Спектр галогенной лампы накаливания

Спектр галогенной лампы накаливания

Галогенная лампа — это лампа накаливания, выполненная в виде кварцевой колбы, наполненной инертным газом с добавкой галогенов или их соединений, обеспечивающих замедленное испарение тела накаливания. Первые галогенные лампы появились в 1959 году в США и почти одновременно — в СССР.

Строение галогенных ламп идентично со строением обычных ламп накаливания. Однако, для уменьшения испарения вольфрама и осветления стенок колбы в галогенных лампах используется вольфрамово-галогенный цикл. В состав наполняющего галогенную лампу газа вводится небольшое количество галогенов (фтор, хлор, бром и йод).

Галогенные лампы, как и лампы накаливания, излучают тепло. Спираль, изготовленная из жаропрочного вольфрама, находится в колбе, заполненной инертным газом. При прохождении через спираль электрического тока она накаляется, вырабатывая тепловую и световую энергию. Накаливание приводит к испарению частичек вольфрама, которые оседают в виде черного осадка внутри колбы. При повышении давления газа этот процесс замедляется.

Размеры и низкая прочность колбы традиционной лампы накаливания не позволяют повышать давление газа далее. Чем выше температура спирали, тем больше излучается света. В тоже время ускоряется процесс испарения вольфрама, что снижает срок службы лампы накаливания. В галогенных лампах большая часть этих отрицательных явлений устранена.

Кроме этого, колба галогенной лампы выполняется из тугоплавкого кварцевого стекла, которое более устойчиво к высокой температуре и химическим воздействиям. Кварцевое стекло — жаропрочный материал, а маленькие габариты гарантируют прочность, достаточную для того, чтобы создавать более высокое давление газа. Поэтому размер колбы в галогенных лампах накаливания может быть сильно уменьшен, вследствие чего с одной стороны можно повысить давление в газе-наполнителе, и с другой стороны становится возможным применение дорогих инертных газов криптон и ксенон в качестве газов-наполнителей. Все это позволяет повысить температуру спирали, в результате чего увеличивается в 2 раза световая отдача (13-25 лм/Вт) и срок службы галогенной лампы (в 2–4 раза выше, чем у ламп накаливания). Преимущество галогенных лампочек — повышенная светоотдача.

Галогенные лампы с покрытием, отражающим инфракрасную составляющую

Галогенные лампы нового поколения с отражающим инфракрасное излучение покрытием ламповой колбы характеризуются значительным повышением световой отдачи. Это обусловлено следующим физическим процессом: часть энергии, которая в обычных галогенных лампах накаливания преобразовывается в невидимое излучение инфракрасное излучение (более 60 % производительности излучения), в лампах с покрытием частично преобразовывается снова в свете. Это становится возможным благодаря структуре покрытия, которое пропускает только видимый свет, а инфракрасное излучение по возможности полностью возвращает на спираль, где оно частично поглощается. Это вызывает повышение температуры спирали, вследствие чего подачу электроэнергии можно сократить. Световая отдача возрастает.

Преимущество галогенных лампочек — в повышенной светоотдаче при том же расходе электроэнергии. Недостаток — в смещении спектра в синюю область. У них свет «белее», чем у ламп накаливания, причем с некоторым количеством ультрафиолета. Если он падает на вещь, окрашенную нестойкой к свету краской, то выгорает она значительно быстрее, чем от обычных ламп, — это надо учитывать. В спектре этих источников света действительно присутствуют УФ-лучи. Галогенные лампы даже рекомендуют для восполнения недостатка естественного освещения при выращивании растительных культур. Известен случай, когда в бутике платье на манекене освещали галогенной лампой, и через два месяца образовалось «выгоревшее» пятно.

Галогенные лампы излучают приятный белый свет с цветовой температурой до 3200 К и отличной цветопередачей. Свет, который они излучают, ближе света всех иных ламп к солнечному. Их малые размеры, почти миниатюрность, позволяют создавать совершенно новые светильники, например, так называемого акцентирующего освещения, — специально сконструированная система отражателя позволяет настолько усилить поток света, что это дает дизайнерам дополнительные возможности в оформлении помещения. По сравнению с обычными лампами накаливания галогенные имеют световую отдачу 13-25 лм/Вт, высокий ресурс службы и лучшую стабильность светового потока.

