Wolframfaden. Wolframfaden
1783 erhalten, wurde es viele Jahre lang nicht benutzt.
Wenig überraschend – das Metall ist natürlich duktil, aber auch sehr hart und zudem das feuerfesteste aller Metalle: 3380 °C sind für Sie kein Scherz.
Wenn und wo Wolfram verwendet wurde, war es daher in China - in Pfirsichfarbe für Porzellan, wo schöne Farbe gab Wolframoxid. Obwohl diejenigen, die Jahrhunderte lang Porzellan bemalten, nichts davon wussten.
Alles änderte sich 1900, als die ersten Stähle mit Wolfram auftauchten.
Uns interessiert jedoch reines Wolfram bzw. wie können wir daraus einen dünnen Draht für Filamente herstellen? Schließlich wäre es schön, wenn wir neben elektronischen Lampen auch einfache Glühlampen herstellen würden ...
Die ersten Glühlampen waren mit Kohlefäden (1878). Wir werden uns nicht an die MTBF einer solchen Lampe erinnern, das Problem war ein anderes - die Energieeffizienz betrug nur 1 Lumen pro Watt. Die Glühbirnen waren schwach und haben viel gefressen, und 20 Jahre Forschung haben die Effizienz auf bis zu 3 Lumen / Watt gebracht. Gleichzeitig hat die einfachste moderne Glühlampe 12 Lumen / Watt.
Natürlich wurden Jahr für Jahr Versuche unternommen, Kohle zu ersetzen. Ende des 19. Jahrhunderts wurden Lampen mit Osmiumfaden hergestellt, und seit 1903 - aus Tantal (7 Lumen / Watt).
Der Glühfaden aus Wolfram wurde erst 1904 hergestellt und erhielt die begehrten 12 Lumen/Watt, spezielle Hochvoltlampen haben sogar 22 Lumen/Watt.
Mit welchen Mitteln wurde dies erreicht?
Es gibt mehrere Ansätze zur Herstellung von Filamenten.
Ich werde gleich sagen - einfaches Zeichnen ist hier nicht geeignet. Natürlich gab es Versuche, Wolfram im Lichtbogen zu schmelzen und mit diesem Tropfen im heißen Zustand zu arbeiten. Trotzdem funktionierte der sehr dünne Draht, den wir brauchten, nicht, weil sich beim Erstarren in Wolfram ziemlich große Kristalle bildeten und Wolfram spröde wurde. Und im Allgemeinen - das ist nicht unsere Methode. Was sind unsere?
mal methode.
Entworfen im Jahr 1906. Sehr fein gemahlenes schwarzes Wolframpulver wurde mit Dextrin oder Stärke vermischt, bis eine plastische Masse entstand. Hydraulischer Druck zwang diese Masse durch dünne Diamantsiebe. Der resultierende Faden war stark genug, um auf Spulen gewickelt und getrocknet zu werden.
Anschließend wurden die Fäden in „Haarnadeln“ geschnitten, die in einer Inertgasatmosphäre auf Rotgluttemperatur erhitzt wurden, um Restfeuchte und leichte Kohlenwasserstoffe zu entfernen. Jede "Haarnadel" wurde in einer Klemme befestigt und in einer Wasserstoffatmosphäre durch Durchleiten eines elektrischen Stroms zu hellem Glühen erhitzt. Dies führte zur endgültigen Entfernung unerwünschter Verunreinigungen. Bei hohen Temperaturen verschmelzen einzelne kleine Wolframpartikel und bilden einen einheitlichen festen Metallfaden. Diese Fäden sind elastisch, wenn auch zerbrechlich.
Die Methode ist (relativ) einfach, hat aber einen Nachteil. Tatsache ist, dass es nicht möglich war, die organische Substanz vollständig auszubrennen und die Kohlenstoffreste nach und nach den Faden verließen und sich an den Wänden des Kolbens absetzten und die Lampe "verdunkelte". Natürlich sind solche Wolframfäden in elektronischen Lampen kaum zu gebrauchen, sondern nur in Glühlampen.
Methode zwei
Entworfen von Just und Hannaman. Ein Kohlenstofffilament mit einem Durchmesser von 0,02 mm wurde mit Wolfram beschichtet, indem es in einer Atmosphäre aus Wasserstoff und Wolframhexachloriddampf erhitzt wurde. Der so beschichtete Faden wurde in Wasserstoff unter vermindertem Druck zum hellen Glühen erhitzt. Die Wolframhülle und der Kohlenstoffkern wurden vollständig miteinander verschmolzen, um Wolframcarbid zu bilden. Der resultierende Thread hatte weiße Farbe und war zerbrechlich. Als nächstes wurde das Filament in einem Wasserstoffstrom erhitzt, der mit Kohlenstoff wechselwirkte und ein kompaktes Filament aus reinem Wolfram hinterließ.
