Матеріал ниті лампи: що вам потрібно знати

Нитка лампи — це тонка дротина, яка світиться, коли через неї проходить електричний струм. Це основна частина лампи накалу, яка виробляє світло, нагріваючи нитку до високої температури. Матеріал нитки повинен мати певні властивості, щоб витримати тепло і видавати яскраве і стабільне світло. У цій статті ми розглянемо історію, характеристики та застосування різних матеріалів для ниток ламп, а також переваги і недоліки ламп накалу.

Що таке лампа накалу?

Лампа накалу — це електричне світло, яке виробляє світло, нагріваючи дротову нитку до високої температури, поки вона не почне світитися. Нитка розташована у скляній кульці, яка містить вакуум або інертний газ, щоб запобігти окисленню та паруванню матеріалу нитки. Лампа з'єднана з джерелом живлення двома металевими контактами на основі, які прикріплені до двох жорстких дротів, які тримають нитку на місці.

Принцип ламп накалу був відкритий багатьма винахідниками в 18-му та 19-му століттях, але перша практична та комерційно успішна лампа накалу була розроблена Томасом Едісоном у 1879 році. Він використав карбонізований бамбуковий фітіль, який працював приблизно 1200 годин. Пізніше він покращив свій дизайн, використовуючи карбонізований хлопковий нитяний фітіль, який працював приблизно 1500 годин.

Які властивості повинен мати хороший матеріал для нитки лампи?

Матеріал нитки лампи повинен мати наступні властивості, щоб добре функціонувати як джерело інкандесцентного світла:

• Висока точка плавлення: Нитка повинна здати витримати температури до 2500°C без плавлення або пошкодження.

• Низький парний тиск: Нитка не повинна паруватися або сублімуватися при високих температурах, що спричинило б потемніння лампи та зменшення її яскравості та ефективності.

• Безокисність: Нитка не повинна реагувати з киснем або іншими газами в лампі при високих температурах, що спричинило б корозію або вигоріння.

• Висока сполучність: Нитка повинна мати високу електричну опір, що означає, що вона протистоять потоку електричного струму. Це призводить до нагрівання та випромінювання світла, коли через неї проходить струм.

• Низький термічний коефіцієнт розширення: Нитка не повинна значно розширюватися або скорочуватися при нагріванні або остудженні, що могло б призвести до деформації або пошкодження.

• Низький температурний коефіцієнт опору: Нитка не повинна значно змінювати свій опір при нагріванні або остудженні, що впливало б на її струм і яскравість.

• Високий модуль Юнга та гранична прочність: Нитка повинна здати витримати механічні напруження, спричинені її власною вагою та вібрацією, без провисання або розриву.

• Достатня пластичність: Нитка повинна здати бути витягнута в дуже тонку дротину без пошкодження або тріщин.

• Здатність формуватися у форму нитки: Нитка повинна здати бути сформована у спіраль або подвійну спіраль, що збільшує її поверхню та яскравість без збільшення довжини або опору.

• Висока витривалість на втому: Нитка повинна здати витримати повторювані цикли нагрівання та остудження без послаблення або відмови.

Які типи матеріалів використовуються для ниток ламп?

Різні типи матеріалів використовувалися для виготовлення ниток ламп протягом років. Деякі з цих матеріалів наведені нижче:

Вугілля

Вугілля був першим матеріалом, який використовувався для виготовлення ниток ламп Едісоном та іншими винахідниками. Він має високу точку плавлення (3500°C), низький парний тиск, високу сполучність (1000-7000 µΩ-cm) та низький температурний коефіцієнт опору (-0.0002 до -0.0008 /°C). Однак, він також має низьку стійкість до окислення, високий термічний коефіцієнт розширення (2 до 6 /K), низьку граничну прочність та високий ефект потемніння лампи. Нитки з вугілля мають ефективність приблизно 4,5 люменів на ватт (lm/W) та робочу температуру до 1800°C.

Вугілля також використовується для виготовлення резисторів, чутливих до тиску, які використовуються в автоматичних регуляторах напруги, та вугільних щіток, які використовуються в DC машин.

Тантал

Тантал був введений як матеріал для ниток ламп Вернером фон Болтоном у 1902 році. Він має високу точку плавлення (2900°C), низький парний тиск, високу сполучність (12.4 µΩ-cm) та низький термічний коефіцієнт розширення (6.5 /K). Однак, він також має низьку стійкість до окислення, високий температурний коефіцієнт опору (0.0036 /°C), низьку граничну прочність та низьку ефективність (3.6 W/candle power). Нитки з танталу мають робочу температуру до 2000°C.

Тантал не широко використовується як матеріал для ниток ламп через його низьку ефективність та невеличку доступність.

Вольфрам

Вольфрам є найпоширенішим матеріалом, який використовується для виготовлення ниток ламп сьогодні. Він був вперше використаний Вільямом Д. Куліджем у 1910 році. Він має дуже високу точку плавлення (3410°C), низький парний тиск, високу сполучність (5.65 µΩ-cm), високу граничну прочність, високу стійкість до окислення та низький ефект потемніння лампи. Однак, він також має високий температурний коефіцієнт опору (0.005 /°C) та високий термічний коефіцієнт розширення (4.3 /K). Нитки з вольфраму мають ефективність приблизно 12 lm/W та робочу температуру до 2500°C.

Вольфрам також використовується як електрод в X-променевих трубках та як електричний контактний матеріал у певних застосуваннях.

Як виготовляються нитки ламп?

Нитки ламп виготовляються різними процесами, залежно від використаного матеріалу. Деякі з цих процесів описані нижче:

Вугілля

Нитки з вугілля виготовляються путем карб