Lampu filaments matériāls: Ko jums jāzina
Gaismas spirāle ir ļoti smalka dīvja, kas gaismojas, kad caur to iet elektriskais strāva. Tā ir galvenā sastāvdaļa šķidrās gaismas spuldzei, kura ražo gaismu, sildot spirāli līdz augstai temperatūrai. Spirāles materiālam jābūt noteiktām īpašībām, lai izturētu siltumu un radītu spilgtu un stabilu gaismu. Šajā rakstā mēs pētīsim dažādu spirāles materiālu vēsturi, īpašības un pielietojumu, kā arī šķidrās gaismas spuldžu priekšrocības un trūkumus.
Kas ir šķidrās gaismas spuldze?
Šķidrās gaismas spuldze ir definēta kā elektrogaismas avots, kas ražo gaismu, sildot metāla spirāli līdz augstai temperatūrai, kamēr tā gaismojas. Spirāle atrodas stikla spuldzē, kas satur vakuumu vai inertno gāzi, lai novērstu spirāles materiāla oksidēšanos un evaporation. Spuldze ir savienota ar elektropiedevu diviem metāla kontaktiem uz pamata, kas ir piesaistīti diviem stingriem vadiem, kas turē spirāli vienā vietā.
Šķidrās gaismas princips tika atklāts daudziem izgudrotājiem 18. un 19. gadsimtā, bet pirmā praktiska un komerciāli veiksmīgā šķidrās gaismas spuldze tika izstrādāta Tomasam Edisons 1879. gadā. Viņš izmantoja karbonizētu bambusa spirāli, kas ilga aptuveni 1200 stundas. Vēlāk viņš uzlaboja savu dizainu, izmantojot karbonizētu auduma virvi, kas ilga aptuveni 1500 stundas.
Kādas ir labas spirāles materiāla īpašības?
Spirāles materiālam, lai labi darbotos kā šķidrās gaismas avots, jābūt šādām īpašībām:
Augsts izliekuma punkts: Spirālei jāspēj izturēt līdz 2500°C bez izliekuma vai bojājuma.
Zema izpārīšanas spiediens: Spirālei nav jāizpārījot vai sublimējas augstās temperatūras, kas izraisītu spuldzes tumšanu un samazinātu tās spilgtumu un efektivitāti.
Brīva no oksidācijas: Spirālei nav jāreakcē ar skābekli vai citām gāzēm spuldzē augstās temperatūras, kas izraisītu to koroziju vai iznīcināšanu.
Augsta pretestība: Spirālei jābūt augstai elektriskai pretestībai, kas nozīmē, ka tā pretojas elektriskā strāvas plūsmai. Tas izraisa tās sildīšanos un gaismu emitēšanu, kad caur to ieplūst strāva.
Zema termiskā paplašināšanās koeficients: Spirālei nav jāpaplašinās vai saīsinās būtiski, kad tā tiek sildīta vai dzesēta, kas izraisītu tās deformāciju vai bojājumu.
Zema temperatūras koeficients pretestībai: Spirālei nav jāmaina tās pretestība būtiski, kad tā tiek sildīta vai dzesēta, kas ietekmētu tās strāvu un spilgtumu.
Augsts Junga modulis un iztvertnespēja: Spirālei jāspēj izturēt mehānisko stresu, ko rada tā paša svars un vibrācijas, bez lejplūšanas vai sadalīšanās.
Pietiekama plūstušana: Spirālei jāvar izvilkt ļoti smalkā vada formā bez bojājuma vai spraugu.
Spēja tikt pārveidota par spirāles formu: Spirālei jāvar formēt spirāles vai dubultas spirāles formā, kas palielina tās virsmas laukumu un spilgtumu, nevis tās garumu vai pretestību.
Augsta iznīcinājuma pretestība: Spirālei jāspēj izturēt atkārtotas sildīšanas un dzesēšanas ciklus bez nesniedzības vai neveiksmes.
Kādi ir spirāles materiālu veidi?
Gadu gaitā tika izmantoti dažādi materiāli, lai izgatavotu spirāles. Daži no šiem materiāliem ir uzskaitīti zemāk:
Ugleklis
Ugleklis bija pirmais materiāls, ko izmantoja Edison un citi izgudrotāji, lai izgatavotu spirāles. Tam ir augsts izliekuma punkts (3500°C), zems izpārīšanas spiediens, augsta pretestība (1000-7000 µΩ-cm) un zems temperatūras koeficients pretestībai (-0.0002 līdz -0.0008 /°C). Tomēr tam ir arī zema oksidācijas pretestība, augsts termiskais paplašināšanās koeficients (2 līdz 6 /K), zema iztvertnespēja un augsts tumšanās efekts spuldzei. Uglekļa spirāles efektivitāte ir aptuveni 4.5 lumens uz vatitu (lm/W) un darbības temperatūra sasniedz līdz 1800°C.
Ugleklis tiek arī izmantots, lai izgatavotu spiediena jūtīgas pretestības elementus, kas tiek izmantoti automātiskos uzticības regultoriem, un uglekļa spiešanas elementus, kas tiek izmantoti GK mašīnās.
Tantalums
Tantalums tika ieviests kā spirāles materiāls Wernera von Bolton 1902. gadā. Tam ir augsts izliekuma punkts (2900°C), zems izpārīšanas spiediens, augsta pretestība (12.4 µΩ-cm) un zems termiskais paplašināšanās koeficients (6.5 /K). Tomēr tam ir arī zema oksidācijas pretestība, augsts temperatūras koeficients pretestībai (0.0036 /°C), zema iztvertnespēja un zema efektivitāte (3.6 W/sveces jauda). Tantaluma spirāles darbības temperatūra sasniedz līdz 2000°C.
Tantalums vairs plaši netiek izmantots kā spirāles materiāls, jo tā efektivitāte ir zema un tas ir rets.
Volframs
Volframs ir visbiežāk izmantotais materiāls, lai izgatavotu spirāles šodien. To pirmo reizi izmantoja Viljams D. Kulidžs 1910. gadā. Tam ir ļoti augsts izliekuma punkts (3410°C), zems izpārīšanas spiediens, augsta pretestība (5.65 µΩ-cm), augsta iztvertnespēja, augsta oksidācijas pretestība un zema tumšanās efekts spuldzei. Tomēr tam ir arī augsts temperatūras koeficients pretestībai (0.005 /°C) un augsts termiskais paplašināšanās koeficients (4.3 /K). Volframa spirāles efektivitāte ir aptuveni 12 lm/W un darbības temperatūra sasniedz līdz 2500°C.
Volframs tiek arī izmantots kā elektrods R-rentgena raktuvēs un kā elektrokontakta materiāls dažos lietojumos.
Kā tiek izgatavotas spirāles?
Spirāles tiek izgatavotas dažādos procesos atkarībā no izmantotā materiāla. Daži no šiem procesiem ir aprakstīti zemāk:
Ugleklis
