндре, наполненном азотом. Им не удалось коммерциализировать свою лампу, и в 1879 году они продали права на свой патент ( патент США 181 613 ) Томасу Эдисону (Эдисону требовалось право собственности на новое изобретение о лампах, соединенных в параллельную цепь). [29] [30]
4 марта 1880 года, всего через пять месяцев после появления лампочки Эдисона, Алессандро Круто создал свою первую лампу накаливания. Круто получил нить путем осаждения графита на тонкие платиновые нити, нагревая ее электрическим током в присутствии газообразного этилового спирта . Нагревание этой платины при высоких температурах оставляет после себя тонкие платиновые нити, покрытые чистым графитом. К сентябрю 1881 года он создал успешную версию первой синтетической нити. Лампочка, изобретенная Круто, проработала пятьсот часов, в отличие от сорока часов оригинальной версии Эдисона. На Мюнхенской электротехнической выставке 1882 года в Баварии, Германия, лампа Круто была более эффективной, чем лампа Эдисона, и давала лучший белый свет. [31]
В 1893 году Генрих Гёбель заявил, что в 1854 году он разработал первую лампу накаливания с тонкой карбонизированной бамбуковой нитью высокого сопротивления, платиновыми подводящими проводами в цельностеклянной колбе и высоким вакуумом. Судьи четырех судов выразили сомнения по поводу предполагаемого ожидания Гёбеля , но решение на окончательном слушании так и не было принято из-за истечения срока действия патента Эдисона. В исследовательской работе, опубликованной в 2007 году, был сделан вывод, что история ламп Гебеля 1850-х годов является вымышленной. [32]
Джозеф Свон (1828–1914) был британским физиком и химиком. В 1850 году он начал работать с нитями карбонизированной бумаги в вакуумированной стеклянной колбе. К 1860 году он смог продемонстрировать работающее устройство, но отсутствие хорошего вакуума и достаточного количества электроэнергии привело к короткому сроку службы лампы и неэффективному источнику света. К середине 1870-х годов стали доступны более совершенные насосы, и Свон вернулся к своим экспериментам. [33]
С помощью Чарльза Стерна, эксперта по вакуумным насосам, в 1878 году Свон разработал метод обработки, позволяющий избежать раннего почернения колбы. В 1880 году он получил британский патент. [34] 18 декабря 1878 года лампа с тонким угольным стержнем была показана на собрании Химического общества Ньюкасла, и Свон провел рабочую демонстрацию на их собрании 17 января 1879 года. также показан 700 людям, присутствовавшим на собрании Литературно -философского общества Ньюкасла-апон-Тайн 3 февраля 1879 года . [35] В этих лампах использовался угольный стержень от дуговой лампы, а не тонкая нить накаливания. Таким образом, они имели низкое сопротивление и требовали очень толстых проводников для подачи необходимого тока, поэтому они не были коммерчески практичны, хотя и продемонстрировали возможности освещения лампами накаливания с относительно высоким вакуумом, углеродным проводником и платиновыми подводящими проводами. . Эта лампочка проработала около 40 часов. [35] Затем Свон обратил свое внимание на производство более качественной углеродной нити и средств крепления ее концов. В начале 1880-х годов он разработал метод обработки хлопка для получения «пергаментированной нити» и в том же году получил британский патент № 4933. [34] С этого года он начал устанавливать лампочки в домах и достопримечательностях Англии. Его дом в Андерхилле, Лоу-Фелл, Гейтсхед , был первым в мире, освещенным лампочкой. В начале 1880-х годов он основал свою компанию. [36] В 1881 году театр Савой в Вестминстере в Лондоне был освещен лампочками накаливания Swan, что стало первым театром и первым общественным зданием в мире, полностью освещенным электричеством. [37] Первой улицей в мире, освещенной лампочкой накаливания, была Мосли-стрит, Ньюкасл-апон-Тайн , Великобритания . Он был освещен лампой накаливания Джозефа Свона 3 февраля 1879 года .
