Bahan Filamen Bomb: Apa yang Perlu Anda Ketahui
Dawai lampu adalah dawai nipis yang bersinar apabila arus elektrik melaluinya. Ia merupakan komponen utama bagi lampu pijar, yang menghasilkan cahaya dengan memanaskan dawai hingga suhu yang tinggi. Bahan dawai mesti mempunyai sifat-sifat tertentu untuk menahan haba dan menghasilkan cahaya yang terang dan stabil. Dalam artikel ini, kita akan meneroka sejarah, ciri-ciri, dan penggunaan bahan dawai lampu yang berbeza, serta kelebihan dan kekurangan lampu pijar.
Apakah Lampu Pijar?
Lampu pijar ditakrifkan sebagai cahaya elektrik yang menghasilkan cahaya dengan memanaskan dawai hingga suhu yang sangat tinggi sehingga ia bersinar. Dawai tersebut dikandungi dalam bebola kaca yang mengandungi vakum atau gas inert untuk mencegah oksidasi dan penguapan bahan dawai. Bebola tersebut disambungkan ke bekalan kuasa melalui dua kontak logam di bahagian bawah, yang dilampirkan kepada dua dawai keras yang mengekalkan dawai pada tempatnya.
Prinsip pencahayaan pijar telah ditemui oleh banyak pencipta pada abad ke-18 dan ke-19, tetapi lampu pijar pertama yang praktikal dan berjaya secara komersial telah dibangunkan oleh Thomas Edison pada tahun 1879. Dia menggunakan dawai bambu yang dicarbonized yang bertahan selama kira-kira 1200 jam. Kemudian, dia meningkatkan reka bentuknya dengan menggunakan dawai benang kapas yang dicarbonized yang bertahan selama kira-kira 1500 jam.
Apakah Sifat-Sifat Bahan Dawai Lampu yang Baik?
Bahan dawai lampu mesti mempunyai sifat-sifat berikut untuk berfungsi dengan baik sebagai sumber cahaya pijar:
Titik lebur yang tinggi: Dawai mesti dapat menahan suhu hingga 2500°C tanpa meleleh atau pecah.
Tekanan wap yang rendah: Dawai mesti tidak menguap atau sublim pada suhu yang tinggi, yang akan menyebabkan bebola menjadi hitam dan mengurangkan kecerahan dan kecekapan.
Bebas daripada oksidasi: Dawai mesti tidak bertindak balas dengan oksigen atau gas lain dalam bebola pada suhu yang tinggi, yang akan menyebabkan ia korosi atau hangus.
Tinggi resistiviti: Dawai mesti mempunyai resistiviti yang tinggi, yang bermaksud ia menentang aliran arus elektrik. Ini menyebabkannya panas dan memancarkan cahaya apabila arus melaluinya.
Koefisien termal pelebaran yang rendah: Dawai mesti tidak melebar atau menyusut secara signifikan apabila dipanaskan atau didinginkan, yang akan menyebabkannya merosak atau pecah.
Koefisien rintangan suhu yang rendah: Dawai mesti tidak menukar rintangannya secara signifikan apabila dipanaskan atau didinginkan, yang akan mempengaruhi arus dan kecerahannya.
Modulus Muda dan kekuatan tegangan yang tinggi: Dawai mesti dapat menahan tekanan mekanikal akibat berat sendiri dan getaran tanpa turun atau putus.
Kelenturan yang mencukupi: Dawai mesti dapat ditarik menjadi dawai yang sangat nipis tanpa pecah atau retak.
Kemampuan untuk diubah menjadi bentuk dawai: Dawai mesti dapat dibentuk menjadi koil atau koil berganda, yang meningkatkan luas permukaan dan kecerahan tanpa meningkatkan panjang atau rintangan.
Kekuatan ketahanan letihan yang tinggi: Dawai mesti dapat tahan terhadap siklus pemanasan dan pendinginan yang berulang-ulang tanpa melemah atau gagal.
Apakah Jenis Bahan Dawai Lampu?
