Lambada filamanı materialı: Bilmeniz gerekenler
Lambanın filamenti, elektrik akımı onun içinden geçtiğinde parlayan ince bir telidir. Bu, lambanın ana bileşenidir ve parlak ve stabil bir ışık üretmek için filamantı yüksek bir sıcaklıkta ısıtmak suretiyle ışık üretir. Filamant malzemesi, ısıya dayanabilmesi ve parlak ve stabil bir ışık üretebilmek için belirli özelliklere sahip olmalıdır. Bu makalede, farklı lamba filamant malzemelerinin tarihi, özellikleri ve kullanımlarını, ayrıca halogen olmayan lambaların avantajlarını ve dezavantajlarını inceleyeceğiz.
Nədir Halogen Olmayan Lamba?
Halogen olmayan lamba, bir tel filamantı yüksek bir sıcaklıkta ısıtılırken ışık üreten bir elektrik lambası olarak tanımlanır. Filamant, oksidasyonu ve filamant malzemesinin buharlaşmasını önlemek için vakum veya inerte gazla doldurulmuş cam bir kovan içinde bulunur. Lamba, tabandaki iki metal bağlantı ile güç kaynağına bağlanır. Bu bağlantılar, filamantı yerinde tutan iki sert teli de içerir.
Halogen olmayan aydınlatma ilkesi, 18. ve 19. yüzyıllarda birçok icadçı tarafından keşfedilmiştir, ancak ilk pratik ve ticari olarak başarılı halogen olmayan lamba, 1879 yılında Thomas Edison tarafından geliştirilmiştir. O, yaklaşık 1200 saat süren karbonize bambu filamant kullandı. Daha sonra, yaklaşık 1500 saat süren karbonize pamuk ipliği filamant kullanarak tasarımını geliştirdi.
İyi Bir Lamba Filamant Malzemesinin Özellikleri Nelerdir?
Bir lamba filamant malzemesinin işlevini görerek halogen olmayan bir ışık kaynağı olarak iyi çalışabilmesi için aşağıdaki özelliklere sahip olması gerekir:
Yüksek erime noktası: Filamant, 2500°C'ye kadar olan sıcaklıklara maruz kalırken erimesin ya da kırılmasın.
Düşük buhar basıncı: Filamant, yüksek sıcaklıklarda buharlaşmasın ya da sublimasyon yapmasın, bu durum lambayı siyahlaştırır ve parlaklığını ve verimliliğini azaltır.
Oksidasyondan arınmış: Filamant, yüksek sıcaklıklarda lambadaki oksijen veya diğer gazlarla reaksiyon göstermesin, bu durum onu korrodasyona uğratır ya da yanar.
Yüksek elektriksel direnç: Filamant, yüksek elektriksel dirençe sahip olmalı, bu demektir ki elektrik akımının akışına karşı çıkar. Bu, bir akım onun içinden geçtiğinde onu ısıtacak ve ışık yayacaktır.
Düşük termal genleşme katsayısı: Filamant, ısıtıldığında veya soğutulduğunda önemli ölçüde genişlemesin veya daralmasın, bu durum onu deformasyona uğratacaktır ya da kırılacaktır.
Düşük sıcaklık katsayısı: Filamant, ısıtıldığında veya soğutulduğunda direncini önemli ölçüde değiştirmez, bu durum akımını ve parlaklığını etkiler.
Yüksek Young modülü ve çekme dayanımı: Filamant, kendi ağırlığı ve titreşimden kaynaklanan mekanik stresi çökmeksizin veya kopmaksızca dayanabilmelidir.
Yeterli doku: Filamant, çok ince bir tel haline çekilirken kırılmadan veya çatlak olmaksızın dayanabilmelidir.
Filamanta dönüştürülebilirlik: Filamant, uzunluğunu veya direncini artırmadan yüzey alanını ve parlaklığını artırarak bir bobin veya çift bobin şekline dönüştürülebilir olmalıdır.
