Per què l’existència d’una bombeta eterna no és possible

A la ciutat de Livermore (Califòrnia, EUA) hi ha una bombeta única, que es va enroscar el 1901 i que des d’aleshores s’ha encès sense interrupcions. Aquest és un registre absolut que va entrar al Llibre de Rècords Guinness. Una càmera web s’instal·la davant de la bombeta única del parc de bombers núm. 6, de manera que es pot veure la bombeta a Internet. Com va ser possible això?

Se sap que la cara principal de l’apagada de bombetes és el desgast gradual d’un filament de tungstè. Aquest filament s’escalfa gairebé fins al punt de fusió del tungstè (3300 ° C), en cas contrari no obtindreu un flux de llum intens. A aquesta temperatura, els àtoms de tungstè de la gelosia de cristall vibren intensament i alguns d'ells surten a l'espai instal·lant-se a les parets del matràs. Gradualment, el fil es fa més prim i, al lloc més prim, la temperatura va més enllà del punt de fusió, el fil es crema.

Evidentment, per augmentar la vida útil de la bombeta, cal instal·lar un fil més gruixut. Però alhora, per mantenir la resistència del fil, cal augmentar la seva longitud. Un doble augment del diàmetre del filament condueix a un augment de la massa de tungstè en 8 vegades. I el tungstè és un metall car, de manera que els actuals fabricants de bombetes intenten estalviar-lo.

Però hi ha un altre motiu de desgast de les làmpades, que gairebé ningú en sap. El fet és que un got prim d’un matràs en estat escalfat passa gas. Hi ha taules per a diferents gots i diferents gasos a diferents temperatures. Per exemple, 1 cm2 d’una superfície de vidre d’1 mm de gruix en 1 s i amb una diferència de pressió d’1 mm Hg. passa 6.5 * 10 en (-12) graus cm3 de nitrogen a una temperatura de 600 ° С (part principal de l'aire).

Calculem la temperatura de la bombeta d’una bombeta estàndard de 40 vats amb una superfície de bombeta de 200 cm2 i una superfície de filament de tungstè de (aproximadament) 0,3 cm2, és a dir. la diferència és 660 vegades.

Utilitzant el mètode de càlcul segons la llei Stfan-Boltzmann i tenint en compte que tota la radiació infraroja del filament escalfa el matràs (la llum visible no és superior al 3%), obtenim la temperatura del matràs d’uns 400 ºC (tothom pot assegurar-se que això és cert tocant el matràs. bombeta brillant). A més, agafant el gruix de vidre del matràs de 0,5 mm, la diferència de pressió és de 760 mm i el temps és d’1 any, obtenim la penetració de gas a la làmpada d’uns 4-5 cm.

Durant diversos anys, si el filament no s’encén, la làmpada s’omplirà amb gas, es produirà una descàrrega de gas i amb ella el bombardeig d’ions del filament. Aleshores, aquest fil s'amortirà més ràpidament. Així, per tal de crear una làmpada incandescent amb una llarga vida útil, és necessari: instal·lar un filament de tungstè gruixut, augmentar la superfície de la bombeta (en aquest cas, la temperatura de la bombeta serà més baixa i disminuirà la fuga de gas), augmentant el gruix de vidre de la làmpada.

Bviament, aquestes condicions es van complir en un llum llarga. Però els fabricants actuals no volen complir aquestes condicions, en primer lloc, per raons d’economia (tungstè i vidre), i, en segon lloc, els fabricants simplement no estan interessats a alliberar bombetes "eternes" (en cas contrari, "es cremaran").

Comments

[#1 Sergey]

Com s'ha assenyalat, la vida d'una làmpada incandescent està determinada per l'evaporació del material de filament escalfat. Una làmpada encesa contínuament (per exemple, en un replà d'un edifici alt) es va encendre abans. Per tant, la manera més fàcil d’augmentar la seva vida útil és reduir el temps de combustió, és a dir.enceneu-lo només quan sigui necessari, és a dir, quan algú es trobi a l'habitació. Això es pot fer mitjançant interruptors amb sensors de moviment (però només si l’interruptor proporciona subministrament de corrent sense xocs al circuit de la làmpada, cosa que no és típica per a tots els models). Aquests aparells són barats, funcionen molt de temps i tenint en compte que no només dura la làmpada, sinó que també s’estalvia energia (principalment a les mateixes escales), em sembla seriosament que hagis de plantejar-los seriosament. estem darrere de tot el planeta).

[#2 tu]

Anti-ciències anti-científiques. L’autor va saltar un curs de física de l’escola.

[#3 andy78]

tu Però, em podeu donar més detalls sobre per què ho teniu? Preferiblement amb els vostres arguments. I tot seguit, tothom a l’escola va ensenyar la física i simplement referir-se a que algú que no havia après alguna cosa sense concretar els fets no és d’alguna manera gaire bonic. En general, esperem un comentari normal.

[#4]

Si la làmpada es subministra amb baixa tensió, la seva vida útil pot augmentar centenars de vegades.

[#5]

Responc a la pregunta. Aquest article no té connexions:

1) L'article diu que ... Evidentment, per augmentar la vida útil de la bombeta és necessari instal·lar un fil més gruixut. Però alhora, per mantenir la resistència del fil, cal augmentar la seva longitud.

