Нитка розжарювання з вольфраму

Чому у ламп перегорають нитки напруження або, висловлюючись менш точно, але зате більш коротко, чому перегорають лампи? Ви купили лампу, електронну або освітлювальну; вона справно працює деякий час, але в кінці кінців перегорає, хоча умови її роботи не змінювалися - tf ній завжди підводиться один і той же, нормальне для неї напругу розжарення. В чому полягає «фізика» цього перегорання, чому один і той же струм, нормальний спочатку, згодом виявляється для нитки згубним?

Розглядаючи перегоріла освітлювальну лампу, ми помічаємо, що її балон зсередини потемнів. Поява темного нальоту пояснюється осіданням на стінках балона парів вольфраму, з якого зроблена нитка. Нитки напруження освітлювальних ламп працюють при температурі близько 2 500 ° С. При такій температурі починається помітне випаровування вольфраму. Процес перегоряння нитки буває зазвичай такий: товщина нитки по всій її довжині не абсолютно однакова, місцями вона дещо товщі, місцями тонше. Там, де нитка тонше, її опір природно більше, внаслідок чого це місце нагрівається сильніше (нагрів пропорційний величині опору). А раз температура нитки більше, то і її випаровування в цьому місці відбувається інтенсивніше, чому нитка ще більш тоншає.

У підсумку виходить "своєрідна« зворотний зв'язок »: збільшення випаровування тягне за собою прискорене потоншення нитки, а це в свою чергу призводить до возрастанію- випаровування.

Процес цей завершується перегоранням - розплавленням-нитки в тому місці, яке було найбільш тонким. Виходить точно за приказкою: де тонко, там і рветься. Природно, що крім товщини нитки, грають роль і умови її охолодження. Наприклад, нитки рідко перегорають близько власників, які сприяють відведенню тепла. Якщо нитка перегорить близько держателя, то це означає, що її товщина в цьому місці була набагато меншою, ніж на решті довжині.

Процес випаровування матеріалу нитки у електронних ламп менш помітний, ніж у освітлювальних, тому що нитки напруження електронних ламп працюють при менших температурах. Але сам «механізм» перегорання у них такий же: найбільш інтенсивне випаровування металу нитки відбувається там, де вона особливо тонка. Лампи прямого напруження частіше перегорають, ніж подогревним, тому що нитки розжарення батарейних ламп взагалі тонше і, крім того, умови їх охолодження значно гірше. Зіткнення нитки напруження подогревним ламп з порцеляною або зробленим з іншого матеріалу ізолятором, що відокремлює нитка розжарення від катода, сприяє гарному охолодженню.

Цілком очевидно, що навіть невеликий перегарту вельми скорочує тривалість життя нитки напруження - процес угонченія тонких місць при Перекалля відбувається зі збільшеною інтенсивністю. Для ілюстрації варто навести одну цифру: збільшення випаровування вольфраму при підвищенні його температури пропорційно 38-го ступеня температури, т. Е. Пропорційно Г38.

Чи немає в заголовку помилки? Цілком очевидно, що перегрів може бути наслідком перегарту, але яким чином він може виникнути через недокала? Тут природно очікувати не програв, а недогріву.

Але тим не менше в заголовку помилки немає. Прагнучи зберегти лампи, радіоаматори часто недокалівают їх, а це призводить до шкідливого перегріву, і лампа виходить з ладу. Пояснюється це наступним.

В даний час все радіоприймальні лампи мають активовані катоди, покриті шаром окислів барію і стронцію. Активують речовини дозволяють отримувати достатню електронну емісію при низькій температурі - всього 750-800 ° С. При такій температурі випаровування вольфраму практично дуже мало і термін служби ламп визначається зазвичай не перегоранням нитки, а випаровуванням або руйнуванням активного оксидного шару.

Саме в цьому відношенні і небезпечний недокал ламп. Для оксидного шару велику небезпеку становить виникнення на його поверхні вогнищ перегріву - більш сильного нагріву окремих точок поверхні в порівнянні з сусідніми, а такі осередки виникають при недокале.

Анодний струм лампи проходить крізь оксидний шар. Якщо катод нелокален, то опір оксидного шару сильно зростає. Особливо велике опір в тих місцях, де в оксидному шарі є потовщення. Проходячи крізь ці місця, анодний струм викликає їх сильне нагрівання (чим більше опір, тим більше

тепла виділяється на ньому при даному струмі), а це в свою чергу призводить до збільшення їх емісії, внаслідок чого анодний струм ще більш зростає. В результаті температура таких ділянок оксидного шару досягає точки випаровування оксиду.

Процес носить такий характер в тих випадках, коли зменшення напруження не супроводжується відповідним зменшенням анодного напруги. Висока анодна напруга сприяє збільшенню анодного струму. Тому зниження напруги напруження ламп завжди має супроводжуватися відповідним зниженням величини анодного напруги і, отже, анодного струму.

Подібного роду саморозігрів оксидного катода може в деяких випадках привести до того, що лампа буде продовжувати працювати і при вимкненому струмі розжарення. Якщо анодний струм досить великий, то після виключення напруження оксидний шар буде розігріватися проходять через! Нього анодним струмом і емісія катода не припиниться. Так, з вимкненим напруженням іноді можуть - працювати, наприклад, кенотрони. Але робота лампи в таких умовах буває нестійка: зазвичай або анодний струм зростає настільки, що оксидний шар випаровується, або струм починає зменшуватися, катод охолоджується і емісія припиняється.

Особливо стрімкий розвиток електричного освітлення починається після освоєння технології виготовлення вольфрамовихнітей. Спосіб застосування вольфраму (або молібдену) для тіла розжарення вперше дав А. Н. Лодигін.

У 1911 році американський фізик Ч. Д. Кулідж запропонував застосувати як покриття вольфрамовойнітінакала окис торію - оксидний катод - і отримав вольфрамовий дріт.

ниткою можна досягти яскравого напруження і неможливо позбутися від потемніння лампової колби через випаровування вугільної нитки. Лодигін запропонував замінити вугільну нитку в лампочці металевою ниткою з молібдену або вольфраму.

В сучасних лампах розжарювання світло дає також розпечене тверда речовина (вольфрамоваянітьнакаліванія), але тут світло випромінюється не завдяки звільняється в результаті окисного процесу хімічної енергії, а за.

Новий розвиток вона отримала в кінці XIX- початку XX ст. коли був розроблений спосіб виготовлення нітейнакалаіз металевого порошку вольфраму для освітлювальних ламп.

Справа в тому, що принцип випромінювання світла світлодіодом докорінно, фізично, так би мовити, відрізняється від процесу випускання світла розпеченій вольфрамовойнітью звичайної лампи розжарювання.