Химия и Химики № 2 2012. Как горит лампа накаливания на воздухе (без колбы)?

Обнаружив ошибку на странице, выделите ее и нажмите Ctrl + Enter

Как горит лампа накаливания на воздухе (без колбы)?

Лампа накаливания светится за счет тонкой нити из тугоплавкого материала, которая нагревается током до высоких температур [1]. Светоотдача лампы возрастает с увеличением температуры нити накала. Именно с этим и связан выбор материала нити накала лампы, который должен выдерживать как можно более высокую температуру. Первые лампы имели угольную нить, в современных лампах используется в основном вольфрамовая спираль. (Графит возгоняется при температуре около 3700°С (атмосферное давление), вольфрам плавится при 3422°C).

Однако тугоплавкость спирали еще не означает ее устойчивость к действию кислорода воздуха - особенно при высокой температуре. Чтобы уберечь нить накала от действия воздуха, ранние лампы были вакуумными. Вакуум не только предохранял раскаленную спираль от кислорода, но и доставлял массу неудобств (в частности - вакуум усиливает испарение материала спирали). Поэтому колбы большинства современных ламп накаливания заполнены инертными газами: смесью азота и аргона, чистым аргоном, криптоном, ксеноном или криптон-ксеноновыми смесями (под пониженным давлением). Использование более тяжелых инертных газов (ксенона и криптона) уменьшает потери тепла, однако эти газы намного дороже, чем аргон. Вакуумные лампы все еще выпускают, но только небольшие и малой мощности.

______________________________
¹ Строго говоря, вместо нити накала может применяться, например, ленточка, поэтому более правильное название "тело накала".

Томас Эдисон - американский изобретатель и предприниматель, который внес большой вклад в дело внедрения ламп накаливания

Перегоревшая лампа накаливания. Черный налет на стекле - вольфрам, который испарился из спирали и конденсировался на стенках

Итак, колба обыкновенной лампы накаливания заполнена инертным газом. В вакуумных лампах из колбы откачан воздух. Это делается для того, чтобы раскаленная вольфрамовая спираль не контактировала с воздухом. А что случится, если защиту инертного газа (или вакуума) убрать? Дать ответ на этот вопрос очень легко.

Для этого мы вкрутили лампу накаливания на 100 Вт (220 В) в патрон, пропилили колбу лампы треугольным напильником и осторожно обломали стекло пинцетом.

Когда включил ток, спираль ярко засветилась, от нее пошел белый дым триоксида вольфрама WO₃ (вольфрамового ангидрида), а через несколько секунд спираль перегорела и погасла, поскольку нарушился контакт. Спираль стала черной. Все это происходило практически беззвучно.

Выключив ток, мы снова присоединили оборванную спираль к контактам и повторили опыт. Эксперимент прошел аналогично, с той разницей, что на этот раз спираль рассыпалась на несколько кусочков, которые уже не годились для повторения опыта.

Тогда мы подключили к электродам лампы вольфрамовую спираль от другой лампочки, мощностью 150 Вт. При включении тока спираль ярко загорелась, пошел белый дым, после чего раздался треск и спираль погасла. На вид спираль была целой, но от прикосновения рассыпалась.

Таким образом, вольфрамовая нить накала сгорает на воздухе за считанные секунды. При этом образуется белый дым вольфрамового ангидрида. Иногда такое явление удается наблюдать без всяких экспериментов. Случается, что при попытке включить казалось бы целую лампу накаливания она ярко вспыхивает и сразу же перегорает, при этом колба покрывается изнутри белым налетом. Не трудно догадаться, что лампа потеряла герметичность, и внутрь колбы попал воздух. Белый налет на стенках - уже знакомая нам трехокись вольфрама.

Смотреть Видео (25 Мб, .avi )