Томас Эдисон начал серьезные исследования по разработке практичной лампы накаливания в 1878 году. Эдисон подал свою первую заявку на патент «Усовершенствование электрического освещения» 14 октября 1878 года. [40] После многих экспериментов, сначала с углеродом в начале 1880-х годов, а затем с платиной. и других металлов, в конце концов Эдисон вернулся к углеродной нити. [41] Первое успешное испытание состоялось 22 октября 1879 года, [42] [43] и длилось 13,5 часов. Эдисон продолжал совершенствовать эту конструкцию и к 4 ноября 1879 года подал заявку на патент США на электрическую лампу, в которой использовалась «углеродная нить накала или полоса, свернутая и соединенная… с платиновыми контактными проводами». [44] Хотя в патенте описано несколько способов создания углеродной нити, в том числе использование «хлопчатобумажной и льняной нити, деревянных шин и бумаги, свернутой различными способами», [44] Эдисон и его команда позже обнаружили, что карбонизированная бамбуковая нить может прослужить более 1200 часов. [45] В 1880 году пароход «Колумбия» Орегонской железнодорожной и навигационной компании стал первым применением Эдисоновых ламп накаливания (это был также первый корабль, использовавший динамо-машину ). [46] [47] [48]
Албон Мэн, юрист из Нью-Йорка, основал компанию Electro-Dynamic Light Company в 1878 году, чтобы использовать свои патенты и патенты Уильяма Сойера . [49] [50] Несколько недель спустя была организована Компания электрического освещения США. [49] [50] [51] Эта компания не осуществила свою первую коммерческую установку ламп накаливания до осени 1880 года в компании Mercantile Safe Deposit Company в Нью-Йорке, примерно через шесть месяцев после того, как лампы накаливания Эдисона были установлены на Колумбия . _ Хирам С. Максим был главным инженером в компании United States Electric Lighting Company. [52] После большого успеха в Соединенных Штатах, лампа накаливания, запатентованная Эдисоном, также начала приобретать широкую популярность и в Европе ; Среди прочего, первые лампочки Эдисона в скандинавских странах были установлены в ткацком цехе текстильной фабрики Финлейсона в Тампере , Финляндия, в марте 1882 года. [53]
Льюис Латимер , работавший в то время у Эдисона, разработал улучшенный метод термообработки углеродных нитей, который уменьшил поломку и позволил придать им новые формы, такие как характерная форма «М» нитей Maxim. 17 января 1882 года Латимер получил патент на «Процесс производства углерода», улучшенный метод производства нитей для лампочек, который был приобретен компанией United States Electric Light Company. [54] Латимер запатентовал и другие усовершенствования, такие как лучший способ крепления нитей к проволочным опорам. [55]
В Великобритании компании Edison и Swan объединились в Edison and Swan United Electric Company (позже известную как Ediswan и в конечном итоге вошедшую в состав Thorn Lighting Ltd ). Эдисон изначально был против этого объединения, но в конечном итоге Эдисон был вынужден сотрудничать, и слияние было совершено. В конце концов, Эдисон приобрел всю долю Свона в компании. Свон продал свои патентные права в США компании Brush Electric Company в июне 1882 года.
Патентное ведомство США вынесло 8 октября 1883 года постановление о том, что патенты Эдисона основаны на уровне техники Уильяма Сойера и недействительны. Судебные разбирательства продолжались несколько лет. В конце концов, 6 октября 1889 года судья постановил, что иск Эдисона об улучшении электрического освещения в отношении «углеродной нити с высоким сопротивлением» является действительным. [56]
Основная трудность при эвакуации ламп заключалась в том, что влага внутри колбы раскалывалась при зажжении лампы, в результате чего кислород попадал в нить накала. [57] В 1880-х годах фосфорный ангидрид использовался в сочетании с дорогими ртутными вакуумными насосами . [58] Однако примерно в 1893 году итальянский изобретатель Артуро Малиньяни (1865–1939), у которого не было этих насосов, обнаружил, что пары фосфора химически связывают оставшиеся количества воды и кислорода. [57] [58] В 1896 году он запатентовал процесс введения красного фосфора в качестве так называемого газопоглотителя внутрь лампочки [57] ), что позволило получить экономичные лампы, работающие 800 часов; его патент был приобретен Эдисоном в 1898 году. [33]
В 1897 году немецкий физик и химик Вальтер Нернст разработал лампу Нернста — разновидность лампы накаливания, в которой использовался керамический глобар и не требовалось помещение в вакуум или инертный газ. [59] [60] Лампы Нернста, вдвое более эффективные, чем лампы с угольной нитью, некоторое время были популярны, пока их не вытеснили лампы с металлическими нитями накаливания.
В патенте US575002 от 1 декабря 1897 г., выданном Александру Лодыгину (Лодыгин, Россия), описана нить накала, изготовленная из редких металлов, в том числе из вольфрама. Лодыгин изобрел процесс, при котором редкие металлы, такие как вольфрам, могут быть химически обработаны и подвергнуты термическому испарению 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 компании GE. В 1902 году компания Siemens разработала танталовую ламповую нить, которая была более эффективной, чем даже графитированные угольные нити, поскольку могла работать при более высоких температурах. Поскольку металлический тантал имеет более низкое удельное сопротивление, чем углерод, нить танталовой лампы была довольно длинной и требовала нескольких внутренних опор. Металлическая нить постепенно сокращалась в использовании; нити были установлены с большими провисающими петлями. Лампы, проработавшие несколько сотен часов, стали довольно хрупкими. [61] Металлические нити имели свойство ломаться и повторно свариваться, хотя это обычно уменьшало сопротивление и сокращало срок службы нити. General Electric купила права на использование танталовых нитей и производила их в США до 1913 года. [62]
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 в кредит. [63] Его невозможно было изготовить для напряжения 110 В или 220 В, поэтому несколько ламп были подключены последовательно для использования в цепях стандартного напряжения. В основном они продавались в Европе.