Миниатюрные размеры галогенных ламп эстетически более привлекательны (у низковольтных галогенных ламп (12 В, 100 Вт): диаметр колбы в 5 раз меньше, чем у ламп накаливания той же мощности). Не случайно сегодня именно низковольтные галогенные светильники используют для подсветки стеллажей, полок, различных элементов интерьера. Все предметы выглядят нарядными, объемными, а их цвета становятся сочнее и ярче; подчеркивается блеск стекла и металла.

Кроме этого галогенные лампы на 12 В полностью электробезопасны. Ассортимент галогенных лампочек гораздо богаче обычных. Производимые сегодня галогенные лампы настолько разнообразны и многофункциональны (линейные, капсульные, рефлекторные и т. д.), что это позволяет дизайнерам-светотехникам оформлять интерьеры самым изысканным образом, находить такое световое решение, которое требуется конкретному помещению.

Подведем итоги. Основные преимущества галогенных ламп по сравнению с лампами накаливания: галогенные лампы бoлee эффeктивнo пpeoбpазуют энepгию, имeют в несколько pаз бoльший cpoк cлужбы, пpoизвoдят бoлee яpкий бeлый cвeт, более качественно передают цвета освещаемых предметов, выпускаются в более богатом ассортименте, пoзвoляют лучшe упpавлять cвeтoвым пучкoм и напpавлять eгo c бoльшeй тoчнocтью, бoлee кoмпактны, благoдаpя чeму coздаютcя нoвыe вoзмoжнocти дизайна.

Более современным и эффективным аналогом галогенных светильников сейчас считаются светодиодные прожекторы.

Галогенные лампы используются в подавляющем большинстве автомобильных фар и пока не собираются сдавать свои позиции. Долговечность, приемлемая яркость и низкая цена — таким сочетанием потребительских свойств не могут похвастаться ни ксеноновые, ни светодиодные лампы.

Читайте также:  Конденсатор в блоке питания монитора

Первая пригодная для освещения лампа накаливания

Прототипы лампы накаливания появились в самом начале XIX века. Автором же первой пригодной для практического применения лампы накаливания был немецкий часовщик Генрих Гёбель. Дело было в 1854 году. В качестве тела накала в его лампе выступала обугленная бамбуковая нить толщиной 0,2 мм. Источником тока выступала химическая батарея.

Разумеется, о массовом производстве и широком применении не могло быть и речи. Ни эффективный вакуумный насос, необходимый для вакуумирования ламп в промышленных масштабах, ни динамо-машина, способная непрерывно вырабатывать электроэнергию, еще не были изобретены.

Появление современных ламп

Поиск наилучшей конструкции лампы накаливания вели изобретатели по всему миру. Но именно наш соотечественник Александр Николаевич Лодыгин нашел сразу несколько принципиально важных технических решений. Именно он первым предложил сворачивать нить накаливания в спираль и заполнять колбу инертным газом.

В 1900 году молибденовые и вольфрамовые лампы Лодыгина демонстрировались на Всемирной выставке в Париже.


Трудности в создании лампы накаливания

В конструкции лампы накаливания, кажется, нет ничего принципиально сложного. Но дьявол, как всегда, скрывается в деталях.

Одна из главных трудностей — найти наиболее подходящий материал для тела накала. Физика знает, что любое тело, имеющее температуру выше абсолютного нуля, излучает все длины электромагнитных волн. По мере увеличения температуры интенсивность излучения возрастает, и одновременно его максимум смещается в сторону более коротких длин волн. При температуре выше 800 К (градусов Кельвина) тело начинает излучать видимый свет в красной части спектра.

При дальнейшем повышении температуры тела свечение смещается от красного края спектра к синему. Для многих веществ, кстати, существует возможность определять температуру на расстоянии по цвету излучения. Здесь берет начало уже упомянутая нами физическая величина — цветовая температура.