Berbagai jenis bahan telah digunakan untuk membuat dawai lampu sepanjang tahun. Beberapa bahan ini disenaraikan di bawah:
Karbon
Karbon adalah bahan pertama yang digunakan untuk membuat dawai lampu oleh Edison dan pencipta lain. Ia mempunyai titik lebur yang tinggi (3500°C), tekanan wap yang rendah, resistiviti yang tinggi (1000-7000 µΩ-cm), dan koefisien rintangan suhu yang rendah (-0.0002 hingga -0.0008 /°C). Walau bagaimanapun, ia juga mempunyai daya tahan oksidasi yang rendah, koefisien pelebaran termal yang tinggi (2 hingga 6 /K), kekuatan tegangan yang rendah, dan kesan pemerdaman yang tinggi pada bebola. Dawai karbon mempunyai kecekapan sekitar 4.5 lumen per watt (lm/W) dan suhu operasi hingga 1800°C.
Karbon juga digunakan untuk membuat resistor sensitif tekanan, yang digunakan dalam pengatur voltan otomatik, dan sikat karbon, yang digunakan dalam mesin DC.
Tantalum
Tantalum diperkenalkan sebagai bahan dawai lampu oleh Werner von Bolton pada tahun 1902. Ia mempunyai titik lebur yang tinggi (2900°C), tekanan wap yang rendah, resistiviti yang tinggi (12.4 µΩ-cm), dan koefisien pelebaran termal yang rendah (6.5 /K). Walau bagaimanapun, ia juga mempunyai daya tahan oksidasi yang rendah, koefisien rintangan suhu yang tinggi (0.0036 /°C), kekuatan tegangan yang rendah, dan kecekapan yang rendah (3.6 W/candle power). Dawai tantalum mempunyai suhu operasi hingga 2000°C.
Tantalum tidak lagi digunakan secara meluas sebagai bahan dawai lampu kerana kecekapan yang rendah dan kelangkaannya.
Tungsten
Tungsten adalah bahan yang paling biasa digunakan untuk membuat dawai lampu hari ini. Ia pertama kali digunakan oleh William D. Coolidge pada tahun 1910. Ia mempunyai titik lebur yang sangat tinggi (3410°C), tekanan wap yang rendah, resistiviti yang tinggi (5.65 µΩ-cm), kekuatan tegangan yang tinggi, daya tahan oksidasi yang tinggi, dan kesan pemerdaman yang rendah pada bebola. Walau bagaimanapun, ia juga mempunyai koefisien rintangan suhu yang tinggi (0.005 /°C) dan koefisien pelebaran termal yang tinggi (4.3 /K). Dawai tungsten mempunyai kecekapan sekitar 12 lm/W dan suhu operasi hingga 2500°C.
Tungsten juga digunakan sebagai elektrod dalam tabung sinar-X dan sebagai bahan kontak elektrik dalam aplikasi tertentu.
Bagaimana Dawai Lampu Dibuat?
Dawai lampu dibuat melalui pelbagai proses bergantung pada bahan yang digunakan. Beberapa proses ini dijelaskan di bawah:
Karbon
Dawai karbon dibuat dengan mengkarbonisasi bahan organik seperti buluh, benang kapas, pulp kertas, dll., dalam atmosfer inert pada suhu yang tinggi (1000-1500°C). Bahan yang telah dikarbonisasi kemudian direnggangkan menjadi dawai nipis dan dibungkus menjadi koil.
Tantalum
Dawai tantalum dibuat dengan teknik metalurgi serbuk. Serbuk tantalum dicampur dengan binder dan dipencet menjadi batang atau dawai. Batang atau dawai kemudian diasinkan pada suhu yang tinggi (2000-2500°C) dalam vakum atau atmosfer gas inert. Batang atau dawai yang telah diasinkan kemudian ditarik menjadi dawai nipis dan dibungkus menjadi koil.
Tungsten
Dawai tungsten dibuat melalui beberapa langkah:
Bijih tungsten diekstrak dari mineral wolframite atau scheelite dan ditukar menjadi asid tungstic atau amonium para tungstate.
Asid tungstic atau amonium para tungstate direduksi dengan gas hidrogen untuk membentuk serbuk tungsten.
Serbuk tungsten dicampur dengan binder dan dipencet menjadi batang atau dawai.
Batang atau dawai diasinkan pada suhu yang tinggi (2000-3000°C) dalam vakum atau atmosfer gas inert.
Batang atau dawai yang telah diasinkan dipukul (swaged) menjadi batang atau dawai yang lebih nipis.
