Почему лампы накаливания чаще перегорают при старте

Lena35

за школьный курс физики/математики
Почему лампы накаливания особенно вероятно перегорают при старте, и при этом чем на ниже окружающая температура, тем эта вероятность выше?

dunaeva81

Почему лампы накаливания особенно вероятно перегорают при старте, и при этом чем на меньшем морозе их включать, тем эта вероятность выше?
ну, очевидно, по той же причине, по которой нагретое стекло лопается, если его в холодную воду опустить. а пачиму ви спrашиваете?

shya

А что такого в задаче-то?

Lena35

ну вольфрам не такой хрупкий как стекло, тем более когда намотан "пружиной", форма которой наоборот невелирует наверное любые деформации. Нет, ответ я считаю не правильным.

Lena35

А что такого в задаче-то?
Честно говоря, я ни разу не слышал правильного ответа, поэтому посчитал что задача сложная. :)

shya

Ну вроде для общего ответа должно хватать школьной физики, для более подробного - институтского курса общей физики.

dunaeva81

ну вольфрам не такой хрупкий как стекло, тем более когда намотан "пружиной", форма которой наоборот невелирует наверное любые деформации.
любые ли? то, что вольфрам не такой хрупкий как стекло ещё не означает, что он не может лопнуть из-за локального перегрева.

seeknote

ты заебал - уже раз 10 это обсуждалось на форуме
все просто - из-за зависимости сопротивления от температуры, при включении непрогретая нить вольфрама имеет меньшее сопротивление из-за протекает большой ток -> выделяется много тепла, нить перегорает
но это нихуя не школьный курс физики, т.к. там много других факторов (параметры внешней сети - ее динамические характеристики)
если все учитывать, то в конце-концов придешь к интегральным уравнениям

Lena35

нить вольфрама имеет меньшее сопротивление из-за протекает большой ток -> выделяется много тепла, нить перегорает
а тебя не смущает то обстоятельство, что перед тем как перегореть, спираль должна хотябы чуть-чуть нагреться, а нагретая спираль уже не имеет настолько низкого сопротивления :)

Sergey79

перед тем как перегореть, спираль должна нагреться
нет

seeknote

а тебя не смущает то обстоятельство, что перед тем как перегореть, спираль должна нагреться А нагретая спираль уже не имеет настолько низкого сопротивления
иди нахуй

Asmodeus

а тебя не смущает то обстоятельство, что перед тем как перегореть, спираль должна хотябы чуть-чуть нагреться, а нагретая спираль уже не имеет настолько низкого сопротивления
Ничто не мешает ей нагреваться неравномерно, если толщина спирали не однородная.
Кстати сопротивление вольфрама примерно в десять раз меняется при нагреве! Охренел когда начал нагреватель для печки считать!

TOPMO3

а тебя не смущает то обстоятельство, что перед тем как перегореть, спираль должна хотябы чуть-чуть нагреться, а нагретая спираль уже не имеет настолько низкого сопротивления
гонобобель вроде написал , что там нить превращается в одну сплошную дугу (дуговой разряд).
даже была ссылка на какую то англоязычную статью и видео на ютубе.
то есть неравномерность нагрева тут вообще не причем.
косвенно это подверждает тот факт, что как правило перегорание лампы сопровождается синей вспышкой на всю комнату.

Asmodeus

Это уже после перегорания загорается дуговой разряд в аргоне.

tester1

Это уже после перегорания загорается дуговой разряд в аргоне.
да

msfs11

не парься, в твоей работе тебе эти знания не пригодятся.

Lena35

Ничто не мешает ей нагреваться неравномерно, если толщина спирали не однородная.
ну если спираль неоднородная, то в стационарном режиме свечения тонкие участки будут тоже сильнее нагреваться чем более тонкие?
почему при запуске проблема "острее"?

Yakoffsax

Кстати сопротивление вольфрама примерно в десять раз меняется при нагреве! Охренел когда начал нагреватель для печки считать!
прикольно, про 10 раз не знал.

