رشته ی تنگستن

چرا لامپ ها رشته ها را می سوزانند یا به بیان دقیق تر، اما به طور خلاصه، چرا لامپ ها می سوزند؟ شما یک لامپ، الکترونیکی یا روشنایی خریداری کرده اید. مدتی به درستی کار می کند، اما در نهایت می سوزد، اگرچه شرایط عملکرد آن تغییر نکرده است - اگر همیشه با همان ولتاژ گرمایش معمولی برای آن تامین می شود. "فیزیک" این فرسودگی چیست، چرا همان جریانی که در ابتدا طبیعی است، متعاقباً برای نخ کشنده می شود؟

با بررسی یک چراغ روشنایی سوخته متوجه می شویم که لامپ آن از داخل تیره شده است. ظاهر یک پوشش تیره با رسوب بخار تنگستن بر روی دیواره های سیلندر توضیح داده می شود که از آن نخ ساخته شده است. رشته های لامپ های روشنایی در دمای حدود 2500 درجه سانتی گراد کار می کنند. در این دما تبخیر قابل توجهی شروع می شود. تنگستن. روند فرسودگی نخ معمولاً به شرح زیر است: ضخامت نخ در تمام طول آن کاملاً یکسان نیست، در برخی مکان‌ها تا حدودی ضخیم‌تر و در برخی مکان‌ها نازک‌تر است. در جایی که نخ نازکتر است، مقاومت آن به طور طبیعی بیشتر است، در نتیجه این مکان بیشتر گرم می شود (گرمایش متناسب با مقدار مقاومت است). و از آنجایی که دمای نخ بیشتر است، تبخیر آن در این مکان شدیدتر است که باعث نازکتر شدن نخ می شود.

نتیجه یک "نوعی" است بازخورد: افزایش تبخیر مستلزم نازک شدن سریع نخ است و این به نوبه خود منجر به افزایش تبخیر می شود.

این فرآیند با فرسودگی به پایان می رسد - ذوب شدن نخ در نازک ترین مکان. دقیقاً طبق ضرب المثل معلوم می شود: جایی که نازک است آنجا می شکند. طبیعتا علاوه بر ضخامت نخ، شرایط سرد شدن آن نیز نقش دارد. به عنوان مثال، رشته ها به ندرت در نزدیکی نگهدارنده هایی که به دفع گرما کمک می کنند می سوزند. اگر نخ در نزدیکی نگهدارنده بسوزد، به این معنی است که ضخامت آن در این مکان بسیار کمتر از بقیه طول است.

فرآیند تبخیر مواد رشته ای در لامپ های الکترونیکی کمتر از لامپ های روشنایی قابل توجه است، زیرا رشته های لامپ های الکترونیکی در دماهای پایین تر عمل می کنند. اما "مکانیسم" فرسودگی آنها یکسان است: شدیدترین تبخیر فلز نخ در جایی اتفاق می افتد که به خصوص نازک است. لامپ های رشته ای مستقیم بیشتر از لامپ های گرم شده می سوزند، زیرا رشته های لامپ های باتری به طور کلی نازک تر هستند و علاوه بر این، شرایط برای خنک شدن آنها بسیار بدتر است. تماس فیلامنت لامپ های گرمایش با پرسلن یا عایق ساخته شده از ماده دیگری که رشته را از کاتد جدا می کند به خنک شدن خوب کمک می کند.

کاملاً واضح است که حتی یک گرمای بیش از حد کوچک عمر رشته را بسیار کوتاه می کند - روند نازک شدن مکان های نازک در هنگام گرم شدن بیش از حد با شدت افزایش می یابد. برای نشان دادن، ارزش ارائه یک رقم را دارد: افزایش تبخیر تنگستن با افزایش دمای آن متناسب با درجه 38 درجه حرارت است، یعنی متناسب با G38.

آیا در عنوان خطایی وجود دارد؟ کاملاً بدیهی است که گرمای بیش از حد می تواند در نتیجه گرمای بیش از حد باشد، اما چگونه می تواند به دلیل گرمای کم رخ دهد؟ در اینجا طبیعی است که انتظار گرمای بیش از حد نداشته باشیم، بلکه گرمای کمتری داشته باشیم.

با این حال، هیچ خطایی در عنوان وجود ندارد. در تلاش برای حفظ لامپ ها، آماتورهای رادیویی اغلب آنها را کم پخته می کنند و این منجر به گرمای بیش از حد مضر می شود و لامپ از کار می افتد. توضیحات به شرح ذیل می باشد.

در حال حاضر، تمام لامپ های گیرنده رادیویی دارای کاتدهای فعال پوشیده شده با لایه ای از اکسیدهای باریم و استرانسیوم هستند. عوامل فعال کننده اجازه می دهد تا انتشار الکترون کافی را در دمای پایین - فقط 750-800 درجه سانتیگراد - بدست آورید. در این دما، تبخیر تنگستن عملاً بسیار کم است و عمر مفید لامپ ها معمولاً نه با فرسودگی رشته، بلکه با تبخیر یا تخریب لایه اکسید فعال تعیین می شود.

از این نظر است که لامپ های زیر کار خطرناک هستند. برای لایه اکسید، یک خطر بزرگ، وقوع مراکز گرمای بیش از حد روی سطح آن است - گرمایش قوی تر نقاط سطحی منفرد در مقایسه با همسایگان، و چنین مراکزی در هنگام سرد شدن کم ظاهر می شوند.

جریان آند لامپ از لایه اکسیدی عبور می کند. اگر کاتد غیر موضعی باشد، مقاومت لایه اکسیدی به شدت افزایش می یابد. مقاومت به ویژه در مکان هایی که ضخیم شدن در لایه اکسید وجود دارد بالا است. با عبور از این مکان ها، جریان آند باعث گرم شدن آنها می شود (هر چه مقاومت بیشتر باشد، بیشتر می شود).

گرما در یک جریان معین روی آن آزاد می شود) و این به نوبه خود منجر به افزایش انتشار آنها می شود که در نتیجه جریان آند حتی بیشتر می شود. در نتیجه دمای چنین مناطقی از لایه اکسید به نقطه تبخیر اکسید می رسد.

