Lumen Filament Material: Quod Cognoscendum Est
Filum lampadis est filum tenue quod luceat cum currentis electrici pertransit. Est component principale lampadis incandescentis, qui lucem producit calefaciendo filum ad altam temperaturam. Material fili debet certas proprietates habere ut sustineat calorem et producat lucem claram et stabilis. In hoc articulo, explorabimus historiam, characteres, et usus diversorum materialium filamentorum lampadis, tamquam beneficia et incommoda lampadum incandescentium.
Quid est Lampas Incandescens?
Lampas incandescens definitur ut lux electrica quae lucem producit calefaciendo filum metallicum ad altam temperaturam donec lucescat. Filum inclusum est in bulbo vitreo quod vacuum continet vel gas inertem ut praeveniat oxidationem et evaporationem materialis filamenti. Bulbus connectitur ad supplymentum electricum per duos contactus metallicos in basis, qui sunt adfixi ad duos filos rigidulos qui filum in loco teneant.
Principium luminis incandescentis inventum est ab multis inventoribus in seculis 18 et 19, sed prima lucerna incandescens practica et commercialiter successiva fuit a Thoma Edison in anno 1879. Usus filum carbonizatum bambusi quod duravit circa 1200 horas. Postea, melioravit suum designum usus filum carbonizatum fili cotoni quod duravit circa 1500 horas.
Quae sunt Proprietates Boni Materialis Filamenti Bulbi?
Materialis filamenti bulbi debet habere sequentes proprietates ut bene fungetur ut lux incandescens:
Punctum fusionis altum: Filum debet potestatem habere sustinendi temperaturas usque ad 2500°C sine fusione aut fractura.
Pressio vaporis parva: Filum non debet evaporari aut sublimari ad altas temperatures, quod causaret bulbum nigrescere et lucem eius deminui et efficaciam.
Libera ab oxidatione: Filum non debet reagere cum oxygene aut aliis gasibus in bulbo ad altas temperatures, quod causaret corrodere aut exstinguere.
Resistivitas alta: Filum debet resistivitatem altam habere, quod significat oppugnat fluxum currentis electrici. Hoc causat ipsum calefactum et lucem emittentem quando currentis transibit per ipsum.
Coefficiens thermalis expansionis parvus: Filum non debet expandi aut contracti significanter quando calefitur aut refrigeratur, quod causaret deformari aut frangi.
Coefficiens temperature resistivitatis parvus: Filum non debet mutare resistivitatem significanter quando calefitur aut refrigeratur, quod affectaret currentem et lucem.
Modulus Young magnus et tensio trahens magna: Filum debet potestatem habere sustinendi stressum mechanicum causatum proprio pondere et vibratione sine sagging aut snapping.
Ductilitas sufficiens: Filum debet potestatem habere ductum in filum tenuissimum sine fractura aut fissura.
Potestas converti in formam filamenti: Filum debet potestatem habere formatum in spira aut duplam spiram, quod auget superficiem et lucem sine incremento longitudinis aut resistivitatis.
Resistentia fatigae magna: Filum debet potestatem habere tolerandi cycles repetiti calefactionis et refrigerationis sine debilitando aut deficiendo.
Quae sunt Species Materialium Filamentorum Bulborum?
Diversa genera materialium fuerunt usitata ad faciendum filamenta bulborum per annos. Quaedam harum materialium infra enumerata sunt:
Carbone
Carbo fuit primus materialis usitatus ad faciendum filamenta bulborum ab Edison et aliis inventoribus. Habet punctum fusionis altum (3500°C), pressionem vaporis parvam, resistivitatem altam (1000-7000 µΩ-cm), et coefficiens temperature resistivitatis parvum (-0.0002 to -0.0008 /°C). Tamen, etiam habet resistentiam oxidationis parvam, coefficiens thermicam expansionis magnum (2 to 6 /K), tensio trahens parvam, et effectum nigrescentis in bulbo. Filamenta carbonea habent efficientiam circa 4.5 lumina per watt (lm/W) et temperaturam operativam usque ad 1800°C.
Carbo etiam usus est ad faciendum resistores sensibilis pressionis, qui usi sunt in regulatores automatici tensionis, et pincettas carbonis, quae usae sunt in machinis DC.
Tantalum
Tantalum introductus est ut materialis filamenti bulbi ab Werner von Bolton in anno 1902. Habet punctum fusionis altum (2900°C), pressionem vaporis parvam, resistivitatem altam (12.4 µΩ-cm), et coefficiens thermicam expansionis parvum (6.5 /K). Tamen, etiam habet resistentiam oxidationis parvam, coefficiens temperature resistivitatis magnum (0.0036 /°C), tensio trahens parvam, et efficientiam parvam (3.6 W/candle power). Filamenta tantalina habent temperaturam operativam usque ad 2000°C.
Tantalum non amplius usitatus est ut materialis filamenti bulbi propter efficientiam parvam et raritatem.
Tungsten
Tungsten est materialis communissimus usitatus ad faciendum filamenta bulborum hodie. Fuit primum usus ab William D. Coolidge in anno 1910. Habet punctum fusionis altissimum (3410°C), pressionem vaporis parvam, resistivitatem altam (5.65 µΩ-cm), tensio trahens magnam, resistentiam oxidationis magnam, et effectum nigrescentis parvum in bulbo. Tamen, etiam habet coefficiens temperature resistivitatis magnum (0.005 /°C) et coefficiens thermicam expansionis magnum (4.3 /K). Filamenta tungstena habent efficientiam circa 12 lm/W et temperaturam operativam usque ad 2500°C.
Tungsten etiam usus est ut electrum in tubis X-ray et ut materialis contactus electricus in quibusdam applicationibus.
Quomodo Fabricantur Filamenta Bulborum?
Filamenta bulborum fabricantur variis processibus secundum materialis usitati. Quaedam harum processuum infra descriptae sunt:
Carbone
Filamenta carbonea fabricantur carbonizando materiales organicos sicut bambus, filum cotoni, pulpa chartarum, etc., in atmosphaera inertis ad altas temperatures (1000-1500°C). Materia carbonizata deinde distenditur in filos tenuis et volvit in spiras.
Tantalum
Filamenta tantalina fabricantur per technicas metallurgiae pulveris. Pulvis tantalum mixtus est cum ligamine et pressus in baculos aut filos. Baculi aut filos deinde sintertur ad altas temperatures (2000-2500°C) in vacuo aut atmosphaera gasis inertis. Baculi aut filos sinterti deinde trahebantur in filos tenuissimos et volvuntur in spiras.
Tungsten
Filamenta tungstena fabricantur per varios gradus:
Ore tungstenum extrahitur e mineralibus wolframitis aut scheelitis et convertitur in acidum tungsticum aut ammonium para tungstatum.
Acidum tungsticum aut ammonium para tungstatum reducitur cum gas hydrogenii ad formandum pulvis tungsteni.
Pulvis tungsteni mixtus est cum ligamine et pressus in baculos aut filos.
Baculi aut filos sintertuntur ad altas temperatures (2000-3000°C) in vacuo aut atmosphaera gasis inertis.
Baculi aut filos sinterti martellantur (swaged) in baculos aut filos tenuiores.
Baculi aut filos tenuiores trahebantur per dies diamantinas in filos tenuissimos (10-50 µm).
Filos tenuissimi annealuntur (calefacti) ad temperaturas moderatas (1000-1500°C) in gas hydrogenii ad meliorandum ductilitatem et fortitudinem.
Filos anneali volvuntur in spiras aut spiras duplas.
