Лампа накаливания
Ла́мпа нака́ливания (от греческого λαμπάς – светоч, светильник), искусственный источник света с излучателем из тугоплавкой проволоки (обычно в виде нити или спирали), накаливаемой электрическим током. Изобретена А. Н. Лодыгиным в 1872 г. (патент – 1874); в качестве нити накала использовался угольный стержень, помещённый в стеклянный баллон (колбу), из которого за счёт сгорания части угля при пропускании тока удалялся кислород. В дальнейшем конструкция лампы накаливания постоянно совершенствовалась. В 1879 г. Т. А. Эдисон создал пригодную для промышленного изготовления конструкцию лампы накаливания с угольной нитью повышенной долговечности (около 40 ч), разработал для электроламп патрон и цоколь с винтовой нарезкой, а также применил откачку воздуха из баллона. В 1898–1908 гг. в качестве тела накала испытывались металлы (Os, Ta, W), а с 1909 г. стали применяться лампы накаливания с вольфрамовой нитью. Для снижения скорости испарения нити накала И. Ленгмюр предложил наполнять лампы накаливания инертным газом (1909). В 1912–1913 гг. появились первые лампы накаливания, наполненные азотом и инертными газами (Ar, Kr); вольфрамовую нить стали изготовлять в виде спирали. Заполнение лампы накаливания инертными газами с добавками галогенов позволило уменьшить загрязнение колбы лампы частицами распылённого металла и существенно увеличить время жизни таких ламп. Использование тела накала в форме биспирали (спирали, навитой из спирали) сократило потери теплоты через газ.
Излучение лампы накаливания обусловлено законами теплового излучения, в том числе законом Кирхгофа, связывающим испускательную и поглощательную способности реального излучателя с испускательной способностью абсолютно чёрного тела, и законом Планка, дающим спектральное распределение излучения. Для получения видимого излучения необходимо, чтобы температура достигала нескольких тысяч градусов. Чем меньше температура, тем меньше доля видимого света и тем более «красным» кажется излучение. Для получения максимально «белого» света необходимо повышать температуру нити накала, которая, в свою очередь, ограничена температурой плавления материала нити. В современной лампе накаливания применяются материалы с максимальными температурами плавления – W (3420 °C) и (реже) Os (3027 °C). При практически достижимых температурах 2300–3300 °C лампы накаливания испускают свет, который кажется более «жёлто-красным», чем дневной свет. Для оценки качества света служит цветовая температура.
Конструктивно многочисленные разновидности лампы накаливания состоят из однотипных частей, различающихся размерами и формой. Типовая лампа накаливания представляет собой стеклянную колбу, в которой на стеклянном или металлическом штенгеле с помощью держателей из молибденовой проволоки закреплено тело накала (моно- или биспираль из вольфрама). Концы спирали соединены с электрическими вводами, средняя часть которых с целью создания вакуумно-плотного соединения со стеклянной лопаткой выполняется из платинита или молибдена. Для крепления к патрону лампа снабжается цоколем, прикрепляемым к колбе специальной мастикой. Большинство современных ламп накаливания являются газонаполненными; наполнение – в основной смеси инертных газов (Ar, Kr, Xe и др.) с небольшим количеством N, иногда с добавками галогенов (обычно I или Br). Азот вводится с целью исключения возникновения газового разряда в лампе. Лампы малой мощности (до 25 Вт) из экономических соображений, как правило, выполняют вакуумными (остаточное давление воздуха 10–1 мПа).
Лампы накаливания классифицируют: по областям применения (осветительные общего назначения – для внутреннего и наружного освещения; специального назначения – транспортные, метрологические, для сигнализации и индикации, для оптических систем, местного освещения и др.); по основной конструктивной форме и светотехническим свойствам колбы (прозрачные и матовые, с зеркальным куполом, шаровые, каплевидные, декоративные – в форме свечи, пламени и т. п., с рассеивающим покрытием и др.); по форме тела накала (лампы со сплошной моно- или биспиралью – прямолинейной, дуговой, в виде зигзага; с телом накала, сформованным из отдельных секций или в виде плоской пластины, и др.). По габаритным размерам различают сверхминиатюрные, миниатюрные, малогабаритные, нормальные и крупногабаритные лампы накаливания (например, к сверхминиатюрным относятся лампы длиной менее 10 мм и диаметром менее 6 мм; у крупногабаритных ламп длина превышает 175 мм, а диаметр – 80 мм).
Лампы накаливания изготовляются на напряжения от долей до сотен вольт, мощностью от долей ватта до десятков киловатт. Срок службы (средняя продолжительность горения) колеблется от 5 ч (например, самолётные фарные лампы) до 2000 ч и более. Световая отдача зависит от конструкции, напряжения, мощности и продолжительности горения лампы и составляет 10–35 лм/Вт. По световой отдаче лампы накаливания уступают разрядным источникам света, однако они проще в эксплуатации (не требуют пусковых устройств и сложной арматуры) и практически не имеют ограничений по напряжению и мощности. Лампы накаливания широко применяются в светильниках общего освещения, прожекторах, проекционных аппаратах, автомобильных и самолётных фарах, а также для кино-, фотосъёмочного и телевизионного освещения и др. С 1990-х гг. лампы накаливания общего назначения постепенно вытесняются более экономичными (т. н. энергосберегающими) компактными люминесцентными лампами со встроенным электронным пускорегулирующим аппаратом и резьбовым цоколем.