این فرآیند در مواردی که کاهش گرما با کاهش متناظر ولتاژ آند همراه نباشد از این نوع است. ولتاژ آند بالا جریان آند را افزایش می دهد. بنابراین، کاهش ولتاژ رشته لامپ باید همیشه با کاهش متناظر در مقدار ولتاژ آند و در نتیجه، جریان آند همراه باشد.

این نوع خودگرم شدن کاتد اکسید در غیر این صورت می تواند منجر به این واقعیت شود که لامپ حتی زمانی که جریان رشته خاموش است به کار خود ادامه می دهد. اگر جریان آند به اندازه کافی بزرگ باشد، پس از خاموش کردن گرما، لایه اکسیدی با عبور جریان آند از آن گرم می شود و انتشار کاتد متوقف نمی شود. بنابراین، با خاموش شدن گرما، گاهی اوقات آنها می توانند به عنوان مثال کنوترون ها کار کنند. اما عملکرد لامپ در چنین شرایطی ناپایدار است: معمولاً یا جریان آند آنقدر افزایش می یابد که لایه اکسید تبخیر می شود یا جریان شروع به کاهش می کند، کاتد خنک می شود و انتشار متوقف می شود.

در سال 1783 دریافت شد، و در واقع برای سالهای زیادی مورد استفاده قرار نگرفت.
تعجب کمی وجود دارد - این فلز، البته، انعطاف پذیر است، اما همچنین بسیار سخت است، و همچنین نسوزترین فلزات: 3380 درجه سانتیگراد برای شما شوخی نیست.

بنابراین، اگر و در کجا از تنگستن استفاده می شد، در چین بود - در رنگ هلو برای چینی، جایی که اکسید تنگستن رنگ زیبایی می داد. اگر چه کسانی که صدها سال ظروف چینی را نقاشی می کردند از آن خبر نداشتند.

همه چیز در سال 1900 تغییر کرد، زمانی که اولین فولادهای با تنگستن ظاهر شدند.
با این حال، ما به تنگستن خالص علاقه مند هستیم، یا بهتر است بگوییم، چگونه می توانیم از آن سیم نازکی برای رشته ها بسازیم؟ از این گذشته ، علاوه بر لامپ های الکترونیکی ، خوب است که ما لامپ های روشنایی رشته ای ساده تولید کنیم ...

اولین لامپ های رشته ای با رشته های کربنی (1878) بودند. ما MTBF چنین لامپی را به خاطر نمی آوریم ، مشکل متفاوت بود - بازده انرژی فقط 1 لومن در هر وات است. لامپ ها کم نور بودند و مقدار زیادی غذا می خوردند و 20 سال تحقیق بازده را به 3 لومن بر وات رساند. در همان زمان، ساده ترین لامپ رشته ای مدرن دارای 12 لومن / وات است.

طبیعتا سال به سال تلاش هایی برای جایگزینی زغال سنگ انجام شد. در پایان قرن نوزدهم، لامپ های با رشته اسمیوم شروع به تولید کردند، و از سال 1903 - از تانتالم (7 لومن / وات).

رشته تنگستن تنها در سال 1904 ساخته شد و 12 لومن / وات مورد نظر را دریافت کرد و لامپ های ویژه ولتاژ بالا حتی 22 لومن / وات دارند.

با چه ابزاری این امر محقق شد؟
روش های مختلفی برای تولید رشته ها وجود دارد.
فوراً می گویم - نقاشی ساده در اینجا مناسب نیست. البته تلاش هایی برای ذوب تنگستن در قوس الکتریکی و کار با این قطره در حالی که گرم است انجام شده است. و با این حال، سیم بسیار نازکی که ما نیاز داشتیم کار نکرد، زیرا وقتی در تنگستن جامد شد، کریستال های نسبتا بزرگی تشکیل شد و تنگستن شکننده شد. و به طور کلی - این روش ما نیست. مال ما چیست؟

روش بار
طراحی شده در سال 1906. پودر تنگستن سیاه بسیار ریز آسیاب شده با دکسترین یا نشاسته مخلوط شد تا یک توده پلاستیکی تشکیل شود. فشار هیدرولیک این جرم را از غربال های الماس نازک عبور داد. نخ به دست آمده آنقدر قوی بود که روی قرقره ها پیچید و خشک شد.
در مرحله بعد، نخ ها را به "گیره های مو" برش دادند، که در یک فضای گاز بی اثر تا دمای قرمز داغ حرارت داده شدند تا رطوبت باقیمانده و هیدروکربن های سبک حذف شوند. هر "پیچ مو" در یک گیره ثابت می شد و در یک جو هیدروژنی گرم می شد تا با عبور جریان الکتریکی درخشش درخشانی داشته باشد. این منجر به حذف نهایی ناخالصی های ناخواسته شد. در دماهای بالا، ذرات کوچک تنگستن ذوب شده و یک رشته فلزی جامد یکنواخت را تشکیل می دهند. این نخ ها الاستیک هستند، اگرچه شکننده هستند.
این روش ساده است (نسبتا)، اما یک اشکال دارد. واقعیت این است که امکان سوزاندن کامل مواد آلی وجود نداشت و بقایای کربن به تدریج از نخ خارج شده و روی دیواره فلاسک نشست و لامپ "تاریک" شد. به طور طبیعی، چنین رشته های تنگستن کاربرد کمی دارند لوله های الکترونیکیاما فقط در لامپ های رشته ای.

روش دو
طراحی شده توسط Just and Hannaman. یک رشته کربن به قطر 0.02 میلی متر با گرم کردن آن در اتمسفر هیدروژن و بخار هگزا کلرید تنگستن با تنگستن پوشانده شد. نخ پوشش داده شده به این روش تا یک درخشش روشن در هیدروژن تحت فشار کاهش یافته گرم می شود. پوسته تنگستن و هسته کربن به طور کامل با هم ذوب شدند تا کاربید تنگستن را تشکیل دهند. نخ حاصل شده بود رنگ سفیدو شکننده بود سپس، رشته در جریانی از هیدروژن گرم شد که با کربن برهمکنش داشت و رشته فشرده ای از تنگستن خالص باقی می ماند.
این روش نتایج بسیار بهتری می دهد، اما پیچیدگی آن! ..