Diese Methode liefert viel bessere Ergebnisse, aber ihre Komplexität! ..
Methode drei
1909 von William Coolidge entworfen. Wolfram wurde mit Cadmium-Amalgam vermischt, aus der entstandenen Kunststoffmasse wurde ein Draht hergestellt, und beim Kalzinieren im Vakuum verdampften zunächst Cadmium und dann Quecksilber vollständig, so dass ein dünner Faden aus gesintertem reinem Wolfram zurückblieb, der zudem noch weiter verarbeitbar war wird bearbeitet.
Das ist das meiste, was es gibt unsere Methode!
P.S. An einer Stelle traf ich auf die Erwähnung, dass Coolidge die Methode dann verbesserte und auf Quecksilber verzichtete. Wie das passiert ist, konnte ich keine Erklärung finden.
Methode vier
Eigentlich das moderne Methode Produktion von Wolframfilamenten (als Referenz).
Am Eingang befindet sich pulverisiertes Wolfram, das durch die Reduktion von Ammoniumparawolframat erhalten wird. Es muss von hoher Reinheit sein und besteht in der Regel aus gemischten Pulvern aus Wolfram unterschiedlicher Herkunft die Qualität des Metalls zu mitteln (die Wirtschaft muss wirtschaftlich sein). Aber auch ein solches Mischen ist keine leichte Aufgabe, es wird in Mühlen durchgeführt und das Wolfram erhitzt sich ziemlich stark. Damit es nicht oxidiert, muss die Mühle eine reine Stickstoffatmosphäre haben.
Ferner wird das Pulver durch eine hydraulische Presse mit 5,25 kg / mm 2 gepresst
Sind die Pulver noch verunreinigt, so wird der Preßling spröde und zu dessen Beseitigung wird ein organischer Binder zugesetzt, der anschließend vollständig oxidiert wird.
Dann - Vorsintern und Abkühlen der Stäbe in einem Wasserstoffstrom, ihre mechanischen Eigenschaften werden verbessert.
Trotzdem sind die Presslinge noch ziemlich spröde und ihre Dichte beträgt 60–70 % der Dichte von Wolfram, sodass die Stäbe dem nächsten Hochtemperatursintern unterzogen werden.
Der Stab wird zwischen wassergekühlte Kontakte geklemmt und in einer Atmosphäre aus trockenem Wasserstoff wird ein Strom durch ihn geleitet, um ihn fast bis zu seinem Schmelzpunkt zu erhitzen. Durch das Erhitzen wird Wolfram gesintert und seine Dichte steigt auf 85–95% der kristallinen, gleichzeitig nehmen die Korngrößen zu und Wolframkristalle wachsen.
Anschließend erfolgt das Schmieden bei einer Temperatur von 1200-1500 °C. In einer speziellen Vorrichtung werden die Stäbe durch eine Kammer geführt, die mit einem Hammer zusammengedrückt wird. Bei einem Durchgang wird der Stabdurchmesser um 12 % reduziert. Beim Schmieden dehnen sich Wolframkristalle aus und erzeugen eine fibrilläre Struktur. Diese Struktur verhindert, dass Wolfram so spröde wird, dass es gedehnt werden kann.
Nach dem Schmieden folgt das Drahtziehen. Die Stäbe werden geschmiert und durch ein Sieb aus Diamant oder Wolframcarbid geführt. Der Extraktionsgrad hängt vom Verwendungszweck der resultierenden Produkte ab. Der resultierende Drahtdurchmesser beträgt etwa 13 µm.
Und zum Schluss noch ein paar Fakten: Aus 1 kg Wolfram werden 3,5 km Draht hergestellt. Das sind Glühfäden für 23.000 60-Watt-Lampen.
Warum brennen Glühfäden durch oder, weniger präzise, aber kürzer gesagt, warum brennen Lampen durch? Sie haben eine Lampe, Elektronik oder Beleuchtung gekauft; es funktioniert einige Zeit einwandfrei, brennt aber irgendwann durch, obwohl sich die Bedingungen für seinen Betrieb nicht geändert haben - wenn es immer mit der gleichen, normalen Heizspannung versorgt wird. Was ist die „Physik“ dieses Burnouts, warum entpuppt sich der gleiche Strom, der zu Beginn normal ist, im Nachhinein als fatal für den Faden?