Цветовая температура солнечного света примерно равна 5500 К. Зрение человека эволюционно лучше всего приспособлено именно к такому свету. В идеале искусственный источник света должен его повторять. А для этого он должен быть нагрет до температуры как раз 5500 К.

Беда в том, что это температура солнечной плазмы, и она практически недостижима. Поэтому усилия инженеров и изобретателей, работавших над конструкцией лампы накаливания, во многом были направлены именно на это — найти для тела накала лампы такое вещество, которое выдерживало бы длительное нагревание до возможно более высокой температуры. И поскольку речь идет об электрической лампочке, при этом являлось бы проводником электрического тока.

Очевидно, что поиск очень быстро привел исследователей к тугоплавким металлам. И сегодня для спиралей ламп накаливания повсеместно используется вольфрам. Температура его плавления 3695 К. Для сравнения, температура плавления железа вдвое ниже — 1812 К.

Любопытный факт: лампа-долгожительница

Срок службы бытовых ламп накаливания около 2000 часов. Хорошие галогенки в среднем работают вдвое дольше. А лампа в пожарном депо в Ливерморе (Калифорния, США) горит непрерывно с 1901 года. Сейчас ей посвящен специальный веб-сайт, и веб-камера круглосуточно передает ее изображение.

Объяснение живучести этой лампы пока не найдено. Предположительно, все дело в составе вещества, из которого изготовлена нить — в нем много углерода. Как бы то ни было, прогресс пошел по пути совершенствования ламп с вольфрамовой нитью, а не угольной. В результате появились лампы, которые сегодня называются галогенными.


Галогенная лампа — самая совершенная лампа накаливания

Чтобы повысить эффективность излучения лампы, температура тела накаливания должна быть как можно выше. При увеличении температуры доля видимого света возрастает, а потери в инфракрасной области спектра относительно сокращаются. Однако при повышении температуры также увеличивается и испарение вольфрама из тела накала: нить становится тоньше и, в конечном счете, лампочка перегорает. Но, что гораздо хуже, испаряющийся вольфрам конденсируется на внутренней поверхности стеклянной колбы и уменьшает ее прозрачность — свет лампочки становится тусклее.

Эту проблему удалось решить в галогенных лампах путем добавления в колбу буферного газа — паров брома или йода.

Процессы, происходящие в горящей галогенной лампе:

— Вольфрамовая спираль лампы имеет температуру около 3000 градусов. При такой температуре атомы вольфрама отрываются от кристаллической решетки и улетучиваются.

— Подлетая к стенкам колбы, имеющим температуру около 1400 градусов, атомы вольфрама оседают на ее поверхности. Однако при такой температуре они соединяются с галогенами, образуя галоиды.

— Молекулы галоидов перемещаются по колбе; когда они оказываются вблизи раскаленной спирали, то под действием высокой температуры распадаются. При этом атомы вольфрама возвращаются на спираль, а атомы галогенов освобождаются для нового цикла.

Галогенный цикл позволяет поддерживать поверхность колбы прозрачной и несколько увеличивает срок службы спирали. К сожалению, процесс восстановления спирали атомами вольфрама носит случайный характер. В результате со временем некоторые участки спирали слишком истончаются и лампа перегорает.

По сравнению с обычной лампой накаливания галогенки:
— дают больше света в пересчете на 1 Ватт потребляемой мощности;
— излучают более белый свет;
— примерно в 2 раза долговечнее и гораздо компактнее.

И, разумеется, они гораздо лучше для применения в качестве источника света в автомобильных фарах.


Как делают галогенные лампы

Хотя галогенные лампы в автомобильных фарах начали применять еще в 50-х годах прошлого века, массовый переход на этот источник света произошел только спустя 30 лет, в 1980-х.

Читайте также:  Fallout 4 поселения в ядер мире

Сегодня технология изготовления галогенных ламп для автомобильных фар отработана в мельчайших деталях. Процесс полностью автоматизирован.

