Látkové složení žhavící drátku: Co potřebujete vědět

Žárovka je tenký drát, který září, když jím prochází elektrický proud. Je to hlavní komponent svítivky, která vytváří světlo ohříváním žárovky na vysokou teplotu. Materiál žárovky musí mít určité vlastnosti, aby odolal teplu a vytvářel jasný a stabilní světelný zdroj. V tomto článku se podíváme na historii, charakteristiky a použití různých materiálů pro žárovky, stejně jako na výhody a nevýhody svítivek s žárovkami.

Co je svítivka s žárovkou?

Svítivka s žárovkou je definována jako elektrické světlo, které vytváří světlo ohříváním drátové žárovky na vysokou teplotu, až začne zářit. Žárovka je umístěna v skleněné baňce, která obsahuje vakuum nebo inertní plyn, aby zabránila oxidaci a vypařování materiálu žárovky. Svítivka je připojena ke zdroji napájení dvěma kovovými kontakty na spodku, které jsou spojeny s dvěma tuhými dráty, které žárovku drží na místě.

Princip žárovek byl objeven mnoha vynálezcůmi v 18. a 19. století, ale první praktická a komerčně úspěšná svítivka s žárovkou byla vyvinuta Thomasem Edisonem v roce 1879. Použil uhlíkovou bambusovou žárovku, která vydržela asi 1200 hodin. Později svůj návrh vylepšil použitím uhlíkového bavlněného vlákna, které vydrželo asi 1500 hodin.

Jaké jsou vlastnosti dobrého materiálu pro žárovku?

Materiál pro žárovku musí mít následující vlastnosti, aby dobře fungoval jako zdroj žárovek:

• Vysoký bod tavení: Žárovka musí být schopna odolat teplotám až 2500°C bez tavení nebo přerušení.

• Nízký tlak páry: Žárovka nesmí vypařovat nebo sublimovat při vysokých teplotách, což by způsobilo očernění baňky a snížení jasnosti a efektivity.

• Odpornost na oxidaci: Žárovka nesmí reagovat s kyslíkem nebo jinými plyny v baňce při vysokých teplotách, což by způsobilo korozí nebo spálením.

• Vysoká odporovost: Žárovka musí mít vysoký elektrický odpor, což znamená, že brání toku elektrického proudu. To způsobuje, že se ohřívá a vydává světlo, když jím prochází proud.

• Nízký tepelný roztažný koeficient: Žárovka nesmí významně expandovat nebo kontrahovat při ohřevu nebo chladnutí, což by způsobilo deformaci nebo přerušení.

• Nízký tepelný koeficient odporu: Žárovka nesmí významně měnit svůj odpor při ohřevu nebo chladnutí, což by ovlivnilo její proud a jasnost.

• Vysoký Youngův modul a tahová pevnost: Žárovka musí být schopna odolat mechanickému namáhání způsobenému vlastní hmotností a vibrací bez prohnutí nebo přerušení.

• Dostatečná dutilita: Žárovka musí být schopna být tažena do velmi tenkého drátu bez prolomení nebo trhliny.

• Schopnost být přetvořena do tvaru žárovky: Žárovka musí být schopna být tvarována do spirály nebo dvojité spirály, což zvyšuje její povrch a jasnost bez zvýšení délky nebo odporu.

• Vysoká unavenostní odolnost: Žárovka musí být schopna vydržet opakované cykly ohřevu a chladnutí bez oslabení nebo selhání.

Jaké jsou typy materiálů pro žárovky?

Různé druhy materiálů byly použity k výrobě žárovek po celá léta. Některé z těchto materiálů jsou uvedeny níže:

Uhlík

Uhlík byl prvním materiálem, který byl použit k výrobě žárovek Edisonym a dalšími vynálezcůmi. Má vysoký bod tavení (3500°C), nízký tlak páry, vysokou odporovost (1000-7000 µΩ-cm) a nízký tepelný koeficient odporu (-0.0002 až -0.0008 /°C). Nicméně má také nízkou odpornost na oxidaci, vysoký tepelný roztažný koeficient (2 až 6 /K), nízkou tahovou pevnost a vysoký efekt očernění baňky. Uhlíkové žárovky mají efektivitu asi 4,5 lumenů na watt (lm/W) a pracují při teplotě až 1800°C.

Uhlík je také používán k výrobě tlakových citlivých odporů, které jsou používány v automatických napěťových regulátorech, a uhlíkových kartáčů, které jsou používány v střídavých strojích.

Tantal

Tantal byl zaveden jako materiál pro žárovky Wernerem von Boltonem v roce 1902. Má vysoký bod tavení (2900°C), nízký tlak páry, vysokou odporovost (12,4 µΩ-cm) a nízký tepelný roztažný koeficient (6,5 /K). Nicméně má také nízkou odpornost na oxidaci, vysoký tepelný koeficient odporu (0,0036 /°C), nízkou tahovou pevnost a nízkou efektivitu (3,6 W/candle power). Tantalové žárovky pracují při teplotě až 2000°C.

Tantal již není široce používán jako materiál pro žárovky kvůli své nízké efektivitě a vzácnosti.

Wolfram

Wolfram je nejčastěji používaný materiál pro výrobu žárovek dnes. Byl poprvé použit Williamem D. Coolidgem v roce 1910. Má velmi vysoký bod tavení (3410°C), nízký tlak páry, vysokou odporovost (5,65 µΩ-cm), vysokou tahovou pevnost, vysokou odpornost na oxidaci a nízký efekt očernění baňky. Nicméně má také vysoký tepelný koeficient odporu (0,005 /°C) a vysoký tepelný roztažný koeficient (4,3 /K). Wolfrmové žárovky mají efektivitu asi 12 lm/W a pracují při teplotě až 2500°C.

Wolfram je také používán jako elektroda v rentgenových trubicích a jako elektrický kontaktový materiál v některých aplikacích.

Jak jsou vyráběny žárovky?

Žárovky jsou vyráběny různými procesy v závislosti na použitém materiálu. Některé z těchto procesů jsou popsány níže:

Uhlík