روش سه
طراحی شده در سال 1909 توسط ویلیام کولیج. تنگستن با آمالگام کادمیوم مخلوط شد، سیمی از توده پلاستیکی حاصل ساخته شد، و هنگامی که در خلاء کلسینه شد، ابتدا کادمیوم و سپس جیوه به طور کامل تبخیر شد و یک رشته نازک از تنگستن خالص متخلخل باقی ماند، که علاوه بر این، قابل تحمل بیشتر بود. در حال پردازش.
این بیشترین چیزی است که وجود دارد روش ما!
P.S. من در یک جا با اشاره ای مواجه شدم که کولیج سپس این روش را بهبود بخشید و جیوه را حذف کرد. چگونه این اتفاق افتاد، من نتوانستم توضیحی پیدا کنم.

روش چهار
در واقع، این یک روش مدرن برای تولید رشته های تنگستن (برای مرجع) است.
در ورودی تنگستن پودری است که از احیای پاراتنگستات آمونیوم به دست می آید. باید خلوص بالایی داشته باشد و معمولاً پودرهای تنگستن از منشأهای مختلف مخلوط می شود تا کیفیت فلز متوسط ​​​​باشد (اقتصادی باید مقرون به صرفه باشد). اما حتی چنین مخلوط کردن کار آسانی نیست، در آسیاب ها انجام می شود و تنگستن به شدت گرم می شود. برای اینکه آسیاب اکسید نشود، باید جوی کاملاً نیتروژنی داشته باشد.
علاوه بر این، پودر توسط یک پرس هیدرولیک با 5.25 کیلوگرم بر میلی متر مربع فشرده می شود
اگر پودرها هنوز آلوده باشند، پس از آن فشرده شکننده است و برای از بین بردن آن، یک چسب آلی اضافه می شود که متعاقباً کاملاً اکسید می شود.
سپس - تف جوشی اولیه و خنک شدن میله ها در جریان هیدروژنی، خواص مکانیکی آنها بهبود می یابد.
اما با این حال، فشرده ها هنوز کاملا شکننده هستند و چگالی آنها 60 تا 70 درصد چگالی تنگستن است، بنابراین میله ها در معرض پخت بعدی در دمای بالا قرار می گیرند.
میله بین تماس های خنک شده با آب بسته می شود و در جوی از هیدروژن خشک جریانی از آن عبور می کند تا تقریباً تا نقطه ذوب آن گرم شود. در اثر گرما، تنگستن متخلخل می شود و چگالی آن به 85-95٪ کریستالی افزایش می یابد، در همان زمان، اندازه دانه ها افزایش می یابد و کریستال های تنگستن رشد می کنند.
به دنبال آن آهنگری در دمای 1200-1500 درجه سانتیگراد انجام می شود. در یک دستگاه خاص، میله ها از یک محفظه عبور می کنند که توسط یک چکش فشرده می شود. برای یک پاس، قطر میله 12٪ کاهش می یابد. هنگام آهنگری، کریستال های تنگستن دراز می شوند و یک ساختار فیبریلار ایجاد می کنند. این ساختار است که مانع از شکننده شدن تنگستن می شود که بتوان آن را کش داد.
پس از آهنگری، سیم کشی دنبال می شود. میله ها روغن کاری می شوند و از غربال الماس یا کاربید تنگستن عبور می کنند. درجه استخراج بستگی به هدف محصولات حاصل دارد. قطر سیم حاصل حدود 13 میکرومتر است.

و در نهایت، برخی از حقایق: 3.5 کیلومتر سیم از 1 کیلوگرم تنگستن ساخته شده است. این رشته ها برای 23000 لامپ 60 وات هستند.

لامپ رشته ای (LN) - یک منبع نور الکتریکی که بدنه نورانی آن به اصطلاح جسم رشته ای است (TN، رسانایی که توسط جریان جریان الکتریکی به دمای بالا گرم می شود). در حال حاضر، تنگستن و آلیاژهای مبتنی بر آن تقریباً به طور انحصاری به عنوان ماده ای برای ساخت HP استفاده می شود. در پایان قرن نوزدهم - نیمه اول قرن بیستم. TN از یک ماده مقرون به صرفه تر و آسان برای پردازش - فیبر کربن ساخته شده است.

اصول کارکرد، اصول جراحی، اصول عملکرد

یک لامپ رشته ای از اثر گرم کردن هادی (رشته) هنگامی که جریان الکتریکی از آن عبور می کند (اثر حرارتی جریان) استفاده می کند. دمای رشته تنگستن پس از روشن شدن جریان به شدت افزایش می یابد. این رشته طبق قانون پلانک تابش حرارتی الکترومغناطیسی ساطع می کند. تابع پلانک دارای حداکثری است که موقعیت آن در مقیاس طول موج به دما بستگی دارد. این حداکثر با افزایش دما به سمت طول موج های کوتاه تر تغییر می کند (قانون جابجایی وین). برای به دست آوردن تابش مرئی، لازم است که درجه حرارت در حد چند هزار درجه باشد، در حالت ایده آل 5770 کلوین (دمای سطح خورشید). هر چه دما کمتر باشد، نسبت نور مرئی کمتر می شود و تابش "قرمز" بیشتری ظاهر می شود.

بخشی از انرژی الکتریکی مصرف شده توسط لامپ رشته ای به تشعشع تبدیل می شود، بخشی در نتیجه فرآیندهای انتقال حرارت و همرفت از بین می رود. تنها بخش کوچکی از تابش در ناحیه نور مرئی قرار دارد، بخش عمده آن در تابش مادون قرمز است. برای افزایش کارایی لامپ و به دست آوردن حداکثر نور "سفید"، لازم است دمای رشته افزایش یابد، که به نوبه خود توسط خواص مواد رشته - نقطه ذوب محدود می شود. دمای ایده آل 5770 کلوین دست نیافتنی است، زیرا در این دما هر ماده شناخته شده ذوب می شود، شکسته می شود و رسانای الکتریسیته متوقف می شود. در لامپ های رشته ای مدرن، از مواد با حداکثر نقطه ذوب استفاده می شود - تنگستن (3410 درجه سانتیگراد) و به ندرت، اسمیم (3045 درجه سانتیگراد).

