Автор: В этой статье рассказывается, почему лампочка начинает светиться, когда мы включаем свет, что происходит внутри неё, какие физические процессы отвечают за появление света и чем различаются старые и современные виды ламп. Вы узнаете, как электрическая энергия превращается в световую, как работает нить накаливания и почему светодиоды почти не нагреваются.
Что происходит, когда мы включаем свет
Когда вы нажимаете на выключатель, замыкается электрическая цепь. Это значит, что от электростанции, по проводам и далее через розетку и патрон, ток начинает течь к лампочке. Электрический ток — это движение электронов по проводнику, и именно он «запускает» работу лампы.
Внутри лампочки это движение вызывает нагревание или возбуждение материалов, и в результате появляется свет. Но механизм свечения может быть разным в зависимости от типа лампы.
Как светит лампа накаливания
Один из самых старых и простых видов — лампа накаливания, изобретённая ещё в XIX веке.
Внутри неё есть:
- колба из стекла, внутри которой вакуум или инертный газ (например, аргон);
- тонкая спираль из вольфрама — это нить накаливания;
- две ножки-контакты, через которые проходит ток.
Когда ток начинает проходить через вольфрамовую спираль, она очень быстро нагревается — до температуры около 2500–3000°C. При такой температуре металл начинает светиться — излучать видимый свет. Это явление называется тепловым излучением или инфракрасным и видимым свечением горячих тел.
Чем выше температура — тем ярче свет. Но при этом большая часть энергии уходит в виде тепла, и лампа сильно греется.
Почему нить не сгорает сразу
Чтобы вольфрамовая нить не разрушалась от окисления, её помещают в герметичную стеклянную колбу. Там либо нет воздуха (вакуум), либо внутри находится инертный газ, который не реагирует с металлом.
Тем не менее, со временем даже вольфрам испаряется, оседая на стенках лампочки — поэтому старые лампы «чернеют». Это одна из причин, почему лампа накаливания перегорает.
Как работает люминесцентная лампа
В отличие от лампы накаливания, люминесцентная лампа (её ещё называют «энергосберегающей») светит другим способом.
Внутри такой лампы находится:
- ртутный пар;
- два электрода по краям;
- внутренняя поверхность колбы покрыта люминофором.
Когда ток проходит через ртутный пар, он вызывает ультрафиолетовое излучение. Это невидимый свет. Но когда оно попадает на люминофор, покрывающий стенки, тот начинает светиться в видимом свете.
Это называется флуоресценцией — преобразование ультрафиолета в видимый свет. Такой способ менее горячий, чем накаливание, и экономит электроэнергию.
Как светит светодиодная лампа (LED)
Самый современный и экономичный вид — светодиодная лампа, или LED. Она работает по совсем иному принципу, основанному на свойствах полупроводников.
Внутри такой лампы:
- маленький кристалл из особого материала;
- контакты и линзы, усиливающие свет;
- электронная плата для питания.
Когда ток проходит через кристалл, электроны и «дырки» (отсутствующие электроны) сталкиваются и высвобождают фотоны — частицы света. Этот процесс называется электролюминесценция.
В отличие от ламп накаливания, здесь почти не выделяется тепло, и поэтому светодиоды:
- долговечны (служат до 25 лет);
- экономичны (тратят в 5–10 раз меньше энергии);
- безопасны, потому что не нагреваются.
Сравнение разных видов ламп
| Параметр | Лампа накаливания | Люминесцентная | Светодиодная (LED) |
|---|---|---|---|
| Способ свечения | Нагрев металла | Свечение люминофора | Электролюминесценция |
| Энергия уходит в | Свет + тепло | Свет + немного тепла | Почти весь ток в свет |
| Нагревается? | Да, сильно | Умеренно | Почти нет |
| Срок службы | 1000 ч | 5000–8000 ч | До 50 000 ч |
| Экономичность | Низкая | Средняя | Очень высокая |
Каждая технология имеет свои особенности, но все они превращают электрическую энергию в световую, просто разными способами.
Можно ли включить лампу без электричества?
Совсем без электричества — нет, но есть лампы, которые работают от батареек, солнечных панелей или аккумуляторов. Источник энергии может быть любым, но всё равно нужен ток, чтобы запустить механизм свечения.
Есть и фосфоресцентные материалы, которые светятся в темноте после того, как «набрали» свет от внешнего источника, но они не настоящие лампы — это химическая реакция.
Заключение
Лампочка светится потому, что электрический ток вызывает физические или химические процессы, в результате которых появляется видимый свет. В лампе накаливания свет — это раскалённый металл. В люминесцентной — флуоресценция. В светодиодной — взаимодействие частиц в полупроводнике. Все эти технологии создают свет, который делает нашу жизнь ярче, безопаснее и комфортнее.