13 декабря 1904 года венгр Шандор Юст и хорват Франьо Ханаман получили венгерский патент (№ 34541) на лампу на вольфрамовой нити, которая служила дольше и давала более яркий свет, чем углеродная нить. [33] Вольфрамовые лампы накаливания впервые были проданы венгерской компанией Tungsram в 1904 году. Во многих европейских странах этот тип часто называют вольфрамовыми лампами. [64] Заполнение колбы инертным газом , таким как аргон или азот , замедляет испарение вольфрамовой нити по сравнению с ее работой в вакууме. Это обеспечивает более высокие температуры и, следовательно, большую эффективность при меньшем сокращении срока службы нити. [65]
В 1906 году Уильям Д. Кулидж разработал метод изготовления «пластичного вольфрама» из спеченного вольфрама , который можно было превратить в нити, работая в компании General Electric . [66] К 1911 году General Electric начала продавать лампы накаливания с пластичной вольфрамовой проволокой. [67]
В 1913 году Ирвинг Ленгмюр обнаружил, что заполнение лампы инертным газом вместо вакуума приводит к удвоению светоотдачи и уменьшению потемнения лампы. [ нужна цитата ]
В 1917 году Берни Ли Бенбоу получил патент на спиральную нить , при которой скрученная нить затем сама сворачивается в катушку с помощью оправки . [68] [69] В 1921 году Дзюнъити Миура создал первую лампу с двойной катушкой, используя спиральную вольфрамовую нить, работая на Hakunetsusha (предшественник Toshiba ). В то время не существовало оборудования для массового производства спиральных нитей. К 1936 году Хакунецуса разработал метод массового производства спиральных нитей. [70]
Между 1924 годом и началом Второй мировой войны картель Феба пытался установить цены и квоты продаж для производителей лампочек за пределами Северной Америки. [71]
В 1925 году американский химик Марвин Пипкин запатентовал процесс замораживания внутренней части лампочек, не ослабляя их. [72] В 1947 году он запатентовал процесс покрытия внутренней части ламп кремнеземом . [73]
В 1930 году венгр Имре Броуди наполнил лампы криптоном, а не аргоном, и разработал процесс получения криптона из воздуха. Производство ламп, наполненных криптоном, на основе его изобретения началось в Айке в 1937 году на заводе, спроектированном совместно Поланьи и физиком венгерского происхождения Эгоном Орованом . [74]
К 1964 году повышение эффективности и производство ламп накаливания снизили стоимость обеспечения заданного количества света в тридцать раз по сравнению со стоимостью при внедрении системы освещения Эдисона. [75]
Потребление ламп накаливания в США быстро росло. В 1885 году было продано около 300 000 ламп общего освещения, все с углеродными нитями. Когда были внедрены вольфрамовые нити, в США существовало около 50 миллионов патронов для ламп. В 1914 г. использовалось 88,5 млн ламп (только 15% с угольными нитями), а к 1945 г. годовая продажа ламп составила 795 млн (более 5 ламп на человека в год). [76]
Менее 5% мощности, потребляемой типичной лампой накаливания, преобразуется в видимый свет, а большая часть остальной мощности излучается в виде невидимого инфракрасного излучения. [1] [77] Лампочки оцениваются по светоотдаче , которая представляет собой отношение количества излучаемого видимого света ( светового потока ) к потребляемой электрической мощности. [78] Световая отдача измеряется в люменах на ватт (лм/Вт).
Световая отдача источника определяется как отношение его светоотдачи к максимально возможной светоотдаче, которая составляет 683 лм/Вт. [79] [80] Идеальный источник белого света может производить около 250 люмен на ватт, что соответствует светоотдаче 37%. [81]
При заданном количестве 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. [82] Хотя тепло от освещения уменьшит необходимость в эксплуатации системы отопления здания, последняя обычно может производить такое же количество тепла при меньших затратах, чем лампы накаливания.
В таблице ниже приведены световая отдача и эффективность для нескольких типов ламп накаливания. Более длинная диаграмма светоотдачи позволяет сравнить более широкий спектр источников света.
Спектр света, излучаемого лампой накаливания, близко приближается к спектру света излучателя черного тела при той же температуре. [84] Основой источников света, используемых в качестве эталона восприятия цвета, является вольфрамовая лампа накаливания, работающая при определенной температуре. [85]
Источники света, такие как люминесцентные лампы, газоразрядные лампы высокой интенсивности и светодиодные лампы, имеют более высокую светоотдачу. Эти устройства производят свет посредством люминесценции . Их свет имеет полосы характерных длин волн без «хвоста» невидимых инфракрасных излучений вместо непрерывного спектра, создаваемого тепловым источником. Путем тщательного выбора флуоресцентных люминофорных покрытий или фильтров, которые изменяют спектральное распределение, излучаемый спектр можно настроить так, чтобы имитировать внешний вид источников света или других цветовых температур белого света. При использовании этих источников для задач, чувствительных к цвету, таких как освещение кинофильмов, могут потребоваться особые методы, чтобы имитировать внешний вид освещения лампами накаливания. [86] 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 своего 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, в том числе лампы накаливания и люминесцентные, с возрастом излучают меньше света; это может быть неудобно или сократить эффективный срок службы из-за замены лампы до полного выхода из строя. Сравнение стоимости эксплуатации лампы накаливания с другими источниками света должно включать требования к освещенности, стоимость лампы и трудозатраты на замену ламп (с учетом эффективного срока службы лампы), стоимость используемой электроэнергии, влияние работы лампы на системы отопления и кондиционирования. . При использовании для освещения домов и коммерческих зданий энергия, теряемая на тепло, может значительно увеличить энергию, необходимую для системы кондиционирования здания . В отопительный сезон тепло, вырабатываемое лампочками, не тратится зря [87] , хотя в большинстве случаев экономически выгоднее получать тепло из системы отопления. Тем не менее, в течение года более эффективная система освещения экономит энергию практически во всех климатических условиях. [88]