در دماهای عملا قابل دستیابی 2300-2900 درجه سانتیگراد، به دور از رنگ سفید و نه نور روز. به همین دلیل، LN ها نوری ساطع می کنند که بیشتر از نور روز «زرد-قرمز» به نظر می رسد. برای مشخص کردن کیفیت نور، به اصطلاح. دمای رنگارنگ.

در هوای معمولی در چنین دماهایی، تنگستن فوراً به اکسید تبدیل می‌شود. به همین دلیل، HP در یک فلاسک قرار می گیرد که گازهای اتمسفر در طول ساخت LN از آن خارج می شود. خطرناک ترین برای LN اکسیژن و بخار آب است که HP در اتمسفر آنها به سرعت اکسید می شود. اولین LN ها توسط خلاء ساخته شدند. در حال حاضر، فقط لامپ های کم مصرف (برای LON - تا 25 وات) در فلاسک تخلیه ساخته می شوند. فلاسک های LN های قدرتمندتر با گاز (نیتروژن، آرگون یا کریپتون) پر می شوند. افزایش فشار در فلاسک لامپ های پر از گاز، سرعت تخریب HP در اثر پاشش را به شدت کاهش می دهد. فلاسک های LN های پر شده با گاز به سرعت با پوشش تیره ای از مواد HP اسپری شده پوشانده نمی شوند و دمای مورد دوم را می توان در مقایسه با LN های خلاء افزایش داد. دومی امکان افزایش کارایی و تا حدودی تغییر طیف انتشار را فراهم می کند.

نامگذاری

با توجه به هدف کاربردی و ویژگی های طراحی، LN ها به موارد زیر تقسیم می شوند:

LN همه منظوره (LON، تا اواسط دهه 1970، اصطلاح "LN روشنایی معمولی" - NOL) استفاده می شد. گسترده ترین گروه LN در نظر گرفته شده برای اهداف عمومی، محلی و نورپردازی تزئینی. از سال 2008، به دلیل اتخاذ اقدامات قانونی توسط تعدادی از ایالت ها با هدف کاهش تولید و محدود کردن استفاده از LON ها به منظور صرفه جویی در انرژی، تولید آنها شروع به کاهش کرد.

LN تزئینی، تولید شده در فلاسک های مجعد. رایج ترین فلاسک های شمعی شکل با قطر تقریبی است. 35 میلی متر و کروی با قطر تقریبی. 45 میلی متر؛

روشنایی محلی LN، ساختاری شبیه به LON، اما برای ولتاژ کم (ایمن) - 12، 24 یا 36 (42) V طراحی شده است. محدوده - لامپ های دستی (قابل حمل)، و همچنین لامپ های روشنایی محلی در محل های صنعتی (روی ماشین ابزار). ، میزهای کار و غیره، که در آن ممکن است ضربه تصادفی لامپ وجود داشته باشد.

LN روشن کننده، تولید شده در فلاسک های رنگی. هدف - تاسیسات روشنایی در انواع مختلف. به عنوان یک قاعده، لامپ های این نوع دارای قدرت کم (10-25 وات) هستند. فلاسک ها معمولاً با اعمال یک لایه رنگدانه معدنی روی سطح داخلی آنها رنگ می شوند. لامپ هایی با فلاسک های رنگ شده در خارج با لاک های رنگی کمتر مورد استفاده قرار می گیرند ، نقطه ضعف آنها محو شدن سریع رنگدانه و ریزش فیلم لاک به دلیل تأثیرات مکانیکی است.

LN های آینه ای دارای یک لامپ به شکل خاص هستند که بخشی از آن با یک لایه بازتابنده (یک لایه نازک از آلومینیوم اسپری حرارتی) پوشیده شده است. هدف از آینه سازی - توزیع مجدد فضایی شار نورانیلامپ به منظور استفاده مؤثرتر از آن در یک زاویه ثابت مشخص. هدف اصلی LN های آینه ای، روشنایی محلی محلی است.

خطوط سیگنال در دستگاه های مختلف سیگنال نور (وسیله نمایش بصری اطلاعات) استفاده می شود. اینها لامپ های کم مصرف هستند که برای عمر طولانی طراحی شده اند.

حمل و نقل LN - گروه بسیار گسترده ای از لامپ ها که برای کار بر روی وسایل نقلیه مختلف (ماشین ها، موتور سیکلت ها و تراکتورها، هواپیماها و هلیکوپترها، لوکوموتیوها و واگن های راه آهن و مترو، کشتی های رودخانه ای و دریایی) طراحی شده اند. مشخصات: استحکام مکانیکی بالا، مقاومت در برابر لرزش، استفاده از پایه های مخصوص که امکان تعویض سریع لامپ ها را در شرایط تنگ فراهم می کند و در عین حال از افتادن خود به خود لامپ ها از سوکت خود جلوگیری می کند. طراحی شده برای تغذیه از طریق شبکه الکتریکی داخلی وسایل نقلیه (6-220 ولت).

لامپ های نورافکن معمولا دارای قدرت بالا (تا 10 کیلو وات، لامپ های تا 50 کیلو وات قبلا تولید شده بودند) و راندمان نور بالایی دارند. در دستگاه های روشنایی برای اهداف مختلف (روشنایی و نور سیگنال) استفاده می شود. TN چنین لامپ ها، به عنوان یک قاعده، فشرده (نزدیک به یک نقطه یا مستطیل) ساخته می شود، که هم با طراحی خاص آن و هم با تعلیق ویژه در لامپ تضمین می شود.

LN برای دستگاه های نوری، که شامل تولید انبوه تا پایان قرن 20 است. لامپ های تجهیزات پروجکشن فیلم دارای HP فشرده هستند، بسیاری از آنها در فلاسک های خاص قرار می گیرند. مورد استفاده در دستگاه های مختلف (ابزار اندازه گیری، تجهیزات پزشکی و غیره)؛

سوئیچینگ LN به عنوان نشانگر در پانل های سوئیچینگ عمل می کرد. آنها لامپ های مینیاتوری باریک و بلند با تماس های موازی صاف هستند که تعویض آنها را آسان می کند. انواع مختلفی تولید شد: KM 6-50، KM 12-90، KM 24-35، KM 24-90، KM 48-50، KM 60-50، که در آن رقم اول به معنای ولتاژ کار بر حسب ولت، دومی - جریان است. قدرت بر حسب میلی آمپر در حال حاضر، LED ها بیشتر به عنوان نشانگر استفاده می شوند.

