Filamen menggunakan tungsten, yang memiliki titik leleh tertinggi di antara logam. Untuk menekan kehilangan panas karena gas halogen tertutup, filamen melingkar digunakan sebagai pengganti garis lurus. Karena filamen ditempatkan dalam bola lampu yang diisi dengan gas lembam, filamen tersebut ditutupi dengan gas lembam dan mengalami kehilangan panas (penurunan suhu pada filamen). Kehilangan panas memengaruhi panjang filamen, jadi gulung dan sesuaikan panjangnya untuk mengurangi kehilangan panas. Filamen lurus akan membengkok karena pemuaian termal ketika dihidupkan, tetapi dengan membuatnya menjadi kumparan, ia akan fleksibel meskipun mengembang ketika dihidupkan, sehingga akan kembali ke bentuk kumparan setelah dimatikan dan dapat mempertahankan bentuknya.
Selanjutnya, ketika filamen digulung, rongga terbentuk di dalam kumparan, dan cahaya yang dipancarkan dari celah di antara kumparan mendekati radiasi benda hitam.
Karakteristik radiasi (emisivitas spektral) tungsten relatif tinggi di wilayah cahaya tampak, dan emisivitasnya cenderung menurun secara bertahap dengan meningkatnya panjang gelombang. Oleh karena itu, pada suhu yang sama, efisiensi cahaya jauh lebih tinggi daripada benda hitam. Inilah salah satu alasan mengapa tungsten cocok sebagai bahan filamen untuk penerangan. Bahkan pada suhu yang sama, filamen karbon dekat dengan benda hitam, sehingga efisiensi cahayanya jauh lebih rendah.
Resistivitas listrik tungsten relatif besar.

Pada suhu filamen ketika lampu menyala (2500 hingga 3200K), menunjukkan tingkat resistansi yang relatif tinggi, tetapi pada suhu kamar menjadi lebih rendah dari 1/10 resistansi. Dengan kata lain, saat lampu menyala, terjadi aliran arus serbu besar secara instan.
Arus serbu ini akan segera meningkatkan suhu filamen, dan memungkinkan lampu menyala secara instan. Namun, arus serbu ini terkait erat dengan umur pakai lampu. Ketika pemanas menyala, diperlukan peningkatan bertahap pada tegangan catu daya sebisa mungkin.

Tentang metode pembuatan kumparan filamen tunggal

Kawat tungsten dililitkan di sekitar mandrel. Dalam kebanyakan kasus, setelah melilitkan mandrel, mandrel akan muncul kembali dan mandrel dapat dilepas.
Jika diameter kawat tungsten adalah d dan diameter lilitan adalah MD, maka MD/d≒3 sesuai. Ketika MD/d<2, mudah berubah bentuk oleh ekspansi termal, dan ketika MD/d>8, kekuatannya menjadi lemah. Juga, jika pitch belitan kumparan adalah P, P/d≒1.5 sesuai. Pada P/d < 1.2, ada bahaya korslet antar nada. Jika P/d > 1,8, kehilangan panasnya besar dan tidak menguntungkan dalam hal efisiensi cahaya.
Untuk stabilitas dimensi, jika perlakuan panas diterapkan saat menempel pada mandrel, kawat inti tidak dapat ditarik keluar. Dalam hal ini, kawat inti dilarutkan dengan asam dan dihilangkan. Namun, metode ini memerlukan peralatan dan biaya untuk membuang gas dan larutan yang dihasilkan selama pembubaran.
Jika filamen koil yang dibuat dengan cara ini memiliki desain yang kuat, ia dapat dibuat menjadi lampu apa adanya, tetapi dalam banyak kasus, ia akan berubah bentuk setelah dibuat menjadi lampu kecuali distorsi dihilangkan dengan perlakuan panas. Selanjutnya, kumparan dengan kekuatan yang lebih lemah dimasukkan ke dalam lampu setelah melalui proses penyelesaian rekristalisasi sekunder.

