Электрическая лампа накаливания и проблемы при ее создании
Ранее создание источников света было сложным делом. Ведь необходимо было решить проблему удаления газов, содержащихся внутри стеклянных и металлических деталей, так как эти газы после откачки воздуха будут выделяться в объем лампы. Поскольку удалить их полностью невозможно, пришлось даже разработать специальные вещества — геттеры, которые, находясь внутри лампы, поглощают газ, постоянно выделяющийся из стекла и металла.
Надо сказать, что люди блестяще справились с этими проблемами. Современные осветительные лампы изготавливаются в автоматизированном производстве. Автоматы соединяют отдельные детали в единый прибор, удаляют остаточные газы из его частей, откачивают воздух из стеклянных баллонов. С автоматических линий электролампы сходят миллионами штук. Благодаря автоматизации производства электролампа сравнительно недорога и общедоступна.
Но вот что важно сразу же отметить на этом примере: при внедрении в практику технического решения сразу возникает масса «но». И так не только с простенькой лампочкой, но и с любой технической проблемой. К сожалению, технический прогресс – это, в первую очередь, преодоление многочисленных «но», которыми обрастает любая, пусть самая блестящая, идея.
Повышение температуры нити для увеличения излучения света (увеличения светоотдачи) таит в себе опасность не только из-за контакта нити с кислородом. В тепловом движении принимают участие все частицы тела. В частности, в нем участвуют атомы нити. Атомы, получившие большую тепловую скорость, могут отрываться от нити. То есть нить испаряется. Физический процесс испарения на кухне мы наблюдаем постоянно. Пар над кастрюлями или из носика чайника — привычная деталь кухонного пейзажа. Пар над кастрюлей — это результат испарения воды, а в лампе испаряется металл нити. Процесс этот имеет грустный итог. Теряя часть атомов, нить становится все тоньше и тоньше. Испарившиеся атомы оседают на стеклянной оболочке и уменьшают ее прозрачность — часть света, испускаемого лампой, ими поглощается. В конце концов, нить разрушается, и лампа окончательно выходит из строя. Разрушению способствует то, что нить по своей длине утончается неравномерно. В самых тонких местах сопротивление электрическому току особенно велико, и ток эти места разогревает особенно сильно. Именно в таких местах нить перегорает.
Избавиться от явления испарения нити невозможно, но ослабить его последствия удалось. Правда, процесс изготовления лампы пришлось еще больше усложнить. Раньше в лампах была нить, протянутая как веревочка между несколькими держателями. Затем нить накала стали свивать в спираль, а в некоторых моделях — из спирали свивать новую, то есть делать двойную спираль. В этом случае атом, оторвавшийся от нити накала, имеет большую вероятность попасть на другой виток нити и, таким образом, остаться на нити. В усовершенствованных лампах, чтобы уменьшить испарение нити, после откачки воздуха наполняют лампу газом: понятно, что в вакуум испаряться легче, чем в плотную среду. Только не каким попало газом, а таким, который не взаимодействует с нитью даже при высокой температуре. Для этого используются инертные газы: аргон, неон, криптон. С физической точки зрения атом металла, оторвавшийся от нити, имеет большую вероятность столкнуться с атомом газа. А, столкнувшись, изменить направление своего движения и вернуться обратно на нить. Этими мерами испарение замедляется, и лампа работает дольше. С другой стороны, появляется возможность повысить температуру нити, чтобы лампа светила ярче.