لامپ سوئیچ رشته ای (24 ولت 35 میلی آمپر)

گروه خاصی از LN ها هستند لامپ های هالوژنرشته ای ویژگی اساسی آنها ورود هالوژن ها یا ترکیبات آنها به داخل حفره فلاسک است که به همین دلیل می توان دمای عملیات HP را به میزان قابل توجهی افزایش داد و در عین حال از پاشش سریع آن جلوگیری کرد.

طرح

طرح های LN بسیار متنوع هستند و به هدف نوع خاصی از لامپ بستگی دارد. با این حال، عناصر زیر برای همه LN ها مشترک هستند: HP، لامپ، سیم های جریان. بسته به ویژگی های یک نوع لامپ خاص، می توان از نگهدارنده های VT با طرح های مختلف استفاده کرد. لامپ ها را می توان بدون پایه یا با پایه های مختلف ساخت، دارای یک لامپ خارجی اضافی و سایر عناصر ساختاری اضافی باشد.

طراحی LON یک فیوز را فراهم می کند - یک پیوند ساخته شده از آلیاژ فرونیکل، که در شکاف یکی از سرنخ های فعلی جوش داده شده و خارج از لامپ LN، به عنوان یک قاعده، در ساق قرار دارد. هدف فیوز جلوگیری از تخریب فلاسک LON در هنگام شکستن HP در حین کار است. واقعیت این است که در این حالت یک قوس الکتریکی در ناحیه پارگی ایجاد می شود که بقایای HP را ذوب می کند ، قطرات فلز مذاب می تواند شیشه لامپ را از بین ببرد و باعث آتش سوزی شود. فیوز به گونه ای طراحی شده است که هنگام مشتعل شدن قوس، تحت تأثیر جریان قوس از بین می رود که به طور قابل توجهی از جریان نامی LN فراتر می رود. پیوند فرونیکل در حفره ای قرار دارد که فشار آن برابر با فشار اتمسفر است و بنابراین قوس به راحتی خاموش می شود. به دلیل کارایی پایین، اکنون رها شده اند.

طراحی یک لامپ مدرن.
روی نمودار:
1 - فلاسک؛ 2 - حفره فلاسک (خلاء یا پر از گاز). 3 - درخشش بدن; 4، 5 - الکترودها (ورودی های فعلی)؛ 6 - نگهدارنده قلاب TN; 7 - پای چراغ; 8 - پیوند خارجی سرب فعلی، فیوز; 9 - مورد پایه; 10 - عایق پایه (شیشه ای); 11 - تماس ته پایه.

فلاسک

فلاسک از HP در برابر اثرات گازهای جوی محافظت می کند. ابعاد فلاسک با سرعت رسوب مواد فیلامنت تعیین می شود. لامپ‌های با وات بالاتر به لامپ‌های بزرگ‌تری نیاز دارند تا مواد HP رسوب‌شده در منطقه بزرگ‌تری توزیع شود و تأثیر زیادی بر شفافیت نداشته باشد.

رسانه گازی

فلاسک های اولین لامپ ها تخلیه شد. بیشتر لامپ های مدرن با گازهای شیمیایی خنثی پر می شوند (به جز لامپ های کم توان که هنوز خلاء ساخته می شوند). اتلاف حرارتی که در این مورد به دلیل هدایت حرارتی ایجاد می شود با انتخاب گازی با وزن مولکولی زیاد کاهش می یابد. مخلوط‌های نیتروژن N2 با آرگون آرگون متداول‌ترین هستند به دلیل هزینه کم، آرگون خشک خالص نیز استفاده می‌شود، کمتر کریپتون Kr یا زنون Xe (وزن مولکولی: N2 - 28.0134 گرم در مول؛ Ar: 39.948 گرم در مول؛ Kr - 83.798 گرم در مول؛ Xe - 131.293 گرم در مول).

بدن درخشان

اشکال TN بسیار متنوع است و به هدف عملکردی LN بستگی دارد. متداول ترین آنها اچ پی است که از سیم با مقطع گرد ساخته شده است، اما از نوارهای HP (ساخته شده از روبان های فلزی) نیز استفاده می شود. بنابراین، استفاده از عبارت "رشته" نامطلوب است - اصطلاح "بدنه رشته" موجود در فرهنگ لغت بین المللی روشنایی، صحیح تر است.

HP اولین لامپ ها از زغال سنگ ساخته شده بود (دمای تصعید 3559 درجه سانتیگراد). لامپ های مدرن تقریباً به طور انحصاری از رشته های تنگستن استفاده می کنند، گاهی اوقات آلیاژ اوسمیوم- تنگستن. برای کاهش اندازه HP، معمولاً شکل مارپیچی به آن داده می شود، گاهی اوقات مارپیچ در معرض مارپیچ شدن مکرر یا حتی سوم قرار می گیرد و به ترتیب دو مارپیچ یا سه مارپیچ به دست می آید. راندمان چنین LN هایی به دلیل کاهش تلفات حرارتی HP در اثر همرفت (ضخامت لایه لانگمویر کاهش می یابد) بالاتر است.

لامپ ها برای ولتاژهای کاری مختلف تولید می شوند. قدرت فعلی با قانون اهم (I \u003d U / R) و قدرت با فرمول P \u003d U I یا P \u003d U² / R تعیین می شود. از آنجایی که فلزات مقاومت کمی دارند، برای دستیابی به چنین مقاومتی به یک سیم بلند و نازک نیاز است. ضخامت سیم در لامپ های معمولی 40-50 میکرون است.

