№ 856. Почему электрические лампы накаливания чаще всего перегорают в момент включения?
В момент включения сила тока во много раз больше номинальной, так как сопротивление холодной нити мало.
Источник:
Решебник по физике за 10, 11 класс (А.П. Рымкевич, 2001 год),
задача №856
к главе «ГЛАВА X. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В РАЗЛИЧНЫХ СРЕДАХ. 40. Электрический ток в металлах, полупроводниках, вакууме».
Почему лампы накаливания чаще всего перегорают в момент включения
Обычная ситуация: нажимаете выключатель, короткая вспышка, и очередная лампочка накаливания “приказала долго жить”. Помянув недобрым словом производителя, делаете замену. Многие слышали, что время работы должно быть не менее 1000 часов. Так почему же она прослужила всего пару недель вместо нескольких месяцев?
В основном, срока работы ламп накаливания зависит от условий эксплуатации ламп и присущими этому типу источников света недостатками. Прежде чем углубиться в подробный анализ причин, влияющих на время работы, отметим очень важный факт: лампочки перегорают, как правило, в момент их включения. И тому есть объяснение, правда, не очень простое и очевидное.
“Сердцем” всех ламп накаливания является вольфрамовая спираль, которую светотехники предпочитают называть “телом накала”. Тело накала изготавливают из тонкой вольфрамовой проволоки, навитой в форме спирали.
Технология изготовления довольно сложна, требует высокоточного оборудования и жесткого соблюдения технологии. От качества изготовления спирали во многом зависит дальнейшее время службы ламп. Ведь ей предстоит работать при температуре почти 3000 градусов.
При такой высокой температуре начинаются процессы, которые, в конечном счете, “губят” лампу. Прежде всего, это испарение вольфрама. Проволока становится тоньше и появляется небольшой перепад диаметра проволоки. В этом месте испарение ускоряется и лампа перегорает.
Процесс довольно длительный и, при нормальном напряжении, лампа вполне может отслужить 1000 часов. Замедлить испарение можно наполнением колбы инертным газом, например, криптоном. В продаже можно найти подобные лампы по грибообразной форме колб.
Второй процесс связан со структурой вольфрама. При изготовлении проволоки вольфрам имеет структуру с мелкими кристаллами вытянутой формы. Разогрев до высоких рабочих температур вызывает рост (укрупнение) кристаллов. Такой процесс называется рекристаллизацией вольфрама. Площадь межкристаллической поверхности при этом значительно (в сотни раз) уменьшается. Примеси, которые неизбежно присутствуют в металле, собираются между кристаллами и образуют чрезвычайно хрупкое соединение – карбид вольфрама.
И, наконец, рассмотрим третий процесс, который обычно ставит точку в жизни лампы. Нужно помнить, что сопротивление вольфрама в холодном состоянии заметно (в 9-12 раз) меньше, чем при рабочей температуре в 3000 градусов. Поэтому при первом включении через лампочку, в соответствии с законом Ома, проходит ток, в соответствующее число раз превышающий рабочий. При прохождении тока через проводник возникают электродинамические силы. При этом спираль подвергается механическому воздействию.
А теперь можно проследить последовательность явлений рокового для лампы включения. После нажатия выключателя через холодную спираль проходит ток, на порядок превышающий рабочий. К спирали прикладывается кратковременное механическое усилие, подобное рывку. В месте, где проволока стала тоньше за счет испарения, возникают повышенные нагрузки и спираль ломается по хрупкому шву карбида вольфрама. Дальнейшее понять просто: в месте трещины вольфрам разогревается до плавления и лампа “гибнет”.
Все эти процессы многократно ускоряются при повышенном напряжении питания ламп. Увеличение напряжения на 3% уменьшает время службы лампы на 30%. Если в квартире напряжение выше номинального (220В) значения на 10%, то лампы накаливания будут служить всего несколько суток.
Очень сильно продолжительность жизни ламп зависит от частоты включения. У производителя на стендах лампы испытываются при стабильном напряжении и определенной частоте включений в час. По результатам подобных испытаний и указывается средний период службы источников света.
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
Почему перегорают лампочки в момент включения люстры?
