Spirala wolframowa w żarówce

[bazant]

Witam Serdecznie,

Moje pytanie troszkę odbiega od tematyki forum, ale mam nadzieję, że znajdzie się ktoś, kto będzie mógł mi pomóc...

Jestem w trakcie przygotowywania projektu z fizyki na konkurs i mój temat związany jest z pewnymi właściwościami skrętki wolframowej w żarówce. Czy ktoś z kolegów dysponuje parametrami technicznymi spiral użytych w żarówkach ? Ogólnie potrzebna mi jest średnica drutu użytego w spirali, jego długość, a także średnica i długość całej spirali ... no i oczywiście w jakiej mocy żarówki jest on użyty

Pisałem już do Heliosa, jednak nie dostałem dotychczas odpowiedzi ... a niestety czas nagli
Z tego co wiem, Alek korzystał z żarówek w swoich pierwszych konstrukcjach, dlatego może ktoś z Was poratuje mnie tymi danymi

Serdecznie Pozdrawiam,
Mateusz

[Alek]

Hmm, mogę wykonać żarówkę z drutu wolframowego o średnicy 0,1mm i długości kilku cm. Wtedy te parametry byłyby dane.

[bazant]

Witam,

Może przybliżę problem... Otóż mam wykazać teoretycznie i doświadczalnie co jest przyczyną nagłego impulsu prądu przy włączaniu żarówki. Jak rozumiem rezystancja zimnego grzejnika jest dość mała, co powoduje przewodzenie znacznego prądu. Potem, podczas rozgrzewania wolframu, jego opór się zwiększa wraz ze wzrostem temperatury. Następnie utrzymuje się stała temperatura ( 2600-2900 K ), ponieważ 95% energii jest odbierane przez otoczenie ( pozostałe 5% to światło ).

Dlatego chciałem wykazać, znając wymiary skrętki wolframowej, że potrzebna jest określona moc ( ok. 95% znamionowej mocy żarówki ), aby utrzymać tą temperaturę. No ale niestety do wzoru muszę podstawić wartości, które będą się zgadzały z rzeczywistością , a nie tylko dawały dobry wynik...

Alku byłbym Ci bardzo wdzięczny... Chciałbym, żebyś jednak powiedział najpierw czy mój tok rozumowania jest prawidłowy.

Tylko jak potem dobrać odpowiedni współczynnik emisji ciała doskonale czarnego dla takiego drutu ? Dla spirali mam określony w zadaniu, które znalazłem, więc jest pewne prawdopodobieństwo, że przyjąłem prawidłowe dane... Chociaż wystarczy pewnie tylko dokładniej poszukać lub sprawdzić na tym współczynniku całej spirali Natomiast temperaturę w tym wypadku można byłoby obliczyć znając opór rozgrzanego wolframu i używając temperaturowego współczynnika oporu.

Korzystam z wzoru na strumień wypromieniowanej energii, używając prawa Stefana-Boltzmanna do obliczenia całkowitej powierzchniowej zdolności emisji.

W razie czego proszę o sprostowanie, bo to dopiero pierwszy rok liceum ... No i czekam na więcej informacji od Alka

Pozdrawiam,
Mateusz

[Alek]

Czy nie zastanawia Cię fakt upalania się nie tylko drucika wewnątrz, ale także doprowadzeń . Od pewnego czasu niemal każda żarówka tak kończy- topią sie także doprowadzenia. To by znaczyło, że w momencie przepalenia płynie wielokrotnie wyższy prąd niż nominalny (nawet w momencie włączenia przecież te doprowadzenia wytrzymują).

Powodem "śmierci" żarówek jest to, że drucik robi się cieńszy wskutek parowania wolframu i w końcu nie wytrzymuje temperatury podczas załączenia. Wydaje się, że to jest przyczyną, ale mamy jeszcze jeden skutek: upalenie się doprowadzeń. Wydaje się więc, że w momencie przerwania drucika - żarnika w żarówce zapala się łuk elektryczny.
Wydaje się to słuszne, bowiem żarówki są teraz na ogół gazowane, tj napełniane argonem przy około 600-700 Tr.