از آنجایی که فیلامنت هنگام روشن شدن در دمای اتاق است، مقاومت آن یک مرتبه کمتر از مقاومت عملیاتی است. بنابراین، هنگام روشن شدن، جریان بسیار زیادی (ده تا چهارده برابر جریان عملیاتی) جریان می یابد. با گرم شدن فیلامنت، مقاومت آن افزایش یافته و جریان کاهش می یابد. برخلاف لامپ‌های مدرن، لامپ‌های رشته‌ای اولیه با رشته‌های کربنی، وقتی روشن می‌شدند، بر خلاف لامپ‌ها کار می‌کردند - هنگام گرم شدن، مقاومت آنها کاهش می‌یابد و درخشش به آرامی افزایش می‌یابد.

در لامپ های چشمک زن، یک کلید دو فلزی به صورت سری با رشته ساخته شده است. به همین دلیل، چنین لامپ هایی به طور مستقل در حالت سوسو زدن کار می کنند.

مارپیچ دوتایی

مارپیچ دوبل (bispiral) LN (Osram 200 W) با سیم‌های جریان و نگهدارنده‌ها

ازاره

شکل پایه با نخ یک لامپ رشته ای معمولی توسط توماس آلوا ادیسون پیشنهاد شد. اندازه پایه پایه استاندارد شده است. برای لامپ های خانگی، رایج ترین پایه های ادیسون E14 (مینیون)، E27 و E40 هستند. همچنین پایه های بدون نخ (لامپ به دلیل اصطکاک یا جفت های بدون رزوه در کارتریج نگه داشته می شود - به عنوان مثال سرنیزه) و همچنین لامپ های بدون پایه که اغلب در اتومبیل ها استفاده می شود.

تاریخچه اختراع

در سال 1838 جوبار بلژیکی اختراع کرد چراغ زغالیرشته ای

در سال 1840، دلارو انگلیسی اولین لامپ رشته ای (با مارپیچ پلاتین) را ساخت.

در سال 1854، هاینریش گوبل آلمانی اولین لامپ "مدرن" را توسعه داد: نخ بامبو زغالی در یک کشتی تخلیه شده. در 5 سال بعد، او چیزی را توسعه داد که بسیاری آن را اولین لامپ کاربردی می نامند.

در 11 ژوئیه 1874، مهندس روسی الکساندر نیکولاویچ لودیگین ثبت اختراع شماره 1619 را برای یک لامپ رشته ای دریافت کرد. او به عنوان رشته از یک میله کربنی که در یک ظرف تخلیه شده قرار داده شده استفاده کرد.

لامپ Lodygin

مخترع انگلیسی جوزف ویلسون سوان در سال 1878 یک حق اختراع بریتانیایی برای لامپ فیبر کربن دریافت کرد. در لامپ های او، فیبر در یک جو اکسیژن کمیاب قرار داشت، که این امکان را به دست آورد نور روشن.

در نیمه دوم دهه 1870، مخترع آمریکایی توماس ادیسون کار پژوهشی، که در آن فلزات مختلف را به عنوان نخ امتحان می کند. در سال 1879 او یک لامپ رشته ای پلاتین را به ثبت رساند. در سال 1880 او به فیبر کربن بازگشت و لامپی با طول عمر 40 ساعت ساخت. در همان زمان، ادیسون کارتریج، پایه و سوئیچ را اختراع کرد. با وجود چنین عمر کوتاهی، لامپ های او جایگزین روشنایی گازی می شوند که تا آن زمان استفاده می شد.

لامپ توماس ادیسون با فیلامنت فیبر کربن (پایه E27، 220 ولت)

در دهه 1890، A. N. Lodygin چندین نوع لامپ با رشته های ساخته شده از فلزات نسوز اختراع کرد. Lodygin اولین کسی بود که استفاده از رشته‌های تنگستن را در لامپ‌ها پیشنهاد کرد (در لامپ‌های برق مدرن، رشته‌ها از تنگستن ساخته می‌شوند) و رشته را به شکل مارپیچ پیچاند. همچنین Lodygin اولین کسی بود که هوا را از لامپ ها خارج کرد که عمر مفید آنها را چندین برابر افزایش داد. یکی دیگر از اختراعات Lodygin با هدف افزایش عمر لامپ ها پر کردن آنها با گاز بی اثر بود.

از اواخر دهه 1890. لامپ ها با یک رشته رشته ای ساخته شده از اکسید منیزیم، توریم، زیرکونیوم و ایتریم (لامپ Nernst) یا رشته ای از فلز اسمیم (لامپ Auer) و تانتالیوم (لامپ Bolton و Feuerlein) ظاهر می شوند.

در سال 1904، مجارستانی دکتر Sandor Just و Franjo Hanaman حق اختراع برای استفاده از رشته تنگستن در لامپ های شماره 34541 دریافت کردند. در مجارستان اولین چنین لامپ هایی تولید شد که از طریق شرکت مجارستانی Tungsram در سال 1905 وارد بازار شد.

در سال 1906، Lodygin حق امتیاز یک رشته تنگستن را به جنرال الکتریک فروخت. در همان سال 1906 در ایالات متحده آمریکا کارخانه تولید الکتروشیمیایی تنگستن، کروم و تیتانیوم را ساخت و به بهره برداری رساند. به دلیل هزینه بالای تنگستن، پتنت فقط کاربرد محدودی پیدا می کند.

در سال 1910، ویلیام دیوید کولیج روش بهبود یافته ای را برای تولید رشته تنگستن ابداع کرد. پس از آن، رشته تنگستن همه انواع دیگر رشته ها را جابجا می کند.

مشکل باقی مانده با تبخیر سریع یک رشته در خلاء توسط دانشمند آمریکایی ایروینگ لانگمویر، که از سال 1909 در جنرال الکتریک کار می کرد، با ایده پر کردن لامپ های لامپ با گاز بی اثر که به طور قابل توجهی افزایش یافت، حل شد. عمر لامپ

کارایی و دوام

تقریباً تمام انرژی عرضه شده به لامپ به تشعشع تبدیل می شود. تلفات ناشی از رسانش گرما و همرفت اندک است. با این حال، برای چشم انسان، تنها محدوده کمی از طول موج این تابش در دسترس است. بخش اصلی تابش در محدوده مادون قرمز نامرئی قرار دارد و به عنوان گرما درک می شود. راندمان لامپ های رشته ای در دمای حدود 3400 کلوین به حداکثر 15 درصد می رسد. در دماهای عملا قابل دستیابی 2700 کلوین (لامپ معمولی 60 وات)، راندمان 5٪ است.