Tentang metode pembuatan filamen koil ganda

Metode umum pembuatan filamen koil ganda adalah melilitkan kawat tungsten di sekitar kawat inti molibdenum pada jarak tertentu untuk belitan primer. Setelah itu, perlakuan panas dilakukan satu kali (dalam tungku atmosfer hidrogen pada suhu 1000°C hingga 1600°C). Ini akan mencegah springback bahkan jika Anda memotong gulungan terus menerus menjadi lebih pendek.
Selanjutnya, buat belitan kedua. Setelah melilitkannya di sekitar batang inti pada nada yang ditentukan, tarik keluar.
Selanjutnya, setelah membentuk ujung menjadi bentuk yang berubah-ubah, ujungnya diberi perlakuan panas pada 1600°C hingga 1900°C (pemanasan dalam tungku atmosfer hidrogen, pemanasan dengan arus searah, dll.). Setelah itu, kawat inti molibdenum dilarutkan dan dihilangkan dengan campuran asam (2 bagian air: 2 bagian asam nitrat: 1 bagian asam sulfat) untuk menghasilkan filamen koil ganda.
Dalam metode ini, sejumlah besar NOx, larutan asam residu, garam molibdenum, dll. Dihasilkan dalam penghilangan kawat inti molibdenum, sehingga fasilitas penghilangan dan detoksifikasi mahal. Juga, karena molibdenum digunakan untuk kawat inti belitan primer, perlakuan panas suhu yang terlalu tinggi menyebabkan molibdenum menyusup ke dalam tungsten dan berdampak buruk pada lampu halogen.
Oleh karena itu, perlakuan panas maksimum sekitar 1900°C, dan rekristalisasi sekunder tungsten tidak dapat diselesaikan sepenuhnya. Jika ini dibiarkan apa adanya, rekristalisasi sekunder akan terjadi saat lampu dinyalakan, dan filamen dapat berubah bentuk.
Sebagai metode pembuatan kumparan ganda yang tidak memiliki kelemahan rekristalisasi sekunder tungsten yang tidak mencukupi, kumparan kumparan primer (dengan kawat inti dilepas) dibentuk menjadi kumparan ganda dengan beberapa metode dan diberi perlakuan panas pada suhu 2200°C. Ada cara untuk membuat filamen melingkar ganda.
Sebagai metode pembentukan bentuk gulungan ganda ini, batang tungsten yang sedikit lebih tipis dari kawat inti primer dibentuk menjadi bentuk gulungan sekunder (mandrel berbentuk gulungan), dan gulungan satu putaran dimasukkan ke dalamnya untuk membentuk bentuk gulungan ganda. . Ini adalah metode pengerasan dengan perlakuan panas. Setelah perlakuan panas, batang inti tungsten yang digulung ditarik keluar dan digunakan kembali.
Namun, metode ini tidak serbaguna, dan sulit untuk dimekanisasi sebagai metode produksi massal, dan ada kumparan ganda yang sulit dibuat.

Tipe gas lampu halogen

Lampu halogen adalah bola lampu pijar di mana gas inert dan sejumlah kecil gas halogen disegel di dalam lampu.