Tanmateix, en aquest cas, l’àrea de l’espiral augmentarà, i segons la llei Stefan-Boltzmann esmentada en aquest article, la temperatura i, per tant, l’eficiència, disminuirà.

2) No vaig mesurar la temperatura de la làmpada, però al meu entendre no es va tenir en compte que no tota la llum infraroja escalfa la bombeta (alguns passaran).

[#6 MIKADO]

Hi ha una bona pel·lícula sobre bombetes, sobre capron i sobre biotecnologia ... parla d'una teoria desenvolupada especialment a l'exterior. La bombeta, la televisió, el telèfon, el forn microones funcionen exactament en el període de garantia.

[#7]

Com a electrofísic i col·leccionista de làmpades vintage, constato.
ABANS DE TOT: en aquesta làmpada Shelby Mazda el fil no és tungstè, sinó fins i tot carboni i bastant gras. Aquestes làmpades són generalment tenaces.

1. Les bombetes de les làmpades antigues són gairebé tres vegades més gruixudes que les modernes; el gruix d’alguns clients arriba fins als 1,2 mm. Concretament, aquest (Shelby Mazda-Edison) té 0,8 - 0,86 mm.
2. El diàmetre de la bombeta de les làmpades antigues, siguin Mazda-Edison o Westinghouse, és molt més gran.
3. L’espiral s’escalfa molt menys visualment per la temperatura del color que les làmpades modernes i escalfa la bombeta molt, molt dèbilment.Podràs comprovar-ho personalment si aneu al Museu de les Llums de Moscou i toqueu la làmpada amb les mans. La temperatura fins i tot d’una làmpada de 60 watts a la superfície de la bombeta és de 70-80 graus a plena càrrega, en cap cas 400.
4. PRIMER Petit secret: el voltatge fins al 1956 als EUA no va ser gaire ben classificat i provat i, per regla general, es trobava per sota dels 125 volts, per als quals es va dissenyar aquesta làmpada.
5. SEGONA petita secreta: la bombeta de la làmpada es va temperar i es va mantenir en una solució durant algun temps, després de la qual cosa la superfície de la làmpada va obtenir una ombra metàl·lica.

I ... l'últim petit secret: estic segur que la làmpada ja s'ha canviat, però no és habitual parlar-ne. Obtenir una làmpada NOVA (no usada) idèntica als EUA no és cap problema, però fins i tot un museu pobre s'ho pot permetre. En qualsevol cas, aquest museu competeix amb mi a les subhastes precisament per aquestes làmpades ... oh, crec que no en va, tenen una reserva i no una.
Qui té curiositat per la llàntia de llarga vida - escriu :)

[#8]

Impossible s’escriu junts. L’autor, en campanya, no només va saltar la física.

[#9 andy78]

Alexey, tu també has escrit una paraula mal escrita, és correcte escriure "ortografia". Vau sortir amb l’autor?

[#10 Màxim]

No entenc com va calcular l’autor ...

"...Un augment doble de diàmetre del fil condueix a un augment de la massa de tungstè en 8 vegades ...

el fil és essencialment un cilindre, el volum del qual serà V = PiD ^ 2 * L / 4 (D és el diàmetre, L és la longitud, Pi és 3.14159 ...). La massa del fil és m = V * p (V és el volum, p és la densitat). Així que si doblem el diàmetre, la massa augmentarà només 4 vegades. L’autor va saltar no només la física, sinó també les matemàtiques.

[#11]

Després d’augmentar el diàmetre, la resistència del fil va disminuir, va ser necessari tornar la resistència anterior, ho van aconseguir augmentant la longitud a la meitat. 4 * 2 = 8

[#12]

Des de novembre de 2013, la mateixa bombeta (del mateix lot) estava exposada a l'exposició "Bombetes històriques i inusuals" del museu "Luces de Moscou", és la 4a sala, aparador núm. 2. Podeu demanar al guia que s’encengui les llums.

[#13]

Vaig llegir atentament l’article, vaig decidir escriure els vostres comentaris aquí. No hi ha res etern! Fins i tot el nostre Sol s’apagarà demà després de la combustió de tot el combustible H2 (hidrogen). Tot canvia i mor en el cosmos i la natura. Conclusió: no és possible crear una màquina de moviment perpetu, basada en la llei de la física "sobre la conservació d'energia", no és possible crear una bombeta eterna. Estic d’acord amb un que podeu ampliar la vida útil de la bombeta fins a 5000 hores, però el preu d’aquesta bombeta augmenta exponencialment. Per tant, fer que aquesta làmpada no sigui rendible per al fabricant, i un costós llum per al consumidor. Per cert: ahir vaig mirar el vídeo de YouTube anomenat "L'efecte d'una bombeta" i es mencionava aquesta llum eterna, que s'ha encès des del 1901 al parc de bombers. Hi ha una càmera de vídeo dirigida a aquesta bombeta. PS: Gràcies a l’autor d’aquest article pels consells per triar una bombeta incandescent de qualitat a l’hora de comprar en una botiga. Em va agradar.

[#14 Vladimir Kornienko]

Al segle anterior (com Lodygin) va mostrar una làmpada amb fil de carbó, que va funcionar durant 15 anys contínuament. Però a les làmpades modernes, no hi ha buit durant molt de temps, en lloc d’ella, xenó, kriptó, de vegades heli o hidrogen.