Последовательность изготовления галогенной лампы:

1. Вначале к молибденовым проволочкам приваривается спираль из вольфрама, которая будет играть роль тела накала.

2. Спираль помещается в стеклянную трубку, которая запаивается с одной стороны.

3. Трубка вакуумируется, полнота удаления воздуха контролируется.

4. В полость лампы добавляются галогены — бром или йод. После чего колба запаивается окончательно. Если бы колбу заполняли только галогеном, то лампа бы сразу же перегорела. Внутрь автомобильной лампы закачивают смесь газов. В эту смесь входят азот, аргон и какой-нибудь галоген.

5. Колба устанавливается в цоколь, соответствующий типу лампы. Автомат закрепляет колбу так, чтобы вольфрамовая нить накаливания находилась в строго определенном положении относительно цоколя. Это важно для правильного светораспределения фары.

6. Лампа проверяется на работоспособность.

7. В зависимости от конкретной модели лампы в нее может устанавливаться вторая вольфрамовая спираль, непрозрачный экран, а торец колбы может покрываться непрозрачной краской. Эти дополнения обеспечивают правильное светораспределение лампы и фары в целом.


Качественные галогенки — это непросто

Качественные лампы это:
— долговечность,
— яркость,
— правильное светораспределение.

Увеличению долговечности лампы и повышению мощности света помогает добавление инертного газа ксенона в смесь газов. В лампах Philips, например, для изготовления колбы используется высокопрочное кварцевое стекло Philips с УФ-фильтром (Philips Quartz Glass), благодаря которому лампа заполнена смесью газов под давлением 15 атмосфер в холодном состоянии. При работе давление возрастает в несколько раз. Галогенки с колбами из твердого стекла такое давление не выдерживают, поэтому и служат гораздо меньше.

Яркость лампы определяется параметрами и точностью расположения вольфрамовой нити внутри колбы. Поскольку вольфрам — очень тугоплавкий металл, технология его обработки довольно сложна. Значение имеет все: микрокристаллическая структура металла, примеси, длина проволоки, ее сечение, геометрия нити. При размерах нити в несколько миллиметров изготовить ее качественно непросто.

Для правильного светораспределения фары необходимо, чтобы нить располагалась точно в фокусе отражателя. Если для ближнего и дальнего света используется одна лампа, необходимо, чтобы каждая нить была точно позиционирована относительно отражателя фары.

Дешевые низкокачественные лампы легко узнать по неправильному светораспределению. В конечном счете, покупать дешевые лампочки оказывается накладно: и дорогу освещают плохо, и перегорают часто. Гораздо разумнее выбрать долговечную лампу надежного производителя.

Галогенные лампы используются в подавляющем большинстве автомобильных фар и пока не собираются сдавать свои позиции. Долговечность, приемлемая яркость и низкая цена — таким сочетанием потребительских свойств не могут похвастаться ни ксеноновые, ни светодиодные лампы.

Первая пригодная для освещения лампа накаливания

Прототипы лампы накаливания появились в самом начале XIX века. Автором же первой пригодной для практического применения лампы накаливания был немецкий часовщик Генрих Гёбель. Дело было в 1854 году. В качестве тела накала в его лампе выступала обугленная бамбуковая нить толщиной 0,2 мм. Источником тока выступала химическая батарея.

Разумеется, о массовом производстве и широком применении не могло быть и речи. Ни эффективный вакуумный насос, необходимый для вакуумирования ламп в промышленных масштабах, ни динамо-машина, способная непрерывно вырабатывать электроэнергию, еще не были изобретены.

Появление современных ламп

Поиск наилучшей конструкции лампы накаливания вели изобретатели по всему миру. Но именно наш соотечественник Александр Николаевич Лодыгин нашел сразу несколько принципиально важных технических решений. Именно он первым предложил сворачивать нить накаливания в спираль и заполнять колбу инертным газом.

В 1900 году молибденовые и вольфрамовые лампы Лодыгина демонстрировались на Всемирной выставке в Париже.


Трудности в создании лампы накаливания

В конструкции лампы накаливания, кажется, нет ничего принципиально сложного. Но дьявол, как всегда, скрывается в деталях.