Gas inert

Gas inert meliputi helium (He 4,00g/mol), neon (Ne 20,18g/mol), (nitrogen (N2 28,02/mol)), argon (Ar 39,95g/mol), (karbon dioksida (CO2 44,01g/mol) mol)), kripton (Kr 83,80/mol), xenon (Xe 131,29g/mol) dan radon (Rn 222.000/mol).
Helium, neon, argon, kripton, xenon, dan radon disebut juga gas mulia dan gas langka karena terkandung dalam jumlah yang sangat kecil di udara.
Efek penekan uap tungsten yang digunakan dalam filamen lebih efektif dengan meningkatnya berat atom. Semakin tinggi berat atom, semakin rendah konduktivitas termal dan semakin banyak kehilangan panas filamen dapat ditekan. Efisiensi bercahaya akan meningkat 5-10%.
“Secara teoritis, radon, yang memiliki berat atom tertinggi, adalah yang paling efektif. Namun, radon adalah gas radioaktif berbahaya yang memancarkan sinar alfa dengan waktu paruh pendek, sehingga tidak dapat digunakan. Ketika karbon dioksida mencapai 1000°C atau lebih tinggi, terurai menjadi karbon monoksida dan oksigen. Tidak dapat digunakan karena dekomposisi termal.
Oleh karena itu, dapat dikatakan bahwa xenon paling efektif untuk menguapkan tungsten.Namun, karena xenon dan kripton mahal, mereka tidak banyak digunakan, dan argon, yang lebih murah daripada gas inert lainnya, digunakan Namun, argon saja tidak menyediakan insulasi listrik yang cukup, jadi jika filamen putus selama penerangan, pelepasan busur akan terjadi. Sebagai penanggulangan, sejumlah kecil nitrogen, yang memiliki insulasi listrik tinggi, dicampur. Lampu yang lebih kecil dengan filamen yang lebih pendek memiliki beban listrik yang lebih tinggi, sehingga masa pakainya lebih singkat.

Pengambil

Getter adalah bahan kimia yang digunakan untuk menghilangkan kotoran dari produk yang menggunakan ruang hampa.
Dengan bola lampu pijar, jika sejumlah kecil uap air, oksigen, atau kotoran lainnya tercampur di dalam bola lampu, itu akan menyebabkan siklus air, yang akan mengkonsumsi tungsten dan mempersingkat masa pakai bola lampu, sehingga air perlu dihilangkan. di dalam bohlam. Berbagai getter sedang diteliti dan dikembangkan sebagai penanggulangan. Lampu pijar menggunakan metode menciptakan ruang hampa menggunakan pengambil fosfor selama proses pembuatan. Dalam metode ini, filamen tungsten direndam dalam campuran fosfor dan air, dan setelah lampu habis, listrik dialirkan untuk menghasilkan pelepasan pijar dan menghilangkan sisa gas. Pengambil fosfor digunakan untuk meningkatkan derajat vakum, dan elemen halogen juga diapit sebagai pengambil untuk mencegah penghitaman.
Metode pengurangan kehitaman dengan menggunakan elemen halogen sebagai pengambil telah digunakan sejak lama, dan pada tahun 1892, bola lampu filamen karbon yang mengandung klorin mulai dipasarkan. Pada tahun 1933, sebuah paten diusulkan untuk gagasan enkapsulasi yodium untuk mengubah tungsten yang diuapkan menjadi tungsten iodida untuk mencegahnya menempel pada bola lampu. Dengan cara ini, metode enkapsulasi senyawa halogen dalam bola lampu konvensional efektif dalam mencegah bola lampu menghitam, tetapi bereaksi dengan filamen tungsten di bagian suhu rendah, memperpendek umur bola lampu. Ya. Selain itu, yodium perlu diuapkan dan dimasukkan ke dalam bola lampu selama pembuatan, dan ada kelemahan seperti kisaran sempit di mana siklus halogen bekerja secara stabil, sehingga gas halogen lain juga dipertimbangkan. Pada tahun 1965 T’. Jampens dan van der Weijer dari Philips memperkenalkan bola lampu menggunakan senyawa organik bromin. Senyawa brom (CHBr3, CH2Br2, dll.) memiliki tekanan uap yang tinggi, sehingga dapat terkurung sebagai gas sebagaimana adanya. Belakangan, senyawa klorin juga mulai digunakan dan digunakan dalam lampu paparan mesin fotokopi.
Zirkonia sering digunakan sebagai pengambil bola lampu. Namun, dalam kasus pemanas lampu halogen, ini sulit digunakan, sehingga tantalum (Ta) sering digunakan. Tantalum adalah logam yang lunak, mudah meleleh, mirip dengan timbal, dan menyerap beberapa ratus kali lipat volume hidrogen dalam keadaan panas berwarna merah tua (sekitar 700°C). Aku disini.
Tentu saja, beberapa pemanas lampu di bawah 2200K mengandung halogen. Jika halogen ditambahkan, ia bekerja dengan arah menghambat siklus air, jadi jika ada sedikit sisa kelembaban, pemanas tahan lama dapat dibuat. Ini sering karena halogen lebih murah. Untuk membuat pemanas lampu yang sangat andal dengan masa pakai desain 5000 jam hingga 20000 jam, lebih aman memasukkan pengambil tanpa halogen daripada memasukkan halogen.