Bei der Untersuchung einer ausgebrannten Beleuchtungslampe stellen wir fest, dass sich ihre Glühbirne von innen verdunkelt hat. Das Auftreten einer dunklen Beschichtung erklärt sich durch die Abscheidung von Wolframdampf an den Wänden des Zylinders, aus dem der Faden besteht. Die Glühfäden von Beleuchtungslampen arbeiten bei einer Temperatur von etwa 2.500 °C. Bei dieser Temperatur beginnt eine merkliche Verdunstung. Wolfram. Der Prozess des Fadenausbrennens ist normalerweise wie folgt: Die Dicke des Fadens ist über seine gesamte Länge nicht absolut gleich, an manchen Stellen ist er etwas dicker, an manchen Stellen dünner. Wo der Faden dünner ist, ist sein Widerstand naturgemäß größer, wodurch sich diese Stelle stärker erwärmt (Erwärmung ist proportional zum Widerstandswert). Und da die Temperatur des Fadens höher ist, ist seine Verdunstung an dieser Stelle intensiver, wodurch der Faden noch dünner wird.
Das Ergebnis ist eine "Art von" Rückkopplung»: Eine Zunahme der Verdunstung führt zu einer beschleunigten Verdünnung des Fadens, was wiederum zu einer Zunahme der Verdunstung führt.
Dieser Prozess endet mit einem Burnout - Schmelzen des Fadens an der Stelle, die am dünnsten war. Es fällt genau nach dem Sprichwort aus: Wo es dünn ist, dort bricht es. Neben der Dicke des Fadens spielen natürlich auch die Bedingungen seiner Abkühlung eine Rolle. Beispielsweise brennen die Filamente selten in der Nähe von Haltern aus, die zur Wärmeableitung beitragen. Wenn der Faden in der Nähe des Halters ausbrennt, bedeutet dies, dass seine Dicke an dieser Stelle viel geringer war als an der restlichen Länge.
Der Prozess der Verdampfung des Filamentmaterials in elektronischen Lampen ist weniger bemerkbar als in Beleuchtungslampen, da die Filamente von elektronischen Lampen bei niedrigeren Temperaturen arbeiten. Der „Mechanismus“ ihres Ausbrennens ist aber derselbe: Am intensivsten verdampft das Metall des Fadens dort, wo es besonders dünn ist. Direktglühlampen brennen häufiger durch als beheizte, da die Wendel von Batterielampen generell dünner sind und zudem die Bedingungen für deren Kühlung deutlich schlechter sind. Der Kontakt des Glühfadens von Heizlampen mit Porzellan oder einem Isolator aus einem anderen Material, der den Glühfaden von der Kathode trennt, trägt zu einer guten Kühlung bei.
Es ist ziemlich offensichtlich, dass selbst eine kleine Überhitzung die Lebensdauer des Filaments stark verkürzt - der Prozess des Ausdünnens dünner Stellen während der Überhitzung tritt mit erhöhter Intensität auf. Zur Veranschaulichung lohnt es sich, eine Zahl anzuführen: Die Zunahme der Verdampfung von Wolfram mit zunehmender Temperatur ist proportional zum 38. Temperaturgrad, d.h. proportional zu Г38.
Ist ein Fehler im Titel? Es ist ziemlich offensichtlich, dass Überhitzung das Ergebnis von Überhitzung sein kann, aber wie kann es durch Unterhitzung entstehen? Hier ist natürlich nicht mit Überhitzung, sondern mit Unterhitzung zu rechnen.
Der Titel enthält jedoch keinen Fehler. Um Lampen zu schonen, werden sie von Funkamateuren oft zu wenig gekocht, was zu einer schädlichen Überhitzung führt und die Lampe ausfällt. Dies wird wie folgt erklärt.
Gegenwärtig haben alle Funkempfangslampen aktivierte Kathoden, die mit einer Schicht aus Barium- und Strontiumoxiden beschichtet sind. Aktivierungsmittel ermöglichen eine ausreichende Elektronenemission bei einer niedrigen Temperatur - nur 750-800°C. Bei dieser Temperatur ist die Verdampfung von Wolfram praktisch sehr gering, und die Lebensdauer der Lampen wird meist nicht durch den Glühfadenabbrand, sondern durch die Verdampfung oder Zerstörung der aktiven Oxidschicht bestimmt.
In dieser Hinsicht sind die zu schwachen Lampen gefährlich. Für die Oxidschicht besteht eine große Gefahr im Auftreten von Überhitzungszentren auf ihrer Oberfläche - eine stärkere Erwärmung einzelner Oberflächenpunkte im Vergleich zu benachbarten, und solche Zentren treten bei Unterkühlung auf.