Поскольку лампы накаливания потребляют больше энергии, чем их альтернативы, такие как КЛЛ и светодиодные лампы , многие правительства ввели меры по запрету их использования, установив минимальные стандарты эффективности, более высокие, чем могут быть достигнуты лампами накаливания. Меры по запрету лампочек были приняты, в частности, в Европейском Союзе, США, России, Бразилии, Аргентине, Канаде и Австралии. Европейская комиссия подсчитала, что запрет приносит экономике от 5 до 10 миллиардов евро и экономит 40 ТВтч электроэнергии каждый год, что приводит к сокращению выбросов CO 2 на 15 миллионов тонн. [89] [90]
Возражения против запрета использования ламп накаливания включают более высокую первоначальную стоимость альтернатив и более низкое качество света люминесцентных ламп. [91] Некоторые люди обеспокоены воздействием люминесцентных ламп на здоровье . [92]
Были проведены некоторые исследования для повышения эффективности коммерческих ламп накаливания. В 2007 году компания General Electric объявила о проекте высокоэффективной лампы накаливания (HEI), которая, как они утверждали, в конечном итоге будет в четыре раза более эффективной, чем нынешние лампы накаливания, хотя их первоначальная производственная цель заключалась в том, чтобы быть примерно вдвое более эффективной. [93] [94] Программа высшего образования была прекращена в 2008 году из-за медленного прогресса. [95] [96]
Исследования Министерства энергетики США в Национальных лабораториях Сандии первоначально указали на потенциал значительного повышения эффективности нити накала с фотонной решеткой . [93] Однако более поздние работы показали, что первоначально многообещающие результаты оказались ошибочными. [97]
В соответствии с законодательством различных стран, требующим повышения эффективности ламп, компания Philips представила гибридные лампы накаливания . Лампы накаливания Halogena Energy Saver могут производить около 23 лм/Вт; примерно на 30 процентов более эффективны, чем традиционные лампы накаливания, за счет использования отражающей капсулы для отражения ранее потраченного впустую инфракрасного излучения обратно на нить накала, из которого часть переизлучается в виде видимого света. [91] Эта концепция была впервые предложена компанией Duro-Test в 1980 году с коммерческим продуктом, производившим 29,8 лм/Вт. [98] [99] 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). [100] Лабораторные эксперименты по проверке концепции дали целых 45 лм/Вт, что приближается к эффективности компактных люминесцентных ламп. [100] [101]
Лампы накаливания состоят из герметичного стеклянного корпуса (колбы или колбы) с нитью из вольфрамовой проволоки внутри колбы, через которую пропускают электрический ток . Контактные провода и основание с двумя (или более) проводниками обеспечивают электрическое соединение с нитью. Лампы накаливания обычно имеют стержень или стеклянное крепление, прикрепленное к цоколю лампы, что позволяет электрическим контактам проходить через колбу без утечек воздуха или газа. Маленькие проволоки, встроенные в стержень, в свою очередь поддерживают нить и ее выводы.
Электрический ток обычно нагревает нить накала до температуры от 2000 до 3300 К (от 1730 до 3030 °C; от 3140 до 5480 °F), что значительно ниже температуры плавления вольфрама, равной 3695 К (3422 °C; 6191 °F). Температура нити накала зависит от ее типа, формы, размера и количества потребляемого тока. Нагретая нить излучает свет, близкий к непрерывному спектру . Полезная часть излучаемой энергии — это видимый свет , но большая часть энергии выделяется в виде тепла в ближнем инфракрасном диапазоне.
Большинство лампочек имеют прозрачное или покрытое стекло. В стеклянные колбы с покрытием вдувается каолиновая глина, которая электростатически осаждается внутри колбы. Слой порошка рассеивает свет от нити. В глину можно добавлять пигменты, чтобы отрегулировать цвет излучаемого света. Каолиновые рассеянные лампы широко используются во внутреннем освещении из-за их сравнительно мягкого света. Также производятся другие виды цветных лампочек, в том числе различные цвета, используемые для «лампочек для вечеринок», елочных огней и другого декоративного освещения. Они создаются путем окрашивания стекла легирующей примесью ; который часто представляет собой металл, такой как кобальт (синий) или хром (зеленый). [102] Неодимсодержащее стекло иногда используется для обеспечения более естественного света.
Стеклянная колба лампы общего назначения может достигать температуры от 200 до 260 °C (от 392 до 500 °F). Лампы, предназначенные для работы на большой мощности или используемые для обогрева, должны иметь колбы из твердого стекла или плавленого кварца . [75]
Если корпус лампочки протекает, горячая вольфрамовая нить вступает в реакцию с воздухом, образуя аэрозоль коричневого нитрида вольфрама , коричневого диоксида вольфрама , фиолетово-синего пентаоксида вольфрама и желтого триоксида вольфрама , который затем осаждается 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). [103]
Газ уменьшает испарение нити, но наполнитель следует выбирать тщательно, чтобы избежать значительных потерь тепла. Для этих свойств желательны химическая инертность и высокая атомная или молекулярная масса . Присутствие молекул газа отбрасывает освобожденные атомы вольфрама обратно на нить, [ нужна ссылка ] уменьшая ее испарение и позволяя работать при более высокой температуре без сокращения срока ее службы (или, при работе при той же температуре, продлевает срок службы нити). . С другой стороны, присутствие газа приводит к потерям тепла из нити накала — и, следовательно, к потере эффективности из-за уменьшения накала — за счет теплопроводности и тепловой конвекции .
Ранние лампы использовали только вакуум для защиты нити накала от кислорода. Вакуум увеличивает испарение нити, но устраняет два вида потери тепла. В некоторых небольших современных лампах также используется вакуум.
Наиболее часто используемые заливки: [104]
В газовом баллоне не должно быть следов воды, которая значительно ускоряет почернение колбы (см. ниже).