Gas halogen

“Ada empat jenis gas halogen: fluorin (F 19,00g/mol), klorin (CL 35,45/mol), brom (Br 79,90g/mol), dan yodium (I 126,90g/mol). Semakin kecil berat atomnya , Yodium yang lebih reaktif adalah yang paling tidak reaktif, karena lebih reaktif.Pada masa awal lampu halogen, yodium diapit sebagai zat halogen. Namun, yodium memiliki kekurangan seperti kebutuhan untuk menguap dan memasukkannya ke dalam bola lampu selama produksi, dan kisaran di mana siklus halogen bekerja secara stabil sempit. digunakan untuk”
“Brom lebih reaktif daripada yodium dan berkontribusi pada efektivitas siklus halogen.
Bahkan dalam kasus di mana siklus halogen yodium tidak dapat mengatasi penguapan dan penghitaman tungsten, siklus halogen sekarang dapat menanganinya, dan jenis lampu halogen dapat diperluas. “””
Ada variabilitas di mana siklus halogen berakhir dengan tungsten kembali ke filamen. Penguapan dipromosikan secara lokal, suhu bagian itu meningkat dengan kecepatan yang dipercepat, dan pemutusan terjadi pada apa yang disebut hot spot.
Bergantung pada jumlah gas halogen, penghitaman dapat terjadi. Diperlukan untuk mengisi gas halogen dalam jumlah minimum yang tidak menyebabkan menghitam. Dengan meminimalkan jumlah gas halogen, siklus halogen dimoderasi sehingga menghasilkan masa pakai dan stabilitas lampu yang lebih lama. Konsentrasi minimum yang dibutuhkan adalah sekitar 0,1% molar menjadi gas inert.
Pemanas lampu dengan suhu warna sekitar 2200K (K → Kelvin: satuan suhu absolut, plus 273 derajat Celcius) atau kurang tidak perlu mengandung halogen. Pada suhu warna seperti itu, penguapan tungsten dapat diabaikan dalam masa pakai pemanas yang ditetapkan (5000 atau 20000 jam) dan siklus halogen tidak diperlukan. (Oleh karena itu, filamennya sangat sedikit dipakai -> hidup tidak dibatasi oleh ini)

Siklus halogen

Lampu halogen adalah jenis bola lampu pijar di mana sejumlah kecil gas halogen disegel dalam gas inert seperti argon atau nitrogen.
Dengan menyelubungi gas halogen, dapat mencegah keausan tungsten yang merupakan bahan filamen, dan dimungkinkan untuk menaikkan suhu filamen ke suhu yang lebih tinggi.Ada manfaatnya. Ini karena siklus halogen. Filamen tungsten, yang menjadi panas saat lampu menyala, menguap menjadi atom dan bergerak di dalam lampu. Saat bergerak, ia bergabung dengan halogen di lampu untuk membentuk tungsten halida. Tungsten halida bergerak di dekat filamen melalui konveksi dan difusi. Ketika filamen menjadi panas selama pencahayaan, tungsten halida terpisah ketika mencapai 1400°C atau lebih tinggi, dan tungsten kembali ke filamen, dan halogen menguap lagi dan membentuk tungsten halida. Siklus ini disebut siklus halogen.
Untuk mewujudkan siklus halogen, perlu menggunakan bahan yang menjaga dinding bagian dalam bola lampu di atas 250°C selama pencahayaan. Oleh karena itu, kaca kuarsa tahan panas digunakan untuk bohlam.
Tungsten yang menguap kembali ke filamen, tetapi tidak sepenuhnya. Ada variabilitas di mana siklus halogen berakhir dengan tungsten kembali ke filamen. Penguapan dipromosikan secara lokal, suhu bagian itu meningkat dengan kecepatan yang dipercepat, dan pemutusan terjadi pada apa yang disebut hot spot. Siklus halogen yang berulang menciptakan ketidakrataan pada filamen, yang pada akhirnya menyebabkan kerusakan kawat.

