Glödlampa trådförare material: Vad du behöver veta
En glödlampasträng är en tunn tråd som lyser när en elektrisk ström passerar genom den. Den är huvudkomponenten i en glödlampa, vilken producerar ljus genom att heta upp strängen till en hög temperatur. Strängmaterial måste ha vissa egenskaper för att klara av värmen och producera ett starkt och stabilt ljus. I denna artikel kommer vi att utforska historien, egenskaperna och användningsområdena för olika typer av glödlampssträngmaterial, samt fördelarna och nackdelarna med glödlampor.
Vad är en glödlampa?
En glödlampa definieras som en elektrisk lampa som producerar ljus genom att heta upp en metallsträng till en hög temperatur tills den lyser. Strängen är innesluten i en glasboll som innehåller ett vakuum eller ett inert gas för att förhindra oxidation och ångning av strängmaterialet. Lampan är ansluten till en strömkälla via två metallkontakter i botten, som är fästade vid två styva trådar som håller strängen på plats.
Principen för glödlampan upptäcktes av många uppfinnare under 1700- och 1800-talen, men den första praktiska och kommersiellt framgångsrika glödlampan utvecklades av Thomas Edison 1879. Han använde en karboniserad bambusträng som varade i cirka 1200 timmar. Senare förbättrade han sitt design genom att använda en karboniserad bomullstråd som varade i cirka 1500 timmar.
Vilka egenskaper har ett bra glödlampssträngmaterial?
Glödlampssträngmaterialet måste ha följande egenskaper för att fungera väl som en glödlampskälla:
Hög smältpunkt: Strängen måste kunna stå ut temperaturen upp till 2500°C utan att smälta eller brytas.
Låg ångtryck: Strängen får inte ånga eller sublimera vid höga temperaturer, vilket skulle få lampan att mörknas och minska dess ljusstyrka och effektivitet.
Fritt från oxidation: Strängen får inte reagera med syre eller andra gaser i lampan vid höga temperaturer, vilket skulle få den att rosta eller brinna ut.
Hög spänningstäthet: Strängen måste ha en hög elektrisk motstånd, vilket innebär att den motsätter sig elektrisk ström. Det gör att den hettar upp och emitterar ljus när en ström passerar genom den.
Låg termisk koefficient för expansion: Strängen får inte expandera eller kontrahera betydligt när den hetas eller svalkas, vilket skulle få den att deformeras eller brytas.
Låg temperaturkoefficient för resistans: Strängen får inte ändra sin resistans betydligt när den hetas eller svalkas, vilket skulle påverka strömmen och ljusstyrkan.
Hög Young's modul och dragmotstånd: Strängen måste kunna stå ut den mekaniska spänningen orsakad av egen tyngd och vibration utan att sjunka eller brytas.
Tillräcklig duktilitet: Strängen måste kunna dras till en mycket tunn tråd utan att brytas eller spricka.
Förmåga att forma till en strängform: Strängen måste kunna formas till en spole eller en dubbel spole, vilket ökar dess yta och ljusstyrka utan att öka dess längd eller resistans.
Hög trötthetskraft: Strängen måste kunna uthärda upprepade hettning och svalkningscykler utan att svagas eller misslyckas.
Vilka typer av glödlampssträngmaterial finns det?
Olika typer av material har använts för att göra glödlampssträngar under åren. Några av dessa material listas nedan:
Kol
Kol var det första materialet som användes för att göra glödlampssträngar av Edison och andra uppfinnare. Det har en hög smältpunkt (3500°C), lågt ångtryck, hög spänningstäthet (1000-7000 µΩ-cm) och låg temperaturkoefficient för resistans (-0.0002 till -0.0008 /°C). Dock har det också låg oxidationsskydd, hög termisk koefficient för expansion (2 till 6 /K), låg dragmotstånd och en hög mörkningsverkan på lampan. Kolspiraler har en effektivitet på omkring 4,5 lumen per watt (lm/W) och en driftstemperatur upp till 1800°C.
Kol används också för att göra trycksensitiva motstånd, vilka används i automatiska spänningsregulatorer, och kolborstar, vilka används i DC-maskiner.
Tantal
Tantal introducerades som ett glödlampssträngmaterial av Werner von Bolton 1902. Det har en hög smältpunkt (2900°C), lågt ångtryck, hög spänningstäthet (12,4 µΩ-cm) och låg termisk koefficient för expansion (6,5 /K). Dock har det också låg oxidationsskydd, hög temperaturkoefficient för resistans (0,0036 /°C), låg dragmotstånd och låg effektivitet (3,6 W/candle power). Tantalsträngar har en driftstemperatur upp till 2000°C.
Tantal används inte så ofta som glödlampssträngmaterial längre på grund av dess låga effektivitet och sällsynta tillgång.
Wolfram
Wolfram är det mest vanligt använda materialet för att göra glödlampssträngar idag. Det användes först av William D. Coolidge 1910. Det har en mycket hög smältpunkt (3410°C), lågt ångtryck, hög spänningstäthet (5,65 µΩ-cm), hög dragmotstånd, hög oxidationsskydd och låg mörkningsverkan på lampan. Dock har det också en hög temperaturkoefficient för resistans (0,005 /°C) och en hög termisk koefficient för expansion (4,3 /K). Wolframsträngar har en effektivitet på omkring 12 lm/W och en driftstemperatur upp till 2500°C.
Wolfram används också som elektrod i röntgenrör och som elektrisk kontaktmaterial i vissa tillämpningar.
Hur tillverkas glödlampssträngar?
Glödlampssträngar tillverkas med olika processer beroende på vilket material som används. Några av dessa processer beskrivs nedan:
Kol
Kolspiraler tillverkas genom att karbonisera organiska material som bambu, bomullstråd, pappersmassa osv., i ett inert gasmiljö vid höga temperaturer (1000-1500°C). Det karboniserade materialet sträcks sedan till tunna trådar och viras till spolar.
Tantal
Tantalsträngar tillverkas med pulvermetallurgiska tekniker. Tantalpulver blandas med en bindmedel och pressas till stavar eller trådar. Stavarna eller trådarna sinteras sedan vid höga temperaturer (2000-2500°C) i ett vakuum eller inert gasmiljö. De sinterade stavarna eller trådarna dras sedan till tunna trå