Слой газа вблизи нити (называемый слоем Ленгмюра) находится в застойном состоянии, при этом передача тепла происходит только за счет проводимости. Лишь на некотором расстоянии возникает конвекция, переносящая тепло к оболочке лампочки.
Ориентация нити влияет на эффективность. Поток газа, параллельный нити накала, например, в вертикально ориентированной колбе с вертикальной (или осевой) нитью, уменьшает конвективные потери.
Эффективность лампы увеличивается с увеличением диаметра нити накала. Тонконитевые лампы малой мощности получают меньшую пользу от наполняющего газа, поэтому их часто только откачивают.
Первые лампочки с углеродными нитями также использовали угарный газ , азот или пары ртути . Однако углеродные нити работают при более низких температурах, чем вольфрамовые, поэтому влияние наполняющего газа не было значительным, поскольку потери тепла нивелируют все преимущества.
Ранние луковицы кропотливо собирались вручную. После того, как были разработаны автоматические машины, стоимость лампочек упала. До 1910 года, когда машина Либби Westlake была запущена в производство, луковицы обычно производила бригада из трех рабочих (двух сборщиков и мастера-гафера), выдувая луковицы в деревянные или чугунные формы, покрытые пастой. [105] Около 150 лампочек в час производилось методом ручного выдувания в 1880-х годах на стекольном заводе Corning Glass Works. [105]
Машина Westlake, разработанная Libbey Glass , была основана на модификации машины для выдувания бутылок Owens-Libbey. Вскоре Corning Glass Works начала разработку конкурирующих автоматических машин для выдувания лампочек, первой из которых, использованной в производстве, была E-Machine. [105]
Компания Corning продолжила разработку автоматизированных машин для производства луковиц, установив в 1926 году ленточную машину на своем заводе в Уэллсборо , штат Пенсильвания. [106] Ленточная машина превзошла все предыдущие попытки автоматизировать производство лампочек и использовалась для производства ламп накаливания в 21 веке. Изобретатель Уильям Вудс вместе со своим коллегой по Corning Glass Works Дэвидом Греем создали машину, которая к 1939 году производила 1000 лампочек в минуту. [105]
Ленточная машина работает, пропуская непрерывную ленту стекла по конвейерной ленте , нагревая ее в печи, а затем продувая точно выровненными воздушными форсунками через отверстия в конвейерной ленте в формы. Таким образом создаются стеклянные колбы или конверты. Типичная машина такого типа может производить от 50 000 до 120 000 луковиц в час, в зависимости от размера луковицы. [107] [108] К 1970-м годам 15 ленточных машин, установленных на заводах по всему миру, производили весь запас ламп накаливания. [109] Нить накала и ее опоры собираются на стеклянной ножке, которая затем приваривается к колбе. Воздух из колбы откачивается, а откачивающая трубка в прессе штока герметизируется пламенем. Затем лампочку вставляют в цоколь лампы и проверяют всю сборку. Закрытие в 2016 году завода Osram-Sylvania в Уэллсборо, штат Пенсильвания, означало, что одна из последних оставшихся ленточных машин в США была остановлена. [109]
Углерод имеет самую высокую температуру плавления среди всех элементов, и было продемонстрировано, что в угольных дуговых лампах он дает накал, довольно близкий к солнечному свету. Однако углерод имеет тенденцию сублимироваться до достижения точки плавления в зависимости от давления, что привело к быстрому почернению вакуумных ламп. Первые коммерчески успешные нити накаливания для лампочек были сделаны из карбонизированной бумаги или бамбука . Углеродные нити имеют отрицательный температурный коэффициент сопротивления — по мере нагревания их электрическое сопротивление уменьшается. Это сделало лампу чувствительной к колебаниям напряжения питания, поскольку небольшое повышение напряжения могло привести к нагреву нити накала, снижению ее сопротивления и к тому, что она будет потреблять еще больше энергии и еще больше нагреваться.
Углеродные нити «прошивались» путем нагревания в парах углеводорода (обычно бензина), чтобы улучшить их прочность и однородность. Металлизированные или «графитизированные» нити сначала нагревали до высокой температуры, чтобы превратить их в графит , который еще больше укрепил и сгладил нить. Эти нити имеют положительный температурный коэффициент, подобно металлическому проводнику , что стабилизирует рабочие свойства ламп при незначительных колебаниях напряжения питания.