Одна из главных трудностей — найти наиболее подходящий материал для тела накала. Физика знает, что любое тело, имеющее температуру выше абсолютного нуля, излучает все длины электромагнитных волн. По мере увеличения температуры интенсивность излучения возрастает, и одновременно его максимум смещается в сторону более коротких длин волн. При температуре выше 800 К (градусов Кельвина) тело начинает излучать видимый свет в красной части спектра.

При дальнейшем повышении температуры тела свечение смещается от красного края спектра к синему. Для многих веществ, кстати, существует возможность определять температуру на расстоянии по цвету излучения. Здесь берет начало уже упомянутая нами физическая величина — цветовая температура.

Цветовая температура солнечного света примерно равна 5500 К. Зрение человека эволюционно лучше всего приспособлено именно к такому свету. В идеале искусственный источник света должен его повторять. А для этого он должен быть нагрет до температуры как раз 5500 К.

Беда в том, что это температура солнечной плазмы, и она практически недостижима. Поэтому усилия инженеров и изобретателей, работавших над конструкцией лампы накаливания, во многом были направлены именно на это — найти для тела накала лампы такое вещество, которое выдерживало бы длительное нагревание до возможно более высокой температуры. И поскольку речь идет об электрической лампочке, при этом являлось бы проводником электрического тока.

Очевидно, что поиск очень быстро привел исследователей к тугоплавким металлам. И сегодня для спиралей ламп накаливания повсеместно используется вольфрам. Температура его плавления 3695 К. Для сравнения, температура плавления железа вдвое ниже — 1812 К.

Читайте также:  Не отображается видео в браузере звук есть

Любопытный факт: лампа-долгожительница

Срок службы бытовых ламп накаливания около 2000 часов. Хорошие галогенки в среднем работают вдвое дольше. А лампа в пожарном депо в Ливерморе (Калифорния, США) горит непрерывно с 1901 года. Сейчас ей посвящен специальный веб-сайт, и веб-камера круглосуточно передает ее изображение.

Объяснение живучести этой лампы пока не найдено. Предположительно, все дело в составе вещества, из которого изготовлена нить — в нем много углерода. Как бы то ни было, прогресс пошел по пути совершенствования ламп с вольфрамовой нитью, а не угольной. В результате появились лампы, которые сегодня называются галогенными.


Галогенная лампа — самая совершенная лампа накаливания

Чтобы повысить эффективность излучения лампы, температура тела накаливания должна быть как можно выше. При увеличении температуры доля видимого света возрастает, а потери в инфракрасной области спектра относительно сокращаются. Однако при повышении температуры также увеличивается и испарение вольфрама из тела накала: нить становится тоньше и, в конечном счете, лампочка перегорает. Но, что гораздо хуже, испаряющийся вольфрам конденсируется на внутренней поверхности стеклянной колбы и уменьшает ее прозрачность — свет лампочки становится тусклее.

Эту проблему удалось решить в галогенных лампах путем добавления в колбу буферного газа — паров брома или йода.

Процессы, происходящие в горящей галогенной лампе:

— Вольфрамовая спираль лампы имеет температуру около 3000 градусов. При такой температуре атомы вольфрама отрываются от кристаллической решетки и улетучиваются.

— Подлетая к стенкам колбы, имеющим температуру около 1400 градусов, атомы вольфрама оседают на ее поверхности. Однако при такой температуре они соединяются с галогенами, образуя галоиды.

— Молекулы галоидов перемещаются по колбе; когда они оказываются вблизи раскаленной спирали, то под действием высокой температуры распадаются. При этом атомы вольфрама возвращаются на спираль, а атомы галогенов освобождаются для нового цикла.

Галогенный цикл позволяет поддерживать поверхность колбы прозрачной и несколько увеличивает срок службы спирали. К сожалению, процесс восстановления спирали атомами вольфрама носит случайный характер. В результате со временем некоторые участки спирали слишком истончаются и лампа перегорает.