Lene81

прикольно, про 10 раз не знал.
Ты небось и про закон 3/2 не знал?

tester1

почему при запуске проблема "острее"?
Потому что ток выше, а мощность пропорциональная квадрату тока, сопротивление на малом промежутке времени можно считать постоянным.

seregaohota

Увеличивается скорость нагревания из-за снижения сопротивления. Кроме того, если решал задачи на переходные процессы при замыкании/размыкание цепи классическим или операторным методом, то знаешь, что ток и напряжение пока переходные процессы не затухнут обычно больше, чем при установившемся режиме. Ток распространяется в основном по приповерхностному слою металла. В первое время больше увеличивается скорость нагревания поверхности.
2. Происходит возгонка, испарение вольфрама с поверхности нити. Если стеклянная колба теплая, то на ее поверхности вольфрам не конденсируется и устанавливается динамическое равновесие количества атомов вольфрама переходящих в пар и обратно. Если колба с мороза и не успевает нагреться, то часть вольфрама конденсируется на стекле. Это приводит к продолжению испарения нити. После перегорания такая лампа обычно с внутренней стороны стекла покрыта серой или черноватой пленкой - думаю это вольфрам.

Asmodeus

Происходит возгонка, испарение вольфрама с поверхности нити. Если стеклянная колба теплая, то на ее поверхности вольфрам не конденсируется и устанавливается динамическое равновесие количества атомов вольфрама переходящих в пар и обратно. Если колба с мороза и не успевает нагреться, то часть вольфрама конденсируется на стекле. Это приводит к продолжению испарения нити.
Ээээ, это не совсем так, точнее совсем не так. Давление паров вольфрама даже при температуре плавления очень маленькое, а давление внутри колбы примерно треть атмосферы (аргон)

seregaohota

это было бы замечательно, если бы я столько раз не видел собственными глазами пленку вольфрама на внтренней стороне перегоревшей в момент включения лампочки, иногда она даже белая и непрозрачная становится, хотя была до этого прозрачная
и перегорание происходит за доли секунды в момент включения, там локально на неоднородности нити накаливания температура очевидно очень резко повышается - взрывной локальный процесс. Локальное плавление и испарение вольфрама в самом тонком месте нити. Давление не успевшего нагреться аргона наверно не успевает дойти до 1 атм при рабочей температуре лампочки, на которое его наверно рассчитывают.
Очевидно каждый раз, когда мы включаем лампочку, когда она еще работоспособна и не перегорела - локальное утончение вольфрамовой нити чуть увеличивается, потому что данное место нагревается чуть раньше и чуть больше соседних участков. Мне кажется по собственному опыту если с лампочек стирать пыль, то они дольше служат (если их холодные протирать и не включать сразу, и не стряхнуть). Пыль на поверхности повышает температуру, ускоряет процесс старения. Т.е. температура эксплуатации играет роль.
Еще такой вопрос - насколько я помню идеальные газы ведут себя будто никого больше нет в смеси, а они одни, парциальное давление и все такое, вольфраму в рабочем состоянии лампочки по-барабану, есть ли там аргон. Он дает свое парциальное давление, которое и в вакуумной лампе бы давал. Как давление паров воды в воздухе. ИМХО задача аргона взять на себя часть внешнего атмосферного давления в выключенном состоянии (разгрузить стекло от механических нагрузок и почти все внешнее давление во включенном состоянии. И чтобы в первый момент нагревания нити после включения чтобы пары вольфрама не сильно разбежались на холодные стенки и не осели там, пока стенки не прогрелись. Создавать отвод тепла от нити, может еще какие задачи у аргона я хз
про давление паров вольфрама нашел http://www.xumuk.ru/encyklopedia/810.html но что-то мне некогда и влом считать нить лампы на прогрев, пусть она прямая будет, добавив туда локальное уменьшение сечения и испарение считать, куда этот вольфрам постепенно осядет за время эксплуатации пока в момент очередного включения не произойдет взрывное локальное испарение нити.

natunchik

иногда она даже белая и непрозрачная становится, хотя была до этого прозрачная
Это, я думаю, если у тебя пока лампочка была выключена где-нибудь таки совсем ужалась и треснула замазка и туда насосался забортный воздух, и нить натурально (частично) сгорела. Фольфрам всё ж таки должен быть чёрным, а вот оксид — да, белый вроде (прикольно взять перегоревшую лампочку, аккуратно разбить, соединить нить обратно и включить, получаются такие белые хлопья).