Металлические нити были опробованы в 1897 году [110] и начали вытеснять углерод примерно с 1904 года. Вольфрам имеет самую высокую температуру плавления, но хрупкость была большим препятствием. К 1910 году Уильям Д. Кулидж из General Electric разработал процесс производства пластичной формы вольфрама. Процесс требовал прессования вольфрамового порошка в стержни, затем несколько этапов спекания, обжатия и волочения проволоки. Было обнаружено, что очень чистый вольфрам образует нити, которые провисают 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 улучшает срок службы и долговечность вольфрамовых нитей. [111]
Преобладающим механизмом разрушения вольфрамовых нитей даже в настоящее время является зернограничное скольжение, обусловленное диффузионной ползучестью. [112] Во время работы вольфрамовая проволока испытывает напряжение под нагрузкой собственного веса, и из-за диффузии, которая может возникнуть при высоких температурах, зерна начинают вращаться и скользить. Это напряжение из-за изменений в нити приводит к неравномерному провисанию нити, что в конечном итоге приводит к дополнительному крутящему моменту на нити. [112] Именно это провисание неизбежно приводит к разрыву нити, что делает лампочку накаливания бесполезной. [112]
Чтобы повысить эффективность лампы, нить накала обычно состоит из нескольких витков намотанной тонкой проволоки, также известной как спиральная катушка . Лампочки, в которых используются спиральные нити накаливания, иногда называют «лампами с двойной спиралью». Для 60-ваттной 120-вольтовой лампы длина вольфрамовой нити в развернутом виде обычно составляет 580 миллиметров (22,8 дюйма) [75] , а диаметр нити составляет 0,046 миллиметра (0,0018 дюйма). Преимущество спиральной катушки заключается в том, что испарение вольфрамовой нити происходит со скоростью вольфрамового цилиндра, имеющего диаметр, равный диаметру намотанной катушки. Спиральная нить испаряется медленнее, чем прямая нить с той же площадью поверхности и светоизлучающей способностью. В результате нить накаливания может нагреваться сильнее, что приводит к созданию более эффективного источника света и более длительного срока службы, чем прямая нить накала при той же температуре.
Производители обозначают различные формы нитей ламп буквенно-цифровым кодом. [113]
Для правильного просмотра изображения рекомендуется использовать красно-голубые 3D- очки.
Для правильного просмотра изображения рекомендуется использовать красно-голубые 3D- очки.Электрические нити также используются в горячих катодах люминесцентных ламп и электронных ламп в качестве источника электронов или в электронных лампах для нагрева электрода, испускающего электроны. При использовании в качестве источника электронов они могут иметь специальное покрытие, увеличивающее производство электронов.
Во время обычной работы вольфрамовая нить испаряется; более горячие и эффективные нити испаряются быстрее. [114] По этой причине срок службы лампы накаливания представляет собой компромисс между эффективностью и долговечностью. Обычно компромиссный вариант обеспечивает срок службы ламп, используемых для общего освещения, от 1000 до 2000 часов. Срок службы театральных, фотографических и проекционных ламп может составлять всего несколько часов, при этом ожидаемый срок службы приходится на высокую мощность в компактной форме. Лампы общего назначения с длительным сроком службы имеют более низкую эффективность, но до разработки ламп накаливания и светодиодных ламп они были полезны в тех случаях, когда лампочку было трудно заменить.
Ирвинг Ленгмюр обнаружил, что инертный газ вместо вакуума замедляет испарение. Лампы накаливания общего назначения мощностью более 25 Вт теперь заполнены смесью, в основном аргона и некоторого количества азота , [115] или иногда криптона . [116] Хотя инертный газ снижает испарение нити, он также проводит тепло от нити, тем самым охлаждая нить и снижая эффективность. При постоянном давлении и температуре теплопроводность газа зависит от молекулярной массы газа и площади поперечного сечения молекул газа. Газы с более высокой молекулярной массой имеют более низкую теплопроводность, поскольку и молекулярная масса, и площадь поперечного сечения выше. Газообразный ксенон повышает эффективность из-за своей высокой молекулярной массы, но он также дороже, поэтому его использование ограничивается лампами меньшего размера. [117]
Надрезы на нити возникают из-за неравномерного испарения нити. Небольшие изменения удельного сопротивления вдоль нити приводят к образованию «горячих точек» в точках с более высоким удельным сопротивлением; [76] изменение диаметра всего на 1% приведет к сокращению срока службы на 25%. [75] Поскольку сопротивление нити накала сильно зависит от температуры, пятна с более высокой температурой будут иметь более высокое сопротивление, заставляя их рассеивать больше энергии, делая их более горячими – петля положительной обратной связи . Эти горячие точки испаряются быстрее, чем остальная часть нити, постоянно увеличивая сопротивление в этой точке. Процесс заканчивается знакомым крошечным разрывом в здоровой на вид нити.
