«Вічна лампочка» існує! Як створити лампу розжарювання з великим терміном служби

У місті Ліверморі, штат Каліфорнія, в приміщенні пожежної частини є унікальна лампочка, яка була вкручена в 1901 році і з того часу вона працює. Це абсолютний рекорд, який увійшов до книги рекордів Гіннеса. Лампочка навіть одержала ім'я Livermore's Centennial Light.

Цю жарівку виготовили майстри-склодуви вручну на фабриці компанії Shelby Electric у місті Шелбі, штат Огайо у 1890 році.

Centennial Light – це лампа чергового освітлення, яка не повинна вимикатися. Але найвідоміша лампочка за час своєї роботи таки гасла. Щоправда, це відбувалося не з її вини, а через стороннє втручання.


Як таке можливо?

Основною причиною перегорання лампочок є поступове зношування вольфрамової нитки. Ця нитка нагріта майже до температури плавлення вольфраму (3300°С), інакше не отримати інтенсивний світловий потік. За такої температури атоми вольфраму в кристалічній решітці інтенсивно коливаються і деякі з них відриваються і йдуть у простір, осідаючи на стінках колби. Поступово нитка стоншується, і в найтоншому місці температура переходить межу плавлення, нитка перегорає.

Вочевидь, що для підвищення терміну служби лампочки необхідно встановлювати товстішу нитку. Але при цьому для збереження опору нитки потрібно збільшувати її довжину. Збільшення діаметра нитки вдвічі призводить до збільшення маси вольфраму в 8 разів. А вольфрам – дорогий метал, тому виробники лампочок намагаються його заощаджувати.

Але є ще одна причина зношування ламп, про яку майже ніхто не знає. Справа в тому, що тонке скло колби у нагрітому стані пропускає газ. Є таблиці для різних типів скла та різних газів за різних температур. Наприклад, 1 см2 поверхні скла товщиною 1 мм за 1 сек і при різниці тисків в 1 мм рт.ст. пропускає при температурі 600°С 6,5*10 (-12) ступеня см3 азоту (основної частини повітря).

Розрахуємо температуру колби стандартної 40-ватної лампочки, у якої площа поверхні колби 200 см2, а площа поверхні вольфрамової нитки (орієнтовно) 0,3 см2, тобто, різниця у 660 разів.

Використовуючи методику розрахунків за законом Стефана-Больцмана і враховуючи, що все інфрачервоне випромінювання нитки гріє колбу (видиме світло становить не більше 3%), отримуємо температуру колби близько 400°С (у тому, що це так, кожен може переконатися, доторкнувшись до колби лампочки, що світиться). Далі, прийнявши товщину скла колби 0,5 мм, різницю тиску 760 мм рт.ст. і час 1 рік, отримаємо проникнення газу лампу порядку 4-5 см.

За кілька років, якщо не перегорить нитка накалу, то лампа заповниться газом, виникне газовий розряд, а разом із ним іонне бомбардування нитки накалу. Тоді ця нитка стоншуватиметься швидше. Таким чином, щоб створити лампу розжарювання з великим терміном служби необхідно: встановити товсту вольфрамову нитку, збільшити площу поверхні колби лампи (при цьому температура колби стане нижчою і просочування газу зменшується), збільшити товщину скла колби лампи.

Очевидно, ці умови були виконані в лампі-довгожительці. А нинішні виробники ці умови виконувати не хочуть, по-перше, з міркувань економії (вольфраму та скла), по-друге, виробникам просто не цікаво випускати «вічні» лампочки.

---

© за матеріалами