W+(Om+Xn) →(WX+WO+WOX+WO2+X2)→WX→W+O

Pengisian tekanan tinggi mengisi gas ke bola lampu

Semakin tinggi tekanan gas pengisi, semakin lama umur bola lampu sehubungan dengan efisiensinya. Tekanan meningkatkan kerapatan molekul gas, tungsten yang menguap bertabrakan dengan molekul gas, dan migrasi tungsten ditekan. Tekanan uap di sekitar filamen naik dan mendekati saturasi, sehingga penguapan ditekan.
Sebagai metode pengisian gas ke dalam lampu halogen, bohlam dengan tabung knalpot kaca yang dilas digunakan, dan setelah bagian dalam bohlam dikosongkan, gas yang disegel diisi sambil didinginkan dengan nitrogen cair. Gas yang diisi dicairkan oleh nitrogen cair, volumenya berkurang, dan tekanan internalnya turun.
Gas yang diisi diisi pada tekanan tinggi 1×10^5~4×10^5Pa. Tekanan selama pencahayaan mencapai 1,3 hingga 7,0 kali lipat.

Pengembangan filamen karbon

Lampu halogen berevolusi dari lampu pijar. Filamen karbon digunakan untuk filamen bola lampu penghasil panas awal. Filamen logam seperti osmium dan tantalum sedang dikembangkan, tetapi tidak banyak digunakan karena harganya dan masalah dengan penerangan arus bolak-balik. Dr. W. R. Whitney dari Amerika Serikat menemukan bahwa menghitamnya bola lampu tidak hanya disebabkan oleh karbon yang menguap, tetapi juga oleh adanya oksida abu tertentu. Sebagai tindakan pencegahan, perlakuan panas dilakukan pada suhu yang jauh lebih tinggi daripada suhu operasi filamen untuk mengurangi oksida abu dan menekan kehitaman selama hidup. Perlakuan panas ini membuat permukaan filamen menjadi keras dan kuat, memberikannya sifat seperti logam, dan suhu pengoperasian meningkat sebesar 200°C, sehingga memungkinkan untuk digunakan hingga 1900°C. Meskipun karbon memiliki titik leleh yang tinggi sekitar 3500°C, karbon tidak dapat digunakan pada suhu tinggi karena tekanan uapnya yang tinggi dan penguapan yang cepat (sublimasi). Lampu pijar filamen karbon yang diberi perlakuan panas ini adalah arus utama sampai bola lampu tungsten dikembangkan.

Penemuan filamen tungsten

Sejak saat itu, filamen baru selain karbon terus dikembangkan, dan tungsten, yang memiliki titik leleh 3360°C, telah menarik perhatian. Upaya dilakukan untuk mengubah tungsten menjadi padat atau dari bubuk menjadi filamen, tetapi hal ini tidak terwujud. Pada tahun 1905, A.Just dan F.Hanaman dari Australia yang memanipulasi tungsten secara kimiawi untuk menghasilkan berhasil membuat Kami dapat memperoleh efisiensi karbon dua kali lipat, tetapi memiliki kerugian yaitu filamennya sangat rapuh dan sulit ditangani. Pada tahun 1908, W. Dcoolidge menemukan bahwa kekuatan mekanik tungsten ditingkatkan dengan menerapkan berbagai jenis pemrosesan untuk mengatasi masalah kerapuhan tungsten.