Лампы, работающие от постоянного тока, образуют случайные ступенчатые неровности на поверхности нити, что может сократить срок службы вдвое по сравнению с лампами, работающими на переменном токе; Для противодействия этому эффекту можно использовать различные сплавы вольфрама и рения . [118] [119]
Поскольку обрыв нити накала в газонаполненной лампочке может образовать электрическую дугу , которая может распространиться между клеммами и вызвать очень сильный ток, поэтому в качестве предохранителей , встроенных в лампочку, часто используются намеренно тонкие подводящие провода или более сложные защитные устройства. . [120] В лампах высокого напряжения используется больше азота, чтобы уменьшить вероятность образования дуги. [115]
В обычной лампе испаряющийся вольфрам со временем конденсируется на внутренней поверхности стеклянной колбы, затемняя ее. У лампочек, содержащих вакуум, затемнение равномерное по всей поверхности колбы. Когда используется заполнение инертным газом, испаренный вольфрам переносится тепловыми конвекционными потоками газа и осаждается преимущественно в самой верхней части оболочки, чернея только эту часть оболочки. Лампа накаливания, которая дает 93% или менее своей первоначальной светоотдачи при 75% номинального срока службы, считается неудовлетворительной при испытании в соответствии с публикацией IEC 60064. Потеря света происходит из-за испарения нити накаливания и почернения колбы. [121] Исследование проблемы почернения ламп привело к открытию термоэлектронной эмиссии (эффект Эдисона), изобретению вакуумной трубки и осаждению методом испарения , используемому для изготовления зеркал и других оптических покрытий . [122] [123] [124]
Очень небольшое количество водяного пара внутри лампочки может значительно увеличить затемнение лампы. Водяной пар диссоциирует на водород и кислород на горячей нити. Кислород воздействует на металлический вольфрам, и образующиеся частицы оксида вольфрама перемещаются в более холодные части лампы. Водород из водяного пара восстанавливает оксид, преобразуя водяной пар и продолжая водный цикл . [76] Эквивалент капли воды, распределенной по 500 000 ламп, значительно увеличит затемнение. [75] Небольшие количества веществ, таких как цирконий, помещаются внутрь лампы в качестве газопоглотителя для реакции с любым кислородом, который может выгорать из компонентов лампы во время работы. [ нужна цитата ]
Некоторые старые, мощные лампы, используемые в театрах, проекторах, прожекторах и маяках, с тяжелыми и прочными нитями накаливания содержали в оболочке сыпучий вольфрамовый порошок. Время от времени оператор вынимал лампу и встряхивал ее, позволяя вольфрамовому порошку счистить большую часть вольфрама, конденсировавшегося на внутренней стороне колбы, удаляя почернение и снова просветляя лампу. [125]
Галогенная лампа уменьшает неравномерное испарение нити и исключает потемнение колбы за счет наполнения лампы галогенным газом низкого давления вместе с инертным газом. Галогенный цикл увеличивает срок службы лампы и предотвращает ее потемнение за счет повторного осаждения вольфрама изнутри лампы обратно на нить накаливания. Галогенная лампа может работать 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 одном из вариантов лампы накаливания не использовалась нить накаливания, а вместо этого использовалась дуга, зажигаемая на сферическом шариковом электроде для производства тепла. Затем электрод стал накаляться, при этом дуга мало вносила вклад в создаваемый свет. Такие лампы использовались для проекции или освещения научных инструментов, таких как микроскопы . Эти дуговые лампы работали при относительно низком напряжении и имели вольфрамовые нити для ионизации внутри оболочки. Они давали интенсивный концентрированный свет дуговой лампы , но с ними было проще работать. Эти лампы, разработанные примерно в 1915 году, были вытеснены ртутными и ксеноновыми дуговыми лампами . [126] [127] [128]
Лампы накаливания представляют собой почти чистую резистивную нагрузку с коэффициентом мощности , равным 1. В отличие от газоразрядных или светодиодных ламп, потребляемая мощность равна полной мощности в цепи. Лампы накаливания обычно продаются в зависимости от потребляемой электрической мощности . Это зависит главным образом от рабочего сопротивления нити. Из двух лампочек одинакового напряжения и типа более мощная лампа дает больше света.
В таблице показана приблизительная типичная мощность в люменах стандартных ламп накаливания на 120 В при различной мощности. Светоотдача аналогичных лампочек на 230 В немного меньше. Нить накала с меньшим током (более высоким напряжением) тоньше, и ее приходится эксплуатировать при несколько более низкой температуре в течение того же срока службы, что снижает энергоэффективность . [131] Световой поток «мягко-белых» ламп обычно будет немного ниже, чем у прозрачных ламп той же мощности.
Сопротивление нити зависит от температуры. Холодостойкость ламп накаливания составляет около 1/15 сопротивления при работе. Например, лампа мощностью 100 Вт и напряжением 120 В при горении имеет сопротивление 144 Ом , но сопротивление на холоду значительно ниже (около 9,5 Ом). [75] [b] Поскольку лампы накаливания представляют собой резистивную нагрузку, для управления яркостью можно использовать простые симисторные диммеры с фазовым управлением. Электрические контакты могут иметь обозначение «Т», указывающее, 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, а лампа достигает 90 % своей полной яркости примерно через 0,13 секунды. [132]
Нить вольфрамовой лампочки нелегко сломать, когда она холодная, но нити более уязвимы, когда они горячие, потому что раскаленный металл менее жесткий. Удар по внешней стороне лампы может привести к разрыву нити накаливания или возникновению скачка электрического тока , в результате чего часть ее расплавится или испарится. В большинстве современных ламп накаливания часть провода внутри лампы действует как предохранитель : если обрыв нити накаливания приводит к короткому замыканию внутри лампы, плавкий участок провода расплавится и отключит ток, чтобы предотвратить повреждение линий питания.
Горячая стеклянная колба может треснуть при контакте с холодными предметами. Когда стеклянная колба разбивается, лампочка взрывается , подвергая нить воздействию окружающего воздуха. Затем воздух обычно разрушает горячую нить в результате окисления .
Обозначения формы и размеров лампочек приведены в национальных стандартах. Некоторые обозначения представляют собой одну или несколько букв, за которыми следуют 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 [133] и JIS C 7710:1988 [134], охватывают общую терминологию для форм луковиц.
Большие лампы могут иметь винтовой или байонетный цоколь с одним или несколькими контактами на цоколе. Оболочка может служить электрическим контактом или только механической опорой. Лампы с байонетным цоколем часто используются в автомобильных фонарях , чтобы предотвратить расшатывание из-за вибрации. Некоторые трубчатые лампы имеют электрический контакт на обоих концах. Миниатюрные лампы могут иметь клиновидный цоколь и проводные контакты, а некоторые автомобильные лампы и лампы специального назначения имеют винтовые клеммы для подключения к проводам. В очень маленьких лампах опорные провода накаливания могут проходить через основание лампы для подключения. Двуконтактный цоколь часто используется для галогенных ламп или ламп с рефлектором. [137]
В конце 19 века производители представили множество несовместимых цоколей для ламп. Стандартные базовые размеры Mazda компании General Electric вскоре были приняты по всей территории США.