Der Anodenstrom der Lampe fließt durch die Oxidschicht. Wenn die Kathode nicht lokal ist, steigt der Widerstand der Oxidschicht stark an. Der Widerstand ist dort besonders hoch, wo Verdickungen in der Oxidschicht vorhanden sind. Beim Durchgang durch diese Stellen verursacht der Anodenstrom sie starke Hitze(Je mehr Widerstand, desto mehr
bei einem bestimmten Strom wird darauf Wärme freigesetzt), was wiederum zu einer Erhöhung ihrer Emission führt, wodurch der Anodenstrom noch stärker ansteigt. Als Ergebnis erreicht die Temperatur solcher Bereiche der Oxidschicht den Oxidverdampfungspunkt.
Von dieser Art ist der Vorgang in Fällen, in denen die Wärmeabnahme nicht mit einer entsprechenden Abnahme der Anodenspannung einhergeht. Eine hohe Anodenspannung erhöht den Anodenstrom. Daher muss eine Verringerung der Lampenwendelspannung immer mit einer entsprechenden Verringerung der Größe der Anodenspannung und folglich des Anodenstroms einhergehen.
Eine solche Eigenerwärmung der Oxidkathode kann sonst dazu führen, dass die Lampe auch bei abgeschaltetem Wendelstrom weiterarbeitet. Wenn der Anodenstrom groß genug ist, wird die Oxidschicht nach dem Abschalten der Heizung durch den durch sie fließenden Anodenstrom erwärmt, und die Kathodenemission hört nicht auf. Wenn die Hitze ausgeschaltet ist, können sie manchmal zum Beispiel Kenotrons arbeiten. Aber der Betrieb der Lampe unter solchen Bedingungen ist instabil: Normalerweise steigt entweder der Anodenstrom so stark an, dass die Oxidschicht verdampft, oder der Strom beginnt zu sinken, die Kathode kühlt ab und die Emission stoppt.
Glühlampe (LN) - eine elektrische Lichtquelle, deren Leuchtkörper der sogenannte Glühkörper (TN, ein durch elektrischen Stromfluss erhitzter Leiter bis zu hohe Temperatur). Als Material für die HP-Herstellung werden derzeit fast ausschließlich Wolfram und darauf basierende Legierungen verwendet. Am Ende des XIX - der ersten Hälfte des XX Jahrhunderts. TN wurde aus einem günstigeren und einfach zu verarbeitenden Material hergestellt - Kohlefaser.Funktionsprinzip
Eine Glühlampe nutzt den Effekt der Erwärmung eines Leiters (Glühfaden), wenn ein elektrischer Strom durch ihn fließt ( thermische Wirkung aktuell). Die Temperatur des Wolframfadens steigt nach dem Einschalten des Stroms stark an. Das Filament gibt gemäß dem Planckschen Gesetz elektromagnetische Wärmestrahlung ab. Die Planck-Funktion hat ein Maximum, dessen Position auf der Wellenlängenskala von der Temperatur abhängt. Dieses Maximum verschiebt sich mit zunehmender Temperatur zu kürzeren Wellenlängen (Wiensches Verschiebungsgesetz). Um sichtbare Strahlung zu erhalten, ist es notwendig, dass die Temperatur in der Größenordnung von mehreren tausend Grad liegt, idealerweise 5770 K (die Temperatur der Sonnenoberfläche). Je niedriger die Temperatur, desto geringer der Anteil des sichtbaren Lichts und desto „roter“ erscheint die Strahlung.
Teil verbraucht elektrische Energie eine Glühlampe in Strahlung umwandelt, geht ein Teil durch Wärmeleitungs- und Konvektionsvorgänge verloren. Nur ein kleiner Teil der Strahlung liegt im Bereich des sichtbaren Lichts, der Großteil liegt in der Infrarotstrahlung. Um die Effizienz der Lampe zu erhöhen und das maximale "weiße" Licht zu erhalten, muss die Temperatur des Glühfadens erhöht werden, was wiederum durch die Eigenschaften des Glühfadenmaterials - den Schmelzpunkt - begrenzt ist. Ideale Temperatur bei 5770 K ist unerreichbar, da bei einer solchen Temperatur keine bekannter Stoff schmilzt, bricht zusammen und hört auf zu leiten elektrischer Strom. Moderne Glühlampen verwenden Materialien mit maximale Temperaturen Schmelzen - Wolfram (3410 ° C) und sehr selten Osmium (3045 ° C).
Bei praktisch erreichbaren Temperaturen von 2300-2900°C, weit weg von weiß und nicht Tageslicht. Aus diesem Grund strahlen LNs Licht aus, das "gelb-roter" erscheint als Tageslicht. Zur Charakterisierung der Lichtqualität werden die sog. Bunte Temperatur.