Odnośnie oddawania ciepła z drutu w żarówce. Okazuje się [1], że wielkość energii oddawanej nie jest proporcjonalna do powierzchni drutu wolframowego, zależy natomiast od długości skrętki (dla skrętek o średnicach zewnętrznych<1 mm). Tak więc skorzystanie tu wprost ze wzoru dla ciała doskonale czarnego nie będzie możliwe. Skrętka oddaje bowiem ciepło przez konwekcję i promieniowanie, przy czym dla 100W żarówki 21 % tracone jest przez konwekcję.
Dla żarówki o mocy 100W straty na chłodzenie argonem wynoszą 21% czyli 21W, zaś 76% czyli 76W idzie na straty promieniowania, 3% na elektrody i podpórki. 9% pochłania szkło balonu, zaś na zewnątrz promieniowane jest 67% mocy.

Rezystancja drutu R=Ro(1+alfa*(t-to))
R-rezystancja drutu w stanie gorącym
Ro-rezystancja w temperaturze początkowej
to-temperatura początkowa
alfa-współczynnik temperaturowy oporności (z tablic dla wolframu)
t-temperatura w stanie gorącym

Jeśli więc zmierzysz rezystancję włókna na zimno omomierzem i przy nominalnym napięciu (a zmierzysz mierząc prąd płynący przy tym napięciu) to wyznaczysz temperaturę włókna podczas pracy żarówki.

Wymiary włókna wyznaczysz, jeśli ostrożnie potłuczesz żarówkę (najlepiej "zdemontować " bańkę) a następnie wypreparujesz żarnik i ostrożnie go rozwiniesz i zmierzysz długość. Niestety będzie kruchy. Mając opór właściwy wolframu z tablic znajdziesz sobie średnicę, albo zmierzysz ją np. suwmiarką.

[1]Lucjan Berson-zarys fizyki lamp elektrycznych

[hud]

witam. wtrace trzy grosze zapytania poniewaz bawie sie zarowkami w zestawieniu z generatorem wn. rozebralem (w sumie to same sie rozpadly) kilka zarowek i zauwazylem w 200W w szkalnym slupku zarnika znajduja sie rurki wypelnione piaskiem z drucikiem w srodku, cos na ksztalt bezpiecznika ale drut w srodku jest jednakowo gruby jak dalej. byc moze one ograniczaja prad zimnego wlokna niemalej 200W zarowki. jesli sie myle to sprostujcie. pozdrawiam

[k4be]

Używam starych żarówek E14 - każda przy spaleniu powoduje wyłączenie zabezpieczenia nadprądowego i nadtapia się jedno z doprowadzeń, przy intensywnym niebieskim błysku wewnątrz. Nie spotkałem się z tym w żarówkach E27 (które zresztą używam rzadziej).

[bazant]

Witam,

Rzeczywiście Alku, zgodzę się z Tobą w kwestii oddawania ciepła z drutu żarówki. Początkowo też myślałem, że byłoby to zbyt proste. Jednak mój nauczyciel od fizyki pokazał mi zadanie, w którym do obliczenia temperatury włókna użyty był wzór dla ciała doskonale czarnego ( oczywiście o odpowiednim współczynniku - z tego co pamiętam było to 0,4 zdolności emisji ciała doskonale czarnego ). Oprócz tego, w znalezionym przeze mnie pdf-ie, był test, w którym znajdowało się następujące zadanie :

Kod: Zaznacz cały

Włókno wolframowe żarówki o mocy 60 W ma średnicę d = 0.3 mm i długość równą l = 10 cm. Oblicz temperaturę spirali, zakładając, że zdolność emisji spirali wolframowej wynosi e = 0.26 zdolności emisyjnej ciała doskonale czarnego.

Całość pochodziła z Wydziału Fizyki i Informatyki Stosowanej na Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie . Możliwe, że przyjęto po prostu znaczne uproszczenia, aby "wykorzystać" włókno wolframowe w zadaniu.

Zależność rezystancji żarnika od temperatury wykorzystałem już w części doświadczalnej projektu. Tak jak napisałeś - zmierzyłem oporność "zimnej" żarówki pozbawionej bańki, a następnie temperaturę rozgrzanego włókna. Na podstawie prądu płynącego w obwodzie bez problemu wyznaczyłem rezystancję w danej temperaturze. Sprawdzenie czy wyliczony współczynnik alfa zgadza się z wartością podaną w tabelach pozwoliło udowodnić mi część teoretyczną projektu.