Asmodeus

Чего-то у тебя чем дальше тем страньше :)
Белое и непрозрачное это WO3 окись вольфрама, если налет черный то жа, это вольфрам, но испаряется он не во время работы лампы, а в момент горения дуги, там температура на электродах может вполне достигать 4 тысяч градусов.
Давление аргона никогда не доходит до 1 атмосферы (имеется в виду обычная лампа накаливания).
 
Очевидно каждый раз, когда мы включаем лампочку, когда она еще работоспособна и не перегорела - локальное утончение вольфрамовой нити чуть увеличивается, потому что данное место нагревается чуть раньше и чуть больше соседних участков.

Именно так
 
ИМХО задача аргона взять на себя часть внешнего атмосферного давления в выключенном состоянии (разгрузить стекло от механических нагрузок и почти все внешнее давление во включенном состоянии.

Не, не верю :)
 
вольфраму в рабочем состоянии лампочки по-барабану, есть ли там аргон. Он дает свое парциальное давление, которое и в вакуумной лампе бы давал.

эээ, тоже что-то не то глаголишь ! Почему тогда напыление металлических покрытий ведут в высоком вакууме ;)

seregaohota

Белое и непрозрачное это WO3 окись вольфрама, если налет черный то жа, это вольфрам, но испаряется он не во время работы лампы, а в момент горения дуги, там температура на электродах может вполне достигать 4 тысяч градусов.
Наверно так. Я и белый налет видел, и черный/серый в перегоревших лампочках. Значит правда когда теряет герметичность окисляется - налет белый.

seregaohota

С википедии Лампа накаливания
 
Первые изготавливали вакуумными; в настоящее время только лампы малой мощности (для ламп общего назначения — до 25 Вт) изготавливают в вакуумированной колбе. Колбы более мощных ламп наполняют инертным газом (азотом, аргоном или криптоном). Повышенное давление в колбе газонаполненных ламп резко уменьшает скорость испарения вольфрама, благодаря чему не только увеличивается срок службы лампы, но и есть возможность повысить температуру тела накаливания, что позволяет повысить КПД и приблизить спектр излучения к белому. Колба газонаполненной лампы не так быстро темнеет за счёт осаждения материала тела накала, как у вакуумной лампы.

Газовая среда
 
Колбы первых ламп были вакуумированы. Большинство современных ламп наполняются химически инертными газами (кроме ламп малой мощности, которые по-прежнему делают вакуумными). Потери тепла, возникающие при этом за счёт теплопроводности, уменьшают путём выбора газа с большой молярной массой. Смеси азота N2 с аргоном Ar являются наиболее распространёнными в силу малой себестоимости, также применяют чистый осушенный аргон, реже — криптон Kr или ксенон Xe.......
Особой группой являются галогенные лампы накаливания. Принципиальной их особенностью является введение в полость колбы галогенов или их соединений. В такой лампе испарившийся с поверхности тела накала металл вступает в соединение с галогенами, и затем возвращается на поверхность нити за счёт температурного разложения получившегося соединения. Такие лампы имеют большую температуру спирали, больший КПД и срок службы, меньший размер колбы и другие преимущества.

Asmodeus

Колба газонаполненной лампы не так быстро темнеет за счёт осаждения материала тела накала, как у вакуумной лампы.
Ну да, и прочность ламп тут не причем. Испаряться в 0.3 бар аргона тоже не будет.

seregaohota

3 бар при 300K? сколько при 2000K или 3000K - 3 бара что ли? Т.е. в лампе во включенном состоянии 2-3 атмосферы внутреннее давление?