По сравнению с обычной лампой накаливания галогенки:
— дают больше света в пересчете на 1 Ватт потребляемой мощности;
— излучают более белый свет;
— примерно в 2 раза долговечнее и гораздо компактнее.

И, разумеется, они гораздо лучше для применения в качестве источника света в автомобильных фарах.


Как делают галогенные лампы

Хотя галогенные лампы в автомобильных фарах начали применять еще в 50-х годах прошлого века, массовый переход на этот источник света произошел только спустя 30 лет, в 1980-х.

Сегодня технология изготовления галогенных ламп для автомобильных фар отработана в мельчайших деталях. Процесс полностью автоматизирован.

Последовательность изготовления галогенной лампы:

1. Вначале к молибденовым проволочкам приваривается спираль из вольфрама, которая будет играть роль тела накала.

2. Спираль помещается в стеклянную трубку, которая запаивается с одной стороны.

3. Трубка вакуумируется, полнота удаления воздуха контролируется.

4. В полость лампы добавляются галогены — бром или йод. После чего колба запаивается окончательно. Если бы колбу заполняли только галогеном, то лампа бы сразу же перегорела. Внутрь автомобильной лампы закачивают смесь газов. В эту смесь входят азот, аргон и какой-нибудь галоген.

5. Колба устанавливается в цоколь, соответствующий типу лампы. Автомат закрепляет колбу так, чтобы вольфрамовая нить накаливания находилась в строго определенном положении относительно цоколя. Это важно для правильного светораспределения фары.

6. Лампа проверяется на работоспособность.

7. В зависимости от конкретной модели лампы в нее может устанавливаться вторая вольфрамовая спираль, непрозрачный экран, а торец колбы может покрываться непрозрачной краской. Эти дополнения обеспечивают правильное светораспределение лампы и фары в целом.


Качественные галогенки — это непросто

Качественные лампы это:
— долговечность,
— яркость,
— правильное светораспределение.

Увеличению долговечности лампы и повышению мощности света помогает добавление инертного газа ксенона в смесь газов. В лампах Philips, например, для изготовления колбы используется высокопрочное кварцевое стекло Philips с УФ-фильтром (Philips Quartz Glass), благодаря которому лампа заполнена смесью газов под давлением 15 атмосфер в холодном состоянии. При работе давление возрастает в несколько раз. Галогенки с колбами из твердого стекла такое давление не выдерживают, поэтому и служат гораздо меньше.

Яркость лампы определяется параметрами и точностью расположения вольфрамовой нити внутри колбы. Поскольку вольфрам — очень тугоплавкий металл, технология его обработки довольно сложна. Значение имеет все: микрокристаллическая структура металла, примеси, длина проволоки, ее сечение, геометрия нити. При размерах нити в несколько миллиметров изготовить ее качественно непросто.

Для правильного светораспределения фары необходимо, чтобы нить располагалась точно в фокусе отражателя. Если для ближнего и дальнего света используется одна лампа, необходимо, чтобы каждая нить была точно позиционирована относительно отражателя фары.

Дешевые низкокачественные лампы легко узнать по неправильному светораспределению. В конечном счете, покупать дешевые лампочки оказывается накладно: и дорогу освещают плохо, и перегорают часто. Гораздо разумнее выбрать долговечную лампу надежного производителя.

Ссылка на основную публикацию
Сколько рублей получают ютуберы
Видеохостинг YouTube — не только развлекательная площадка, но и хороший источник дохода. Тысячи пользователей выкладывают ролики, пытаясь привлечь внимание аудитории....
Самый дорогой самсунг 2018
Samsung / Самсунг - южнокорейская компания, ведущий производитель смартфонов в мире. В первом квартале 2018 года доля Самсунг на мировом...
Самый лучший smart tv
Ежегодные обновления телевизионных технологий делают телевизоры уже больше, чем обычным экраном для демонстрации каналов. Растет популярность функции Smart TV, которая...
Сколько света мотает компьютер
Выбирая комплектующие для персонального компьютера (ПК) обычно обращают внимание на производительность и объем памяти, порой забывая о том, сколько же...
Adblock detector