دوام و روشنایی بسته به ولتاژ کار

با افزایش دما، کارایی لامپ رشته ای افزایش می یابد، اما در عین حال دوام آن به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. در دمای فیلامنت 2700 کلوین، عمر لامپ تقریباً 1000 ساعت است، در دمای 3400 کلوین فقط چند ساعت. همانطور که در شکل سمت راست نشان داده شده است، هنگامی که ولتاژ 20٪ افزایش می یابد، روشنایی دو برابر می شود. در همان زمان، طول عمر 95٪ کاهش می یابد.

کاهش ولتاژ تغذیه اگرچه راندمان را کاهش می دهد اما دوام را افزایش می دهد. بنابراین کاهش ولتاژ به نصف (مثلاً هنگام اتصال سری) راندمان را بسیار کاهش می دهد، اما طول عمر را تقریباً هزار برابر افزایش می دهد. این اثر اغلب در مواقعی استفاده می شود که لازم است نور اضطراری قابل اعتماد بدون نیاز به روشنایی خاص، به عنوان مثال، در راه پله ها فراهم شود. اغلب، برای این، هنگامی که با جریان متناوب تغذیه می شود، لامپ به صورت سری با دیود متصل می شود، به همین دلیل جریان تنها در نیمی از چرخه به لامپ جریان می یابد.

طول عمر محدود یک لامپ رشته ای به میزان کمتری به تبخیر مواد رشته ای در حین کار است و در بیشترناهمگونی هایی که در نخ ایجاد می شوند. تبخیر ناهموار مواد رشته ای منجر به پیدایش نواحی نازک با افزایش مقاومت الکتریکی می شود که به نوبه خود منجر به گرم شدن و تبخیر بیشتر مواد در چنین مکان هایی می شود. هنگامی که یکی از این انقباضات آنقدر نازک می شود که مواد رشته ای در آن نقطه ذوب می شود یا کاملاً تبخیر می شود، جریان قطع می شود و لامپ از کار می افتد.

بخش غالب ساییدگی رشته زمانی اتفاق می‌افتد که لامپ به طور ناگهانی روشن می‌شود، بنابراین، می‌توان با استفاده از انواع مختلف استارت‌کننده‌های نرم، عمر مفید آن را به میزان قابل توجهی افزایش داد.

یک رشته تنگستن دارای مقاومت سردی است که تنها 2 برابر بیشتر از آلومینیوم است. هنگامی که یک لامپ می سوزد، اغلب اتفاق می افتد که سیم های مسی که کنتاکت های پایه را به نگهدارنده های مارپیچی متصل می کنند، می سوزند. بنابراین، یک لامپ 60 وات معمولی در زمان روشن شدن بیش از 700 وات مصرف می کند و یک لامپ 100 وات بیش از یک کیلووات مصرف می کند. با گرم شدن مارپیچ، مقاومت آن افزایش می یابد و قدرت به مقدار اسمی کاهش می یابد.

برای هموارسازی حداکثر توان، می توان از ترمیستورهایی با مقاومت در برابر سقوط شدید در حین گرم شدن، بالاست راکتیو به شکل خازن یا اندوکتانس استفاده کرد. ولتاژ لامپ با گرم شدن مارپیچ افزایش می یابد و می توان از آن برای شنت بالاست با خودکار استفاده کرد. بدون خاموش کردن بالاست، لامپ می تواند از 5 تا 20 درصد از قدرت خود را از دست بدهد، که می تواند برای افزایش منبع نیز مفید باشد.

مزایا و معایب لامپ های رشته ای

طیف انتشار: لامپ رشته ای پیوسته 60 وات (بالا) و لامپ فلورسنت فشرده 11 وات خطی (پایین)

مزایای:

کم هزینه

اندازه کوچک

بی فایده بودن بالاست ها

وقتی روشن می شوند، تقریباً فوراً روشن می شوند.

عدم وجود اجزای سمی و در نتیجه عدم نیاز به زیرساخت برای جمع آوری و دفع

توانایی کار بر روی جریان مستقیم (هر قطبیت) و جریان متناوب

توانایی ساخت لامپ برای طیف گسترده ای از ولتاژها (از کسری از یک ولت تا صدها ولت)

بدون سوسو زدن و وزوز هنگام کار با جریان متناوب

طیف انتشار پیوسته

مقاومت در برابر ضربه الکترومغناطیسی

توانایی استفاده از کنترل های روشنایی

عملکرد عادی در دمای پایین محیط

ایرادات:

کم خروجی نور

عمر سرویس نسبتاً کوتاه

وابستگی شدید راندمان نوری و عمر مفید به ولتاژ

دمای رنگ فقط در محدوده 2300-2900 کلوین قرار دارد که به نور یک رنگ مایل به زرد می دهد.

لامپ های رشته ای خطر آتش سوزی هستند. 30 دقیقه پس از روشن کردن لامپ های رشته ای، دمای سطح بیرونی بسته به قدرت به مقادیر زیر می رسد: 40 وات - 145 درجه سانتی گراد، 75 وات - 250 درجه سانتی گراد، 100 وات - 290 درجه سانتی گراد، 200 وات - 330 درجه سانتیگراد هنگامی که لامپ ها با مواد نساجی تماس پیدا می کنند، لامپ آنها حتی بیشتر گرم می شود. تماس نی با سطح یک لامپ 60 وات پس از حدود 67 دقیقه شعله ور می شود.

راندمان نوری لامپ های رشته ای، که به عنوان نسبت توان پرتوهای طیف مرئی به توان مصرفی از شبکه الکتریکی تعریف می شود، بسیار کم است و از 4٪ تجاوز نمی کند.

آسیب لامپ های رشته ای

بخش قابل توجهی از تابش یک لامپ رشته ای در قسمت موج کوتاه طیف مادون قرمز (طول موج 0.74-2.0 میکرون) قرار دارد. برای دمای سطح تابشی 2700K، بازده تابش در محدوده 0.74-2.0 میکرومتر 43٪ خواهد بود. این تشعشع بر خلاف طول موج بلند مفید (طول موج 50 تا 2000 میکرون) برای بدن انسان به خصوص برای چشم مضر است. با تراکم بالا و مدت زمان قرار گرفتن در معرض، اثرات زیر مشاهده می شود:

بیماری تشنجی ناشی از نقض تعادل آب و نمک با ظهور تشنج های شدید، عمدتاً در اندام ها مشخص می شود.

گرمای بیش از حد (هیپرترمی حرارتی) زمانی اتفاق می افتد که گرمای اضافی در بدن جمع می شود. علامت اصلی افزایش شدید دمای بدن است.

شوک حرارتی در نتیجه نفوذ اشعه مادون قرمز موج کوتاه (تا 1.5 میکرون) از طریق پوشش جمجمه به بافت های نرم مغز رخ می دهد.

آب مروارید (کدر شدن کریستال ها) یک بیماری چشمی است که با قرار گرفتن طولانی مدت در معرض اشعه مادون قرمز با λ = 0.78-1.8 میکرون رخ می دهد. اختلالات حاد اندام های بینایی نیز شامل سوختگی، ورم ملتحمه، تیرگی و سوختگی قرنیه، سوختگی بافت های اتاق قدامی چشم است.

معمولاً تراکم تشعشعات در خانه نمی تواند آسیب قابل توجهی به فرد وارد کند، اما در صورت کافی این امکان وجود دارد. لامپ قدرتمنددر مجاورت نزدیک قرار خواهد گرفت، یا اگر لامپ های زیادی در اتاق وجود داشته باشد یا خیلی قوی هستند. علاوه بر این، افراد می توانند زمان قابل توجهی را زیر لامپ های رشته ای بگذرانند، بنابراین به احتمال زیاد حتی روشنایی نه چندان زیاد نیز می تواند برای مدت طولانی بر سلامتی تأثیر منفی بگذارد.

طیف انتشار: لامپ رشته ای پیوسته 60 وات (بالا) و لامپ فلورسنت فشرده 11 وات خطی (پایین)

دسترس

لامپ های رشته ای و لامپ های هالوژن استفاده شده حاوی مواد مضر برای محیط زیست نیستند و می توان آنها را به عنوان زباله های معمولی خانگی دور انداخت. تنها محدودیت، ممنوعیت بازیافت آنها همراه با محصولات شیشه ای است.

محدودیت های واردات، تهیه و تولید

با توجه به نیاز به صرفه جویی در انرژی و کاهش انتشار دی اکسید کربن در جو، بسیاری از کشورها ممنوعیت تولید، خرید و واردات لامپ های رشته ای را به منظور تشویق جایگزینی آنها با لامپ های کم مصرف(فشرده - جمع و جور لامپ های فلورسنتو غیره.)

از اول سپتامبر 2009، مطابق با دستورالعمل 2005/32/EC، ممنوعیت تدریجی تولید، خرید توسط مغازه ها و واردات لامپ های رشته ای (به استثنای لامپ های ویژه) در اتحادیه اروپا به اجرا درآمد. از سال 2009، این ممنوعیت لامپ هایی با قدرت >= 100 وات، لامپ های دارای لامپ مات >= 75 وات و غیره را تحت تأثیر قرار می دهد. پیش بینی می شود تا سال 2012 واردات و تولید لامپ های رشته ای کم توان ممنوع شود.

در روسیه، از سال 2011، دولت مسکو نیز در نظر دارد تولید لامپ‌های رشته‌ای با توان بیش از 100 وات را از گردش خارج و متوقف کند.

از سال 2005، استفاده از لامپ های رشته ای با توان بیش از 15 وات در کوبا محدود شده است.

از سال 2009، محدودیت ها برای نیوزیلند و سوئیس و از سال 2010 برای استرالیا اعمال خواهد شد.

در 23 نوامبر 2009، رئیس جمهور روسیه قانون "در مورد صرفه جویی در انرژی و بهبود بهره وری انرژی و اصلاح برخی از قوانین قانونی" را امضا کرد که قبلاً توسط دومای دولتی تصویب شده بود. فدراسیون روسیهطبق این سند، از 1 ژانویه 2011، فروش لامپ های رشته ای الکتریکی با توان 100 وات یا بیشتر برای گردش در کشور مجاز نیست؛ از 1 ژانویه 2013 - لامپ های الکتریکی با توان 75 وات یا بیشتر، و از 1 ژانویه 2014 - لامپ هایی با قدرت 25 وات یا بیشتر.

کارتل فوبوس

کارتل بین المللی لامپ های الکتریکی با مرکز اداری - Phöbus S. A. (ژنو، سوئیس) که در سال های 1924-1941 وجود داشت، بیش از 40 تولید کننده را متحد کرد. کشورهای مختلفکه سهم محصولات آن در بازار جهانی به 80 درصد رسیده و بر قیمت گذاری، سیاست ثبت اختراع تاثیر دارد.

بر اساس برخی منابع، در سال 1924 بین اعضای کارتل توافق شد تا عمر لامپ های رشته ای به 1000 ساعت محدود شود. در عین حال، تمام تولیدکنندگان لامپ کارتل موظف شدند برای رعایت اقدامات لازم برای جلوگیری از بیش از 1000 ساعت چرخه عمر لامپ، مدارک فنی دقیق را حفظ کنند.(آلمانی)

علاوه بر این، استانداردهای پایه فعلی ادیسون توسط کارتل توسعه داده شد.

حقایق جالب

در ایالات متحده یکی از آتش نشانی های لیورمور کالیفرنیا یک لامپ 4 واتی دارد خود ساخته، معروف به چراغ صدمین. بیش از 100 سال است که از سال 1901 تقریباً دائماً می سوزد.

در اتحاد جماهیر شوروی، پس از اجرای طرح لنینیستی GOELRO، لامپ رشته ای لقب "لامپ ایلیچ" را گرفت. امروزه اغلب به این لامپ رشته ای ساده می گویند که از سقف روی سیم برق بدون سقف آویزان می شود.

تا زمانی که لامپ توماس ادیسون روشن شد، مردم 10 ساعت در شب می خوابیدند.