Чаще всего перегорают лампочки (свечки — цоколь Е14) в момент включения люстры. Уже пробовали разные лампочки от дешевых до дорогих. Горят регулярно, на днях опять две сразу сгорели (месяца не прошло как заменила). Электрик смотрел, видимых проблем не нашел. Говорит, такие лампочки.
в избранное
Engineer [16.6K]
Возможно все таки, что у Вас в сети электропитания завышено напряжение, или в доме периодически происходит перекос фаз из-за плохого нуля. — 8 лет назад
комментировать
beeke eper [1.9K]
8 лет назад
Дело тут не в резком нагреве, а в сопротивлении спирали электрической лампочки. У работающей лампочки сопротивление нити достаточно большое, а в холодном состоянии сопротивление нити очень маленькое, и в момент включения через это маленькое сопротивление течет очень большой ток, который электрическая лампочка ввиду конструкции и не выдерживает. В современных лампах ресурс вольфрамовой нити очень маленький, гораздо меньше, когда лампочки выпускались при Советах. И через какое то время, а иногда и при первом включении, такие лампы просто перегорают, заставляя владельцев квартир держать дома приличный запас этих самых «наэкономленных» лампочек, чтобы не бегать каждый раз за новыми. Электрика можете и не беспокоить, это не в его власти, а вот приобрести выключатели с автоуправлением или дистанционным управлением очень полезно, так как они не дают сразу всю нагрузку, а подключают лампы через балластное сопротивление, сбрасывая лишний ток на балласт.
автор вопроса выбрал этот ответ лучшим
комментировать
в избранное ссылка отблагодарить
БУРбу рБУР [1.6K]
6 лет назад
Давайте выделим несколько причин из — за которых могут перегорать лампочки.
Но перед этим напомню Вам о том, что везде, где работает электричество, в момент включения, подачи напряжения на любые приборы и выключения, обесточивания этих приборов, будь то лампочка, чайник, телевизор и т. д. происходят так называемые переходные процессы, перепады напряжения мгновенные (миллионные доли секунды), но очень большие по амплитуде.
Вы наверно обращали внимание, что к примеру, вводный автомат, когда Вы его включаете, он идет с небольшой натугой и затем резко щелкает. Это предусмотрено конструкцией данного автомата и сделано именно для того, что бы минимизировать эти переходные процессы при соприкосновении его контактов, должно быть как можно меньше сопротивление и дребезга контактов.
Могут работать несколько причин одновременно.
Значит первая причина, это плохой выключатель для вашей люстры, да плохой, далее, также необходимо «обслужить люстру», проверить, что за патроны, какие лепестки контактов с лампочкой, плохой контакт, повышение сопротивления.
И после этого, возможно завышено напряжение в сети, плохой ноль в квартире или в доме, но тогда бы перегорали не только лампочки, но и другие приборы.
Да и лампочки накаливания выбирайте на максимальное напряжение.
комментировать
в избранное ссылка отблагодарить
Anatm ar [57.2K]
8 лет назад
Одной из причин перегорания лампочек во время включения является несоответствие номинального напряжения вкрученной в люстру лампочки с реальным напряжением в сети.
В продаже чаще всего можно найти лампочки накаливания с номиналом 230В.
А в сети зачастую напряжение прыгает. Согласно ГОСТу 13109-97 в сети разрешены колебания до 242В. В реальности мне не раз приходилось наблюдать и 250В. Если еще учесть недобросовестность производителя лампочек, то разрыв может быть еще бОльшим (вместо указанных 230В на самом деле может быть меньше).
Больше всего что во время включения в сети было повышенное напряжение и вольфрамовая спираль (нить) в лампочке нагревается в этот момент больше положенных (оптимальных) 2000-2300 градусов и естественно, мгновенно перегорает.
При покупке лампочек обращайте внимание не только на мощность, но и на номинальное напряжение, которое указывается на стеклянной колбе или цоколе.
Чем выше рабочее напряжение, тем дольше прослужит вам лампочка и перегорать во время включения не будет, проверено на собственном опыте. И чем ниже будет напряжение в сети, тем больший срок будет работать лампочка.
Могу предложить еще один выход: установите на входе стабилизатор напряжения, тогда вы защитите не только лампочки, но и все свои электроприборы и домашнюю электротехнику.
Часто перегорают электрические лампочки – почему так происходит?
