Главная / Работы участников / «Химия в осветительной лампе»

Работы участников

« Назад

«Химия в осветительной лампе»  31.05.2018 06:32

Актуальность: Технический прогресс в настоящее время шагнул очень далеко. Человечеством были созданы искусственная энергия света и тепла, которые прочно вошли в жизнь человека. Изобилие различных искусственных источников света и тепла существует в современном мире.

Самым распространенным на сегодняшний день источником света является лампа накаливания или как ее называют «электрическая лампочка». Лампа светит благодаря «работе» металлической спирали, которая раскалена до высоких температур.

 Цель исследования: выяснить, что связывает самый распространенный источник света – лампу накаливания и химию;

Задачи исследования:

  1. Изучить литературу по данной теме, проанализировать какие химические элементы содержаться в обычной лампе накаливания;
  2. Провести анкетирование среди студентов техникума «Сколько химических элементов требуется для создания электрической лампы накаливания?»
  3. Проанализировать результаты исследования и сделать вывод.

Предмет моего исследования является электрическая лампа накаливания;

 

Целое столетие изобретали лампу накаливания. Над ее конструкцией работали и русский инженер Александр Николаевич Лодыгин и американец Томас Эдисон.

В 1875 году колоссальным успехом пользовалось изобретение Павла Николаевича Яблочкова («Свеча Яблочкова»), представляющее собой параллельно расположенные угольные электроды, разделенные изолирующим слоем.  

В 1844 году английский инженер де Молейн осуществил первую попытку изготовить электрическую лампу. Он использовал в качестве светящегося тела проволоку из платины /Pt/, поместив ее в изделие из стекла. К сожалению, эта попытка не увенчалась успехом, так как платина при нагревании до высоких температур размягчалась и плавилась.

В 1872 году А.Н.Лодыгиным  платина была заменена на тонкую палочку из искусственного угля /C/. Усовершенствованными лампами Лодыгина – с автоматически заменяемыми угольками – освещались под водой кессоны при постройке Александровского моста через Неву.

В 1878 год Эдисон получил патент на производство ламп накаливания в промышленных масштабах. Он, как и Лодыгин заменил платиновую проволоку, тем самым увеличив срок службы лампы накаливания. В настоящее время, разработанные Эдисоном  патрон и цоколь и другие элементы электрического освещения широко используются.

Долгое время в экспериментально опробировали различные металлы, для изготовления нити накаливания. Но в итоге «победу» одержал – вольфрам /W/.  В1900 г. Лодыгин, предложил его использование в лампе накаливания. Однако, только в 1909 г.,  У. Кулидж разработал промышленную технологию получения этого металла. В 1927 г. было освоено производство вольфрама и в России.

Для заполнения стеклянной колбы лампы накаливания необходимо было использовать инертный газ – аргон. Это нововведение было предложено Ленгмюром.

Конструкция лампы накаливания:

Сколько же химических элементов требуется для изготовления лампы накаливания?

накаливания?

Среди своих одногруппников я провел социологический опрос,  с целью  выяснить знают ли студенты электрики, о том, что из каких химических элементов состоит обычная лампа накаливания. Анкета состояла из трех вопросов:

1.            Из каких химических элементов состоит обычная электрическая лампочка?

2.            Какой металл используют для нити накаливания и почему?

3.            Для чего воздух из стеклянной колбы полностью откачивают?

В опросе приняли участие 20 человек, 50% из которых ответили, что в лампе содержится вольфрам, кремний, натрий, кальций, кислород и инертный газ.

Вольфрам используют для изготовления нити накаливания, ответили 65 % опрошенных, 15% студентов думают, что нить накаливания состоит из алюминия, 5 % опрошенных думают, что медь.

70 % опрошенных думают, что воздух полностью должен быть откачан из колбы, для того, чтобы лампочка реже перегорала, 30% опрошенных затруднились ответить.

 

Стеклянную колбу, которую применяют для изоляции тела накала, а также других частей лампочки от внешней среды  изготавливают из кварцевого песка SiO2 и в состав которой входит  кремний Si, натрий Na, кальций Ca, кислород O2.

Воздух из внутренней полости колбы откачивается,  для того чтобы не произошло горение вольфрама, а также для создания оптимального давления.  Для того чтобы создать инертную атмосферу в нее  закачивается инертный газ аргон вместе с азотом. Необходимо использовать смесь газов (аргона и азота) для того чтобы снизить вероятность возникновения электрической дуги между молибденовыми держателями.

Почему же именно вольфрам W используют для создания вольфрамовой нити?  Все дело в его уникальных физических свойствах, во – первых он самый тугоплавкий из металлов, с t пл. =3410°C. Для сравнения:  алюминий плавится при 660°C .  Ковок, поэтому может быть вытянут в тонкую нить /в одной лампочке до 1 м вольфрамовой нити, скрученной в спираль/. Металл обладает высокой устойчивостью к вакууму.

 Держатель изготовлен из молибдена (Mo), он также как и вольфрам тугоплавок.

Штенгель - деталь ножки лампы в виде трубки, сообщающейся с внутренней полостью колбы или горелки, служащая для откачки воздуха из колбы или наполнения ее газом и для дозировки металлов.

Плавкий предохранитель - ферроникель — сплав железа и никеля(Fe+Ni), который при перегорании лампочки расплавляется и прерывает цепь, иначе возникнет электрическая дуга, которая расплавит электроды, что может стать причиной пожара.

Возникает вопрос: «Почему же лампы накаливания не столь долговечны и быстро перегорают? Ответить на этот вопрос можно, если понять механизм перегорания, который включает в себя как химические реакции, так и обычное испарение металла.

Дело  в том, что в полости колбы все же остаются окислители (кислород, углекислый газ, вода), которые при взаимодействии с вольфрамом, образуют летучее соединение триоксида вольфрама WO3. Данные окислители в небольших количествах не представляют большой опасности.

Если мы говорим об испарении вольфрама, то этот процесс идет постоянн.о, пока горит лампа накаливания

Инженеры сумели использовать химические реакции и создали мощные и «вечные» лампы накаливания, заполняя стеклянные оболочки ламп небольшим количеством галогенов или галогенидов, поэтому и лампы эти называются галогенными (в колбу добавляют пары галогенов Br2 и I2).

Бром или йод  выполняют роль собаки, охраняющей отару овец. В зоне с температурой приблизительно 1600 °С йод взаимодействует с оторвавшимися от нити атомами вольфрама, переводя их в соединение WI2. При хаотическом движении рано или поздно молекула иодида вольфрама (II) попадает в область более высоких температур, где она продиссоциирует в соответствии с уравнением

WI2 → W + 2I

       В настоящее время все больше пользуются спросом  люминесце́нтныела́мпы— газоразрядный источник света, в котором электрический разряд в парах ртути создаёт ультрафиолетовое излучение, которое преобразуется в видимый свет с помощью люминофора — например, смеси галофосфата кальция с другими элементами.

Люминесцентные лампы служат дольше, чем лампы накаливания, но внутри колбы содержится ртуть /Hg//

Вывод: Проанализировав разные источники, можно сделать вывод о том, что в обычной электрической лампе накаливания представлены различные химические вещества, такие как металлы, неметаллы, сложные вещества, а также протекают химические реакции.

 

Литература:

1. https://www.kakprosto.ru/kak-884465-iz-kakogo-metalla-sdelana-nit-v-lampochke#ixzz5FxejXYHk

2. Э.Г.Раков  Журнал "Химия" № 12/1999 издательского дома "Первое сентября".

3. http://interestingchem.narod.ru/chemeround/e22.htm