In normaler Luft würde sich Wolfram bei solchen Temperaturen sofort in ein Oxid verwandeln. Aus diesem Grund wird HP in einen Kolben gegeben, aus dem bei der Herstellung von LN atmosphärische Gase abgepumpt werden. Am gefährlichsten für LN sind Sauerstoff und Wasserdampf, in deren Atmosphäre HP schnell oxidiert. Die ersten LNs wurden im Vakuum hergestellt; Derzeit werden nur Lampen mit geringer Leistung (für LON - bis zu 25 W) in einem evakuierten Kolben hergestellt. Flaschen mit stärkeren LNs sind mit Gas gefüllt (Stickstoff, Argon oder Krypton). Bluthochdruck in der Flasche von gasgefüllten Lampen reduziert die Zerstörungsrate von HP durch Sprühen stark. Die Kolben von gasgefüllten LNs werden nicht so schnell mit einer dunklen Schicht des aufgesprühten HP-Materials bedeckt, und die Temperatur des letzteren kann im Vergleich zu Vakuum-LNs erhöht werden. Letzteres ermöglicht es, den Wirkungsgrad zu steigern und das Emissionsspektrum etwas zu verändern.
Nomenklatur
Entsprechend dem funktionalen Zweck und den Konstruktionsmerkmalen werden LNs unterteilt in:
Glühschalterlampe (24V 35mA)
Eine besondere Gruppe von LNs sind Halogenlampen weißglühend. Ihr grundlegendes Merkmal ist die Einführung von Halogenen oder ihren Verbindungen in den Hohlraum des Kolbens, wodurch eine deutliche Steigerung möglich ist Betriebstemperatur HP, während seine schnelle Ausbreitung vermieden wird.
Design
LN-Designs sind sehr vielfältig und hängen vom Verwendungszweck eines bestimmten Lampentyps ab. Die folgenden Elemente sind jedoch allen LN gemeinsam: HP, Glühlampe, Stromzuführungen. Je nach Ausstattung bestimmten Typ Lampen VT-Halter können verwendet werden verschiedene Designs; Lampen können ohne Sockel oder mit Sockeln verschiedener Art hergestellt werden, haben einen zusätzlichen Außenkolben und andere zusätzliche Strukturelemente.
Das LON-Design sieht eine Sicherung vor - eine Verbindung aus einer Ferronickel-Legierung, die in den Spalt einer der Stromleitungen eingeschweißt ist und sich in der Regel außerhalb der LN-Glühbirne im Bein befindet. Die Sicherung hat den Zweck, die Zerstörung der LON-Flasche zu verhindern, wenn die WP während des Betriebs bricht. Der Punkt ist, dass in diesem Fall in der Diskontinuitätszone Lichtbogen, wodurch die verbleibenden HP schmelzen, können Tropfen geschmolzenen Metalls das Glas der Glühbirne zerstören und einen Brand verursachen. Die Sicherung ist so ausgelegt, dass sie beim Zünden des Lichtbogens unter dem Einfluss eines deutlich höheren Lichtbogenstroms zerstört wird Nennstrom LN. Die Ferronickel-Verbindung befindet sich in einem Hohlraum, in dem der Druck gleich dem atmosphärischen Druck ist, und daher wird der Lichtbogen leicht gelöscht. Aufgrund ihrer geringen Effizienz wurden sie inzwischen aufgegeben.
Das Design einer modernen Leuchte.
Auf dem Diagramm:
1 - Kolben; 2 - der Hohlraum des Kolbens (Vakuum oder mit Gas gefüllt); 3 - Glühkörper; 4, 5 - Elektroden (Stromeingänge); 6 - Hakenhalter TN; 7 - Lampenbein; 8 - externe Verbindung der Stromleitung, Sicherung; 9 - Basisfall; 10 - Basisisolator (Glas); 11 - Kontakt der Unterseite der Basis.
Flasche
Die Flasche schützt die HP vor Stößen atmosphärische Gase. Die Abmessungen des Kolbens werden durch die Abscheidungsrate des Filamentmaterials bestimmt. Lampen mit höherer Wattzahl erfordern Glühlampen größere Größe, so dass das abgeschiedene HP-Material großflächig verteilt wird und nicht starker Einfluss für Transparenz.
Gasmedium
Die Kolben der ersten Lampen wurden evakuiert. Die meisten modernen Lampen sind mit chemisch inerten Gasen gefüllt (mit Ausnahme von Lampen mit geringer Leistung, die noch im Vakuum hergestellt werden). Der dabei durch Wärmeleitfähigkeit entstehende Wärmeverlust wird durch die Wahl eines Gases mit großem Molekulargewicht reduziert. Mischungen von Stickstoff N2 mit Argon Ar sind aufgrund ihrer geringen Kosten am gebräuchlichsten, es wird auch reines getrocknetes Argon verwendet, seltener Krypton Kr oder Xenon Xe (Molekulargewichte: N2 - 28,0134 g / mol; Ar: 39,948 g / mol; Kr - 83,798 g/mol; Xe - 131,293 g/mol).
Leuchtender Körper
Die Formen von TN sind sehr vielfältig und hängen ab funktionaler Zweck LN. Am gebräuchlichsten ist ein TN aus Runddraht Kreuzung, es werden aber auch Band-TNs (aus Metallbändern) verwendet. Daher ist die Verwendung des Ausdrucks "Glühfaden" unerwünscht - der im International Lighting Dictionary enthaltene Begriff "Glühkörper" ist korrekter.
Die HP der ersten Lampen bestand aus Kohle (Sublimationstemperatur 3559 °C). Moderne Lampen verwenden fast ausschließlich Wolframfilamente, manchmal eine Osmium-Wolfram-Legierung. Um die Größe des HP zu reduzieren, wird ihm normalerweise die Form einer Spirale gegeben, manchmal wird die Spirale einer wiederholten oder sogar tertiären Spiralisierung unterzogen, wodurch eine Zweispirale bzw. eine Trispirale erhalten wird. Der Wirkungsgrad solcher LNs ist aufgrund einer Verringerung der HP-Wärmeverluste aufgrund von Konvektion höher (die Dicke der Langmuir-Schicht nimmt ab).
Lampen werden für verschiedene Betriebsspannungen hergestellt. Die Stromstärke wird durch das Ohmsche Gesetz (I \u003d U / R) und die Leistung durch die Formel P \u003d U I oder P \u003d U² / R bestimmt. Weil Metalle wenig haben Widerstand, um diesen Widerstand zu erreichen, wird ein langer und dünner Draht benötigt. Die Dicke des Drahtes in herkömmlichen Lampen beträgt 40-50 Mikrometer.
Denn beim Einschalten liegt das Filament an Zimmertemperatur, sein Widerstand ist um eine Größenordnung geringer als der Arbeitswiderstand. Daher fließt beim Einschalten ein sehr großer Strom (das Zehn- bis Vierzehnfache des Betriebsstroms). Wenn sich das Filament erwärmt, steigt sein Widerstand und der Strom nimmt ab. Im Gegensatz zu modernen Lampen wurden frühe Kohlefaden-Glühlampen entsprechend betrieben umgekehrtes Prinzip- Beim Erhitzen nahm ihr Widerstand ab und das Leuchten nahm langsam zu.
Bei Blitzlampen ist ein Bimetallschalter in Reihe mit dem Glühfaden eingebaut. Aus diesem Grund arbeiten solche Lampen unabhängig voneinander in einem flackernden Modus.
Doppelhelix 
Doppelwendel (bispiral) LN (Osram 200 W) mit Stromzuführungen und Haltern
Sockel
Die Form des Sockels mit dem Faden einer herkömmlichen Glühlampe wurde von Thomas Alva Edison vorgeschlagen. Sockelgrößen sind genormt. Bei den Lampen Hausgebrauch Die gebräuchlichsten Edison-Basen sind E14 (Minion), E27 und E40. Es gibt auch Sockel ohne Gewinde (die Lampe wird durch Reibung oder nicht mit Gewinde versehene Kupplungen - z. B. Bajonett - in der Patrone gehalten) sowie Lampen ohne Sockel, die häufig in Autos verwendet werden.
Erfindungsgeschichte
Lampe Lodygin
Thomas Edison-Lampe mit Kohlefaser-Glühfaden (E27-Sockel, 220 Volt)
Effizienz und Langlebigkeit
Nahezu die gesamte der Lampe zugeführte Energie wird in Strahlung umgewandelt. Verluste durch Wärmeleitung und Konvektion sind gering. Für das menschliche Auge steht jedoch nur ein kleiner Wellenlängenbereich dieser Strahlung zur Verfügung. Der Hauptteil der Strahlung liegt im unsichtbaren Infrarotbereich und wird als Wärme wahrgenommen. Koeffizient nützliche Aktion Glühlampen erreichen ihren Maximalwert von 15 % bei einer Temperatur von etwa 3400 K. Bei praktisch erreichbaren Temperaturen von 2700 K ( gewöhnliche Lampe bei 60 W) beträgt der Wirkungsgrad 5 %.
Haltbarkeit und Helligkeit abhängig von der Betriebsspannung
Mit steigender Temperatur steigt die Effizienz der Glühlampe, gleichzeitig wird aber ihre Lebensdauer deutlich reduziert. Bei einer Wendeltemperatur von 2700 K beträgt die Lampenlebensdauer ca. 1000 Stunden, bei 3400 K nur wenige Stunden. Wie in der Abbildung rechts gezeigt, verdoppelt sich die Helligkeit, wenn die Spannung um 20 % erhöht wird. Gleichzeitig verringert sich die Lebensdauer um 95 %.
Eine Reduzierung der Versorgungsspannung senkt zwar den Wirkungsgrad, erhöht aber die Lebensdauer. Eine Reduzierung der Spannung um die Hälfte (z. B. bei Reihenschaltung) verringert den Wirkungsgrad stark, erhöht jedoch die Lebensdauer um fast das Tausendfache. Dieser Effekt wird häufig genutzt, wenn es darum geht, eine zuverlässige Notbeleuchtung ohne besondere Anforderungen an die Helligkeit, beispielsweise an, bereitzustellen Landungen. Häufig wird dazu bei Wechselstrombetrieb die Lampe in Reihe mit der Diode geschaltet, wodurch der Strom nur während der halben Periode in die Lampe fließt.
Die begrenzte Lebensdauer einer Glühlampe ist zu einem geringeren Teil auf die Verdunstung des Wendelmaterials während des Betriebs und zu einem größeren Teil auf in der Wendel entstehende Inhomogenitäten zurückzuführen. Eine ungleichmäßige Verdampfung des Filamentmaterials führt mit zunehmendem Auftreten dünner Bereiche elektrischer Wiederstand, was wiederum zu führt mehr Hitze und Verdunstung von Material an solchen Stellen. Wenn eine dieser Einschnürungen so dünn wird, dass das dortige Wendelmaterial schmilzt oder vollständig verdampft, wird der Strom unterbrochen und die Lampe fällt aus.
Der überwiegende Teil des Verschleißes der Wendel tritt auf, wenn Spannung schlagartig an die Lampe angelegt wird, sodass Sie deren Lebensdauer durch den Einsatz deutlich erhöhen können andere Art Softstarter.
Ein Wolframfilament hat einen Kältewiderstand, der nur 2-mal höher ist als der von Aluminium. Wenn die Lampe durchbrennt, kommt es oft vor, dass sie durchbrennt Kupferverdrahtung, die Kontakte der Basis mit den Haltern der Spirale verbinden. So verbraucht eine herkömmliche 60-Watt-Lampe beim Einschalten über 700 Watt, eine 100-Watt-Lampe mehr als ein Kilowatt. Wenn sich die Spirale erwärmt, erhöht sich ihr Widerstand und die Leistung fällt auf den Nennwert.
Zur Glättung von Leistungsspitzen können Thermistoren mit stark abfallendem Widerstand bei Erwärmung, reaktives Vorschaltgerät in Form einer Kapazität oder Induktivität verwendet werden. Die Spannung an der Lampe steigt mit der Erwärmung der Spirale und kann zum Überbrücken des Vorschaltgeräts mit Automatik verwendet werden. Ohne das Vorschaltgerät auszuschalten, kann die Lampe 5 bis 20 % der Leistung verlieren, was auch für die Erhöhung der Ressource von Vorteil sein kann.
Vor- und Nachteile von Glühlampen
Emissionsspektrum: kontinuierliche 60-Watt-Glühlampe (oben) und lineare 11-Watt-Kompaktleuchtstofflampe (unten)
Vorteile:
Mängel:
Schaden von Glühlampen
Ein erheblicher Teil der Strahlung einer Glühlampe liegt im kurzwelligen Teil des Infrarotspektrums (Wellenlänge 0,74–2,0 Mikrometer). Für Temperatur strahlende Oberfläche Die Strahlungsausbeute von 2700 K im Bereich von 0,74 bis 2,0 Mikron beträgt 43 %. Diese Strahlung ist im Gegensatz zur nützlichen Langwelle (Wellenlänge 50-2000 Mikron) schädlich für den menschlichen Körper, insbesondere für die Augen. Bei Hohe Dichte und Expositionsdauer werden folgende Wirkungen beobachtet:
Krampferkrankungen, die durch eine Verletzung des Wasser-Salz-Gleichgewichts verursacht werden, sind durch das Auftreten scharfer Krämpfe gekennzeichnet, hauptsächlich in den Gliedmaßen;
Überhitzung (thermische Hyperthermie) tritt auf, wenn sich überschüssige Wärme im Körper ansammelt; das Hauptsymptom ist ein starker Anstieg der Körpertemperatur;
Thermoschocks werden durch das Eindringen von Kurzwellen verursacht Infrarotstrahlung(bis zu 1,5 Mikron) durch die Haut des Schädels hinein Weichteile Gehirn;
Katarakt (Trübung von Kristallen) ist eine Augenkrankheit, die bei längerer Exposition auftritt Infrarotstrahlen mit λ = 0,78-1,8 um. Akute Störungen der Sehorgane umfassen auch Verbrennungen, Konjunktivitis, Trübung und Verbrennungen der Hornhaut, Verbrennungen des Gewebes der vorderen Augenkammer.
Normalerweise ist die Strahlungsdichte zu Hause nicht in der Lage, eine Person spürbar zu schädigen, aber dies ist möglich, wenn genug vorhanden ist leistungsstarke Lampe sich in unmittelbarer Nähe befinden oder zu viele oder zu starke Lampen im Raum sind. Darüber hinaus können Menschen eine beträchtliche Zeit unter Glühlampen verbringen, sodass es wahrscheinlich ist, dass selbst eine nicht sehr hohe Helligkeit die Gesundheit über einen längeren Zeitraum beeinträchtigen kann.
Emissionsspektrum: kontinuierliche 60-Watt-Glühlampe (oben) und lineare 11-Watt-Kompaktleuchtstofflampe (unten)
Verfügung
Gebrauchte Glühlampen und Halogenlampen enthalten keine umweltschädlichen Stoffe und können als normaler Hausmüll entsorgt werden. Die einzige Einschränkung ist ein Verbot der Wiederverwertung zusammen mit Glasprodukten.
Einfuhr-, Beschaffungs- und Produktionsbeschränkungen
Aufgrund der Notwendigkeit, Energie zu sparen und Emissionen zu reduzieren Kohlendioxid in die Atmosphäre, wurde in vielen Ländern ein Verbot der Herstellung, des Kaufs und des Imports von Glühlampen eingeführt oder soll eingeführt werden, um deren Ersatz anzuregen Energiesparlampen(kompakt Leuchtstofflampen usw.)
Seit dem 1. September 2009 ist gemäß der Richtlinie 2005/32/EG ein stufenweises Verbot der Herstellung, des Handels und des Imports von Glühlampen (mit Ausnahme von Speziallampen) in der Europäischen Union in Kraft getreten. Ab 2009 betrifft das Verbot Lampen mit einer Leistung von >= 100 W, Lampen mit mattiertem Kolben >= 75 W usw.; Es wird erwartet, dass bis 2012 der Import und die Produktion von Glühlampen mit geringerer Leistung verboten werden.
Auch in Russland plant die Moskauer Regierung, ab 2011 Glühlampen mit einer Leistung von >= 100 W vom Verkehr auszuschließen und die Produktion einzustellen.
Seit 2005 ist die Verwendung von Glühlampen mit einer Leistung von mehr als 15 Watt in Kuba verboten.
Ab 2009 gelten die Beschränkungen auch für Neuseeland und die Schweiz, ab 2010 für Australien.
Am 23. November 2009 unterzeichnete der russische Präsident das zuvor von der Staatsduma verabschiedete Gesetz „Über Energieeinsparung und Verbesserung der Energieeffizienz sowie über Änderungen bestimmter Gesetze“. Russische Föderation". Laut dem Dokument ist der Verkauf von elektrischen Glühlampen mit einer Leistung von 100 W oder mehr ab dem 1. Januar 2011 nicht mehr für den Verkehr im Land zulässig; ab dem 1. Januar 2013 - elektrische Lampen mit einer Leistung von 75 W oder mehr und ab dem 1. Januar 2014 - Lampen mit einer Leistung von 25 W oder mehr.
Phoebus-Kartell
Das internationale Elektrolampenkartell mit dem Verwaltungszentrum Phöbus S. A. (Genf, Schweiz), das von 1924 bis 1941 bestand, vereinigte mehr als 40 Hersteller aus verschiedene Länder, deren Anteil am Weltmarkt 80 % erreicht und die sich auf die Preisgestaltung, Patentpolitik auswirkt.
Einigen Quellen zufolge wurde 1924 eine Vereinbarung zwischen den Mitgliedern des Kartells getroffen, um die Lebensdauer von Glühlampen auf 1000 Stunden zu begrenzen. Gleichzeitig mussten sich alle am Kartell beteiligten Lampenhersteller streng verhalten technische Dokumentation zur Einhaltung von Maßnahmen zur Vermeidung der 1000-Stunden-Überschreitung des Lampenlebenszyklus.
Darüber hinaus wurden die aktuellen Edison-Basisstandards vom Kartell entwickelt.
Interessante Fakten