Penemuan bola lampu berisi gas

Fenomena menghitam terjadi di bohlam tungsten serta di filamen karbon. I.Langmuir dari Amerika Serikat menemukan bahwa fenomena bola lampu yang menghitam disebabkan oleh penguapan filamen tungsten, dan menemukan bahwa jumlah penguapan dapat dikurangi dengan memasukkan gas lembam ke dalam bola lampu. Selain itu, ditemukan juga bahwa gas inert menyebabkan filamen terbungkus dalam lapisan gas inert sehingga menyebabkan kehilangan panas. Kesimpulannya, bola lampu berisi gas menghasilkan kehilangan energi karena konduksi panas dan konveksi, tetapi menekan penguapan tungsten. Ternyata ada kemungkinan akan lebih besar dan akhirnya lebih efisien. Karena kehilangan panas ini memengaruhi panjang filamen, kami berhasil mengurangi kehilangan panas dengan mengubah filamen dari garis lurus menjadi bentuk gulungan, dan bohlam berisi gas kumparan tunggal lahir. Pada awalnya, nitrogen digunakan sebagai gas inert. Setelah itu, argon, yang memiliki konduktivitas termal rendah dan berat molekul besar (efek penekan penguapan tinggi) dengan sejumlah kecil nitrogen tertutup di dalamnya, menjadi arus utama.

Penemuan filamen koil ganda

Pada tahun 1921, Junichi Miura menemukan filamen koil ganda yang meningkatkan efisiensi dengan melilitkan kembali filamen koil tunggal. Filamen koil ganda pada awalnya diorientasikan tegak lurus terhadap bola lampu, tetapi ditemukan bahwa orientasi vertikal menghasilkan lebih sedikit kehilangan panas dan meningkatkan efisiensi sebesar 5%.

Penemuan lampu halogen

Pada tahun 1959, American E.G.Zebler menemukan bohlam halogen. Bola lampu halogen memiliki karakteristik yang karakteristik kerjanya (laju pemeliharaan kecepatan cahaya selama masa pakai) hampir tidak berubah. Penggunaan elemen halogen diteliti pada tahun 1915, tetapi tidak dikomersialkan karena kurangnya klarifikasi termodinamika dan teknologi pemrosesan kaca kuarsa. Gas halogen yang terbungkus dalam lampu berdisosiasi menjadi atom pada suhu tinggi dan bergabung dengan tungsten yang diuapkan untuk membentuk tungsten halida dengan tekanan uap tinggi, mencegah tungsten menguap pada permukaan bagian dalam bola kaca. lakukan. Jika bohlam disimpan dalam kisaran suhu di mana senyawa tungsten tidak menguap dan terdisosiasi secara termal, penghitaman tidak akan terjadi. Selain itu, ketika filamen menjadi panas selama pencahayaan, tungsten halida terpisah ketika suhu mencapai 1400°C atau lebih tinggi, dan tungsten kembali ke filamen, sehingga kami dapat mengurangi keausan filamen. Untuk memenuhi kondisi ini, diperlukan ukuran kecil dan output tinggi, dan kaca kuarsa tahan panas digunakan untuk bohlam kaca. Bohlam halogen, yang mulai digunakan secara praktis pada tahun 1959, adalah bohlam tipe dua terminal yang diisi dengan yodium dan diumumkan untuk lampu sorot. Baru-baru ini, brom ditutup untuk menstabilkan karakteristik kehidupan. Setelah itu, tipe terminal ganda diperbaiki dan lampu tipe terminal tunggal dikembangkan. Bola lampu halogen dan pijar untuk penerangan umum sekarang sedang dihapus di Eropa c