Lympefilamentmateriale: Det du trenger å vite
En lampes tråd er en tynn tråd som gløder når en elektrisk strøm passerer gjennom den. Det er hovedkomponenten i en glødelampe, som produserer lys ved å varme opp tråden til en høy temperatur. Trådmaterialet må ha visse egenskaper for å motstå varmen og produsere et sterkt og stabil lys. I denne artikkelen vil vi utforske historien, karakteristikkene og brukene av ulike lampetrådmaterialer, samt fordelene og ulemperne med glødelamper.
Hva er en glødelampe?
En glødelampe defineres som en elektrisk lampe som produserer lys ved å varme en tråd til en høy temperatur så den gløder. Tråden er innkapslet i en glasslampe som inneholder vakuum eller et inert gass for å hindre oksidasjon og fordampning av trådmaterialet. Lampekoplingen er koblet til en strømforsyning ved hjelp av to metallkontakter på bunnen, som er festet til to stive tråder som holder tråden på plass.
Prinsippet om glødelys ble oppdaget av mange oppfinner i det 18. og 19. århundre, men den første praktiske og kommersielt vellykkede glødelampe utviklet Thomas Edison i 1879. Han brukte en karbonisert bambus-tråd som varte i omtrent 1200 timer. Senere forbedret han sin design ved å bruke en karbonisert bomullstråd som varte i omtrent 1500 timer.
Hva er egenskapene til et godt lampetrådmateriale?
Lampetrådmaterialet må ha følgende egenskaper for å fungere godt som en glødelyskilde:
Høy smeltepunkt: Tråden må kunne motstå temperaturer opp til 2500°C uten å smelte eller bryte.
Lav damptrykk: Tråden må ikke fordamp eller sublimere ved høy temperatur, noe som ville fargelagt lampen og reduserte dens lysstyrke og effektivitet.
Fritt for oksidasjon: Tråden må ikke reagere med oksygen eller andre gasser i lampen ved høy temperatur, noe som ville ført til korrosjon eller brenning.
Høy motstand: Tråden må ha en høy elektrisk motstand, som betyr at den motarbeider strømflyt. Dette fører til at den blir varm og sender ut lys når en strøm passerer gjennom den.
Lav termisk koeffisient for ekspansjon: Tråden må ikke ekspandere eller kontrahere betydelig når den blir varmet eller kjølt, noe som ville ført til deformering eller bryting.
Lav temperaturkoeffisient for motstand: Tråden må ikke endre sin motstand betydelig når den blir varmet eller kjølt, noe som ville påvirket strømmen og lysstyrken.
Høy Young's modul og trekkestyrke: Tråden må kunne motstå mekanisk stress forårsaket av egenvekt og vibrasjon uten å synke eller bryte.
Tilstrekkelig duktilitet: Tråden må kunne trekkast til en svært tynn tråd uten å bryte eller sprekke.
Evne til å formes til en trådform: Tråden må kunne formes til en spole eller dobbelspole, noe som øker overflaten og lysstyrken uten å øke lengden eller motstanden.
Høy trøthetskraft: Tråden må kunne tåle repeterede varme- og kjølingssykler uten å svekke seg eller mislykkes.
Hva er typene av lampetrådmaterialer?
Ulike typer materialer har blitt brukt for å lage lampetråder gjennom årene. Noen av disse materialene er oppført nedenfor:
Karbon
Karbon var det første materialet som ble brukt for å lage lampetråder av Edison og andre oppfinner. Det har et høyt smeltepunkt (3500°C), lavt damptrykk, høy motstand (1000-7000 µΩ-cm) og lav temperaturkoeffisient for motstand (-0.0002 til -0.0008 /°C). Imidlertid har det også lav oksidasjonsresistens, høy termisk koeffisient for ekspansjon (2 til 6 /K), lav trekkestyrke og høy mørklagingsvirkning på lampen. Karbontråder har en effektivitet på omtrent 4.5 lumen per watt (lm/W) og en driftstemperatur opptil 1800°C.
Karbon brukes også for å lage trykkfølsomme motstandere, som brukes i automatiske spændingregulatorer, og karbonborster, som brukes i DC-maskiner.
Tantal
Tantal ble introdusert som et lampetrådmateriale av Werner von Bolton i 1902. Det har et høyt smeltepunkt (2900°C), lavt damptrykk, høy motstand (12.4 µΩ-cm) og lav termisk koeffisient for ekspansjon (6.5 /K). Imidlertid har det også lav oksidasjonsresistens, høy temperaturkoeffisient for motstand (0.0036 /°C), lav trekkestyrke og lav effektivitet (3.6 W/kandleeffekt). Tantaltråder har en driftstemperatur opptil 2000°C.
Tantal brukes ikke lenger mye som lampetrådmateriale grunnet sin lave effektivitet og skjeldsomhet.
Wolfram
Wolfram er det mest vanlige materialet for å lage lampetråder i dag. Det ble først brukt av William D. Coolidge i 1910. Det har et svært høyt smeltepunkt (3410°C), lavt damptrykk, høy motstand (5.65 µΩ-cm), høy trekkestyrke, høy oksidasjonsresistens, og lav mørklagingsvirkning på lampen. Imidlertid har det også høy temperaturkoeffisient for motstand (0.005 /°C) og høy termisk koeffisient for ekspansjon (4.3 /K). Wolframtråder har en effektivitet på omtrent 12 lm/W og en driftstemperatur opptil 2500°C.
Wolfram brukes også som elektrod i røntgenrør og som elektrisk kontaktmateriale i visse anvendelser.
Hvordan lages lampetråder?
Lampetråder lages ved ulike prosesser avhengig av materialet som brukes. Noen av disse prosessene er beskrevet nedenfor:
Karbon
Karbontråder lages ved å karbonisere organiske materialer som bambus, bomullstråd, papirmasse osv., i inaktiv atmosfære ved høy temperatur (1000-1500°C). Den karboniserte materiale strekkes ut til tynne tråder og vindes til spoler.
Tantal
Tantaltråder lages ved pulvermetallurgiske teknikker. Tantalpulver blandes med en binder og presses til staver eller tråder. Stavene eller trådene sinteres ved høy temperatur (2000-2500°C) i vakuum eller inaktiv gassatmosfære. De sintrede stavene eller trådene trekkes ut til tynne tråder og vindes til spoler.
<