Natomiast pomysł ze próbą zmierzenia żarnika okazał się - w moim wykonaniu - kompletną klapą. Drucik dość często pękał. Jednak dane te chciałem wykorzystać przy obliczeniu jaka moc jest potrzebna do uzyskania danej temperatury włókna ( opierałem się na przedstawionych wyżej zadaniach ). Dlatego, idąc za przykładem twórców zadania, potrzebowałbym średnicę i długość całej skrętki, a nie samego drutu. No a w tym wypadku nie dysponuje odpowiednimi narzędziami do dokładnych pomiarów średnicy takiej spirali.

Jednak cała zabawa nie miałaby sensu ( chyba ? ) jeśli opierałbym się na Twoich danych. Proszę wiec spójrz na przedstawione przeze mnie zadanie i powiedz czy jest ono zgodne z rzeczywistością, czy zostało w znaczny sposób uproszczone.

Dziękuję za pomoc,
Mateusz

[Alek]

Zadanie zostało uproszczone, bowiem nie ma ani słowa o konwekcji. Natomiast miałoby zastosowanie do żarówek próżniowych.

[bazant]

Witam,

No niestety, jak napisałeś większość żarówek to w dzisiejszych czasach żarówki gazowane.

Jednak na początku wątku wspomniałeś, że możesz wykonać żarówkę o danych parametrach. Rozumiem, że byłaby ona próżniowa. Na tym etapie nie będę Cię prosił o wykonanie takiego modelu, ponieważ zależy to od wyników na pierwszym etapie konkursu. Dopiero potem można rozszerzyć część teoretyczną o dodatkowe wyliczenia.

Dlatego, czy mógłbym ewentualnie zwrócić się później do Ciebie z prośbą o wykonanie takiego modelu i pomiar oporu zimnego włókna oraz prądu płynącego przez żarnik przy danym napięciu? Miałbym wtedy wszystkie dane potrzebne do wzoru - temperaturę można obliczyć znając współczynnik alfa wolframu.

Serdecznie Pozdrawiam,
Mateusz

[Alek]

Opór wtedy łatwo znajdziesz, bowiem utnę określoną ilość wolframu o określonej średnicy.

[bazant]

Witam,

Oczywiście masz rację

Jeśli jeszcze ktoś z Kolegów jest w posiadaniu jakiś ciekawych informacji związanych z tym tematem to proszę pisać

Pozdrawiam,
Mateusz

[kordek4]

Witam
Jakichś wielkich rewelacji w temacie może nie napiszę, ale gdybym potrzebował średnicy i długości włókna w żarówce to w ramach eksperymentu zbadałbym to empirycznie rozbijając bańkę i mierząc grubość suwmiarką albo śrubą mikormetryczną a długość np centymetrem...
pozdrawiam
kordek

[hud]

witam.
czy ktos rozwieje moje watpliwosci kilka postow wyzej?
nie polecam zarowek 60W spectra. z 10 sztuk, w normalnych warunkach tzn 230V, dwie wybuchly <!> (nie od razu) a jedna spalila bezpiecznik.
pozdrawiam

[Jarosław]

Witam.
No właśnie. Też mnie to bardzo ciekawi. Dlaczego przepalająca się żarówka pali bezpicznik? Kilka razy miałem taki przypadek. Czyżby tworzył się łuk pomiędzy wyprowadzeniami?
Pozdrawiam.

[k4be]

Witam.
No właśnie. Też mnie to bardzo ciekawi. Dlaczego przepalająca się żarówka pali bezpicznik? Kilka razy miałem taki przypadek. Czyżby tworzył się łuk pomiędzy wyprowadzeniami?
Pozdrawiam.

Powodem "śmierci" żarówek jest to, że drucik robi się cieńszy wskutek parowania wolframu i w końcu nie wytrzymuje temperatury podczas załączenia. Wydaje się, że to jest przyczyną, ale mamy jeszcze jeden skutek: upalenie się doprowadzeń. Wydaje się więc, że w momencie przerwania drucika - żarnika w żarówce zapala się łuk elektryczny.
Wydaje się to słuszne, bowiem żarówki są teraz na ogół gazowane, tj napełniane argonem przy około 600-700 Tr.

Używam starych żarówek E14 - każda przy spaleniu powoduje wyłączenie zabezpieczenia nadprądowego i nadtapia się jedno z doprowadzeń, przy intensywnym niebieskim błysku wewnątrz. Nie spotkałem się z tym w żarówkach E27 (które zresztą używam rzadziej).