Несмотря на то, что самая старая спиральная лампочка беспрерывно светится еще с 1901 года, чаще других осветительных приборов перегорают именно лампы накаливания. На данный момент такой тип освещения постепенно устаревает. Но лампочки со спиралями все еще продолжают повсеместно использовать, поэтому стоит разобраться, почему они так часто перегорают и каков срок службы лампы накаливания.
Основные причины
Специалисты разбирались, какие условия способствовали, чтобы старая лампочка не перегорела за 120 лет, и вот к чему они пришли. Ей обеспечило невероятно высокий ресурс свечение в глубоком недокале, то есть на малой мощности при довольно заниженном КПД.
Получается, чем ярче светит лампа, тем меньший у нее ресурс. Но есть и другие причины преждевременного перегорания.
Большая влажность в помещении
Спираль перегорает при перепадах температур по причине собравшегося конденсата на лампе. При включении лампочки, изнутри моментально повышается температура, а снаружи конденсат не дает ей нагреться, таким образом на колбе получается большая разность температур из-за воды. Продлить срок службы ламп в ванной можно путем установки других тип лампочек с меньшей мощностью — энергосберегающие, светодиодные.
Проблемы с выключателем
Если лампочка исправна, но свечение неравномерное, значит проблема в контактах. Сначала нужно проверить выключатель. Надо снять крышку и осмотреть нет ли горелых и оплавленных мест на корпусе. Возможно, появился нагар на контактах, который следует очистить лезвием или мелким наждаком.
Низкое качество лампы
При сравнении качественной и некачественной лампы одинаковой мощности, можно увидеть разницу. У дешевых ламп:
- тоньше нить накаливания, неровные витки;
- стекло колбы имеет зеленоватый оттенок и в нем могут быть воздушные пузырьки;
- на цоколе плохая резьба, из-за чего бывают трудности с ввинчиванием.
Качественная лампа изготовлена аккуратно и из жаростойких материалов. Если не хотите менять тип лампы, то выбирайте изделия известных брендов.
Вибрации
От вибрации появляются трещины на залитых частях цоколя лампы. Так как спираль на концах усиков держатся за счет сжатия, они могут ослабиться. Этому подвержены и зажимы на контактах.
Высокое напряжение
Лампы постоянно перегорают из-за чрезмерного напряжения. При повышении напряжения спираль светится ярче, ее ресурс быстрее расходуется. Нагревается цоколь, следовательно, и контакты, материл которых может быть не рассчитан на превышенный предел. Патроны нужно ставить под определенную мощность лампы и с расчетом на возможное повышение напряжения в сети.
Перегрев
Чтобы исключить перегрев ламп мощностью более 75 ватт, не вкручивайте их под закрытые плафоны. Такие светильники предназначены для использования лампочек с низкой мощностью или диодных.
Проблемы с контактами в патроне
Плохой контакт в патроне вызывает мерцание света. Лампочка может не включиться, пока ее не тронуть или не докрутить. Если такое случилось, нужно подогнуть центральную контактную пластину, нагар очищается отверткой и мелким наждаком. При наличии винта на пластине, его надо подтянуть.
Скачки напряжения в сети
Периодически повышающееся напряжение в сети влечет за собой преждевременное перегорание любых типов ламп. Чтобы исключить скачки и защитить от выхода из строя лампы и электрооборудование, используйте стабилизатор.
Как продлить срок службы лампочки
Заменяя перегоревшую лампу, стоит понять причину того, почему прежняя быстро перегорела. Для этого:
- перед вкручиванием проверьте контакты патрона;
- снимите крышку выключателя и подтяните контактные болты, если есть оплавленные места, замените выключатель;
- вкрутив новую лампу, в течение минуты понаблюдайте бесперебойно ли свечение.
Чтобы лампа накаливания светила как минимум полгода, покупайте фирменные варианты, снизьте силу тока в сети, исключите вибрации и удары по светильнику и следуйте правилам эксплуатации ламп.
Какие лампы будут служить долго
В плафоны и люстры лучше вкручивать энергосберегающие лампочки. Для продолжительного хорошего освещения используйте диоды яркого свечения; они продаются в виде лент. Сейчас наиболее актуально трековое освещение, подходящее практически под любой интерьер. В каталоге магазина Retro Rozetki, представлены все вышеперечисленные типы лампочек и множество других моделей от известных производителей.