Цоколи ламп можно прикрепить к колбе с помощью цемента или механическим обжимом в углублениях, отформованных в стеклянной колбе.
Лампы, предназначенные для использования в оптических системах, имеют цоколи с функциями выравнивания, позволяющими точно располагать нить накала внутри оптической системы. Лампа с винтовым цоколем может иметь произвольную ориентацию нити накаливания при установке лампы в патрон.
Контакты в патроне лампочки позволяют электрическому току проходить через цоколь к нити накала. Розетка обеспечивает электрические соединения и механическую опору, а также позволяет заменить лампу в случае ее перегорания.
Лампы накаливания очень чувствительны к изменению 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 лампы, но снизит ее светоотдачу примерно на 16%. Лампы с длительным сроком службы используют этот компромисс в таких приложениях, как светофоры. Поскольку используемая ими электроэнергия стоит дороже, чем стоимость лампочки, лампы общего назначения подчеркивают эффективность в течение длительного срока службы. Целью является минимизация стоимости света, а не стоимости ламп. [75] Ранние лампы имели срок службы до 2500 часов, но в 1924 году картель Феб согласился ограничить срок службы до 1000 часов. [138] Когда это было раскрыто в 1953 году, General Electric и другим ведущим американским производителям было запрещено ограничивать срок службы. [139]
Приведенные выше соотношения действительны лишь для изменения напряжения на несколько процентов относительно стандартных номинальных условий, но они показывают, что лампа, работающая при низком напряжении, может прослужить намного дольше, чем при номинальном напряжении, хотя и со значительно сниженной светоотдачей. « Столетний свет » — это лампочка, которая занесена в Книгу рекордов Гиннеса как почти непрерывно горящая на пожарной станции в Ливерморе, штат Калифорния , с 1901 года. Однако лампочка излучает свет, эквивалентный лампочке на четыре ватта. . Похожую историю можно рассказать о 40-ваттной лампочке в Техасе, которая освещалась с 21 сентября 1908 года. Когда-то она располагалась в оперном театре , где известные знаменитости останавливались, чтобы полюбоваться ее сиянием, а в 1977 году ее перевезли в местный музей. [140]
Фотопрожекторы , используемые для фотографического освещения, обеспечивают светоотдачу в течение всего срока службы, причем некоторые из них работают всего два часа. Верхним температурным пределом нити накала является температура плавления металла. Вольфрам — это металл с самой высокой температурой плавления 3695 К (3422 ° C; 6 191 ° F). Например, проекционная лампа со сроком службы 50 часов рассчитана на работу при температуре всего на 50 °C (122 °F) ниже этой точки плавления. Такая лампа может достигать 22 люмен на ватт по сравнению с 17,5 для лампы общего назначения со сроком службы 750 часов. [75]
Лампы одинаковой мощности, но рассчитанные на разное напряжение, имеют разную светоотдачу. Например, лампа мощностью 100 Вт, 1000 часов и напряжением 120 В будет производить около 17,1 люмен на ватт. Аналогичная лампа, рассчитанная на напряжение 230 В, будет производить всего около 12,8 люмен на ватт, а лампа, рассчитанная на 30 В (освещение поездов), будет производить целых 19,8 люмен на ватт. [75] Лампы более низкого напряжения имеют более толстую нить накала при той же номинальной мощности. Они могут работать сильнее в течение того же срока службы, прежде чем нить накала испарится.
Проволока, используемая для поддержки нити, делает ее механически прочнее, но отводит тепло, создавая еще один компромисс между эффективностью и долговечностью. Многие 120-вольтовые лампы общего назначения не используют дополнительных опорных проводов, но лампы, предназначенные для « грубой эксплуатации » или «вибрационной эксплуатации», могут иметь до пяти проводов. Низковольтные лампы имеют нити накаливания из более толстой проволоки и не требуют дополнительных опорных проводов.
Очень низкие напряжения неэффективны, поскольку подводящие провода отводят слишком много тепла от нити, поэтому практический нижний предел для ламп накаливания составляет 1,5 В. Очень длинные нити накаливания для высокого напряжения хрупкие, а цоколи ламп становится сложнее изолировать, поэтому лампы для освещения не изготавливаются на номинальное напряжение свыше 300 Вольт. [75] Некоторые инфракрасные нагревательные элементы рассчитаны на более высокое напряжение, но в них используются трубчатые лампы с широко разнесенными клеммами.
Патент Эдисона на бамбуковую нить 1200.
Консолидированная компания была преемницей компании Electro-Dynamic Light Company из Нью-Йорка, первой компании, организованной в Соединенных Штатах для производства и продажи электрических ламп накаливания, и владельцем большого количества патентов, датированных ранее от каких конкурирующих компаний зависело. ... Компания по электрическому освещению США была организована в 1878 году, через несколько недель после создания Электро-динамической компании.
Компания United States Electric Lighting Company была основана в 1878 году, через несколько недель после создания Electro-Dynamic Light Company.
Компания United States Electric Lighting Company была организована в 1878 году, через несколько недель после компании Electro-Dynamic, и стала преемницей старейшей компании в Соединенных Штатах по производству электроэнергетического оборудования.
{{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь ){{citation}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)