Yüksek yorulma direnci: Filamant, zayıflamadan veya başarısız olmaksızın tekrarlanan ısıtma ve soğutma döngülerine dayanabilmelidir.
Lamba Filamant Malzemeleri Nelerdir?
Yıllar boyunca, lamba filamları için çeşitli malzemeler kullanılmıştır. Bazı bu malzemeler aşağıda listelenmiştir:
Karbon
Karbon, Edison ve diğer icadçılar tarafından kullanılan ilk lamba filamant malzemesidir. Yüksek bir erime noktasına (3500°C), düşük buhar basıncına, yüksek elektriksel direnç katsayısına (1000-7000 µΩ-cm) ve düşük sıcaklık katsayısına (-0.0002 to -0.0008 /°C) sahiptir. Ancak, aynı zamanda düşük oksidasyon direncine, yüksek termal genleşme katsayısına (2 to 6 /K), düşük çekme dayanımına ve lambayı siyahlandırma etkisine de sahiptir. Karbon filamların verimliliği yaklaşık 4.5 lümen per watt (lm/W) ve işletme sıcaklığı 1800°C'ye kadar ulaşabilir.
Karbon, otomatik gerilim düzenleyicilerde kullanılan basınç hassas dirençler ve DC makinelerinde kullanılan karbon fırçaları yapmak için de kullanılır.
Tantalum
Tantalum, 1902 yılında Werner von Bolton tarafından bir lamba filamant malzemesi olarak tanıtılmıştır. Yüksek bir erime noktasına (2900°C), düşük buhar basıncına, yüksek elektriksel direnç katsayısına (12.4 µΩ-cm) ve düşük termal genleşme katsayısına (6.5 /K) sahiptir. Ancak, aynı zamanda düşük oksidasyon direncine, yüksek sıcaklık katsayısına (0.0036 /°C), düşük çekme dayanımına ve düşük verimliliğe (3.6 W/candle power) de sahiptir. Tantalum filamların işletme sıcaklığı 2000°C'ye kadar ulaşabilir.
Tantalum, düşük verimliliği ve kıtlığı nedeniyle artık yaygın olarak bir lamba filamant malzemesi olarak kullanılmamaktadır.
Volfram
Volfram, bugün en yaygın olarak kullanılan lamba filamant malzemesidir. İlk olarak 1910 yılında William D. Coolidge tarafından kullanılmıştır. Çok yüksek bir erime noktasına (3410°C), düşük buhar basıncına, yüksek elektriksel direnç katsayısına (5.65 µΩ-cm), yüksek çekme dayanımına, yüksek oksidasyon direncine ve lambayı siyahlaştırma etkisine sahiptir. Ancak, aynı zamanda yüksek sıcaklık katsayısına (0.005 /°C) ve yüksek termal genleşme katsayısına (4.3 /K) de sahiptir. Volfram filamların verimliliği yaklaşık 12 lm/W ve işletme sıcaklığı 2500°C'ye kadar ulaşabilir.
Volfram, X-ışın tüplerinde elektrot olarak ve bazı uygulamalarda elektriksel temasa malzeme olarak da kullanılır.
Lamba Filamları Nasıl Yapılır?
Lamba filamları, kullanılan malzeme bağlı olarak çeşitli süreçlerle yapılır. Bazı bu süreçler aşağıda açıklanmıştır:
Karbon
Karbon filamlar, bambu, pamuk ipliği, kağıt hamuru gibi organik malzemelerin yüksek sıcaklıklarda (1000-1500°C) inert atmosferde karbonize edilmesiyle yapılır. Karbonize edilmiş malzeme, ince tellere çekilir ve bobin haline getirilir.
Tantalum
Tantalum filamlar, toz metali teknikleriyle yapılır. Tantalum tozu, bir bağlayıcı ile karıştırılır ve çubuklara veya telere basılır. Çubuklar veya teler, vakum veya inert gaz atmosferinde yüksek sıcaklıklarda (2000-2500°C) sinterlenir. Sinterlenen çubuklar veya teler, ince tellere çekilir ve bobin haline getirilir.