Vlad128

там газ до 3К разогревается?

seregaohota

ну да, ступил, ты прав, но рукой горящую лампу не удержишь. градусов 100 по Цельсию есть. Надо плюнуть и посмотреть испарится ли. только боюсь взорвется и без глаз останусь.

seregaohota

 
Ограниченность времени жизни лампы накаливания обусловлена в меньшей степени испарением материала нити во время работы, и в большей степени возникающими в нити неоднородностями. Неравномерное испарение материала нити приводит к возникновению истончённых участков с повышенным электрическим сопротивлением, что в свою очередь ведёт к ещё большему нагреву и испарению материала в таких местах. Когда одно из этих сужений истончается настолько, что материал нити в этом месте плавится или полностью испаряется, ток прерывается, и лампа выходит из строя.
Наибольший износ нити накала происходит при резкой подаче напряжения на лампу, поэтому значительно увеличить срок её службы можно используя разного рода устройства плавного запуска.
Вольфрамовая нить накаливания имеет в холодном состоянии удельное сопротивление, которое всего в 2 раза выше, чем сопротивление алюминия. При перегорании лампы часто бывает, что сгорают медные проводки, соединяющие контакты цоколя с держателями спирали. Так, обычная лампа на 60 Вт в момент включения потребляет свыше 700 Вт, а 100-ваттная — более киловатта. По мере прогрева спирали её сопротивление возрастает, а мощность падает до номинальной.

Asmodeus

Ох ты ж блин какой неугомонный! Чего мне будет если я измерю давление в лампе во всех рабочих режимах и напишу отчет? ;) состав газа сейчас к сожалению измерить не могу, RGA анализатора нету :(.
только боюсь взорвется и без глаз останусь.

Отвернись и капни воды из пипетки или бумажку мокрую положи.

Lena35

и перегорание происходит за доли секунды в момент включения, там локально на неоднородности нити накаливания температура очевидно очень резко повышается - взрывной локальный процесс.
извини, много бездоказательных слов типа взрыв, и все это приправлено словами "очевидно". Мутно короче говоря. Про давление паров - ерунда, особенно если абзацем выше-ниже уточняется масштаб времени как "доли секунды". Про налет на колбе уже перегоревшей тоже ерунда. По-моему очевидно что у целой температура никогда не превышала 3k, а у перегоревшей, побывавшей в газовом разряде там может быть и 10килоградусов запросто. Видно же что в момент пергорания свет синеет даже порой.

Lena35

Кроме того, если решал задачи на переходные процессы при замыкании/размыкание цепи классическим или операторным методом, то знаешь, что ток и напряжение пока переходные процессы не затухнут обычно больше, чем при установившемся режиме.
а это какой-то полуинженерный-полумаркетологический тезис, который может и можно найти в инструкциях по эксплуатации чего-то писанной для тех же инженеров, но во-первых: это утверждение настолько общее, что даже не всегда верное. А во-вторых - тут физики не видно.

seregaohota

Чего мне будет если я измерю давление в лампе во всех рабочих режимах и напишу отчет?
Респект и уважуха :)
Оказывается этот налет и черные точки на нем, вызванные электронами, видел еще Эдиссон и мог электрон первым открыть, только у него времени не было с этим разбираться
Even within an argon-nitrogen atmosphere, however, the heat causes some of the tungsten (chemical symbol, W, for its old name wolfram) to sublimate. Some of it returns to the wire as it bounces off the argon gas, but a good deal ends up on the glass. This is one of the reasons incandescent bulbs tend to get darker with increased use. The glass suffers more abuse from plain old electrons which fly off the filament as if it were a cathode ray tube from a conventional television set. Such electrons cause tiny black spots to appear. These first caught Edison’s attention, but he had never time for further investigations; otherwise, as David Bodanis suggests, Edison may have discovered electrons before J.J. Thomson.
Оставить комментарий
Имя или ник:
Комментарий: