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.
