Лампа накаливания. Электронагревательные приборы

Самый распространенный электропотребитель – это лампа накаливания. В лампе накаливания электрическая энергия превращается в теплоту и свет. Главным элементом лампы накаливания является нить накаливания – спираль из вольфрамовой проволоки длиной примерно 1 м и диаметром 50 мкм, которая под действием тока нагревается до 2400 °С. При такой температуре тело достигает белого каления и начинает ярко светить. Нить накаливания изготавливается из вольфрама, потому что это вещество выдерживает высокую температуру. Температура плавления вольфрама 3387 °С.

Нить накаливания.

Нить накаливания находится в стеклянной колбе, которая наполнена аргоном или криптоном. Если бы в стеклянной колбе был воздух, то горячий вольфрам быстро окислился, и нить разрушилась. В пространстве, где нет воздуха, нить тоже долго не продержится, так как горячий вольфрам испаряется. Чтобы этому воспрепятствовать, стеклянная колба лампы заполняется инертным газом. На конце стеклянной колбы находится металлический цоколь. Внутри колбы имеется стеклянная ножка-подпорка, в которую впаяны проволочки-держатели нити накаливания. Другие концы проволочек впаяны в цоколь. Одна проволочка соединена с резьбой цоколя, другая – с изолированной от резьбы клеммой в основании лампы.

Устройство лампы накаливания.

Для включения в цепь лампа вкручивается в винтовой патрон. На дне пат­рона две клеммы, которые соприкасаются с клеммой в основании лампы и цоколем. Клеммы на дне патрона при помощи проводов соединены с электрической сетью.

Устройство патрона.

Небольших размеров галогенные лампы, используемые в фарах автомобилей, проекционных аппаратах, а также для освещения рабочих и жилых помещений, обычно наполнены парами йода. При высокой температуре газообразный йод препятствует испарению вольфрама. Температура нити накаливания работающей галогенной лампы составляет примерно 3000 °С. Благодаря значительно более высокой температуре галогенные лампы при той же мощности тока излучают примерно в два раза больше света, чем обычные лампы накаливания. Галогенные лампы во время работы сильно нагреваются. Температура такой работающей лампы в некоторых случаях может даже превышать 500 °С. Поэтому галогенные лампы в сравнении с обычными лампами накаливания более пожароопасны. Колба галогенной лампы сделана из кварцевого стекла, которое выдерживает более высокую температуру, чем стекло. При замене лампы нельзя касаться поверхности кварцевой колбы пальцами, поскольку пальцы всегда потные. От пота на горячей колбе останутся следы, и лампа может быстро перегореть. Галогенные лампы могут излучать вредное для человека ультрафиолетовое излучение. Чтобы избежать этого, на светильники, предназначенные для освещения комнаты галогенными лампами, ставятся специальные защитные фильтры. В некоторых автомобильных лампах может быть две нити накаливания, которые потребляют ток разной мощности.

Галогенный светильник с ультрафиолетовым фильтром.

В галогенной лампе автомобиля может быть две нити накаливания.

У разных галогенных ламп могут быть разные цоколи. Цоколь может быть с резьбой, как у лампы накаливания. Есть галогенные лампы, цоколи которых подобны цоколям автомобильных  ламп, а есть такие, у которых на конце цоколей имеются два штифта, как у штепселя настольной лампы. У цилиндрических галогенных ламп клеммы находятся на обоих концах лампы.

На каждой лампе указаны номинальное напряжение и номинальная мощность. Используемые для освещения помещения лампы накаливания рассчитаны на напряжение 220–240 В, галогенные лампы – на 12 В, 24 В или 230 В, лампочки карманного фонарика – на напряжение 2,5 В или 3,5 В и т. д. Номинальная мощность ламп накаливания обычно находится в пределах от 15 до 3000 ватт.

Используемые в домах галогенные лампы рассчитаны на напряжение 230 В или 12 В. Светильники, в которых галогенные лампы работают под напряжением 12 В, снабжены специальным устройством, которое преобразует напряжение 230 В в напряжение 12 В.

Помимо ламп накаливания, на явлении теплового действия тока основана также работа различных электронагревательных приборов. В домашнем хозяйстве из них наиболее известны электроплита, электрический чайник, кофеварка, тостер, утюг, электрический радиатор, тепловентилятор, паяльник и др.

Основной деталью всех электронагревательных приборов является нагревательный элемент, в котором энергия электрического поля превращается во внутреннюю энергию проводника. Нагревательный элемент изготавливается из вещества с большим удельным сопротивлением, которое не плавится при нагревании до температуры 1000–1200 °С. Часто нагревательный элемент изготавливается из нихрома (сплава никеля, железа, хрома и марганца). Поскольку у нихрома большое удельное сопротивление ($\[ \rho =\mathrm{1,1}\frac{\text{Ом}\cdot {\text{мм}}^{\text{2}}}{\text{м}} \]$), то из него можно изготавливать нагревательные элементы маленьких размеров.

Многие электронагревательные приборы снабжены терморегуляторами, размыкающими электрическую цепь при определенной температуре. Таким путем предотвращается перегрев прибора. Когда прибор остывает до предусмотренной температуры, терморегулятор снова включает электрический ток. Таким образом достигается то, что снабженный терморегулятором электрический прибор работает в определенном интервале температур. Терморегуляторами снабжены, например, утюги, духовки, электрорадиаторы и др.