Почему перегорает нить накала
Почему у ламп перегорают нити накала или, выражаясь менее точно, но зато более кратко, почему перегорают лампы? Вы купили лампу, электронную или осветительную; она исправно работает некоторое время, но в конце концов перегорает, хотя условия ее работы не изменялись — ней всегда подводится одно и то же, нормальное для нее напряжение накала. В чем заключается «физика» этого перегорания, почему один и тот же ток, нормальный вначале, впоследствии оказывается для нити губительным?
Рассматривая перегоревшую осветительную лампу, мы замечаем, что ее баллон изнутри потемнел. Появление темного налета объясняется оседанием на стенках баллона паров вольфрама, из которого сделана нить. Нити накала осветительных ламп работают при температуре порядка 2 500°С. При такой температуре начинается заметное испарение вольфрама. Процесс перегорания нити бывает обычно таков: толщина нити по всей ее длине не абсолютно одинакова, местами она несколько толще, местами тоньше. Там, где нить тоньше, ее сопротивление естественно больше, вследствие чего это место нагревается сильнее (нагрев пропорционален величине сопротивления). А раз температура нити больше, то и ее испарение в этом месте происходит интенсивнее, отчего нить еще более утончается.
В итоге получается своеобразная «обратная связь»: увеличение испарения влечет за собой ускоренное утончение нити, а это в свою очередь приводит к возрастанию испарения.
Процесс этот завершается перегоранием — расплавлением нити в том месте, которое было наиболее тонким. Получается точно по пословице: где тонко, там и рвется. Естественно, что кроме толщины нити, играют роль и условия ее охлаждения. Например, нити редко перегорают около держателей, способствующих отводу тепла. Если нить перегорит около держателя, то это означает, что ее толщина в этом месте была много меньше, чем на остальной длине.
Процесс испарения материала нити у электронных ламп менее заметен, чем у осветительных, потому что нити накала электронных ламп работают при меньших температурах. Но сам «механизм» перегорания у них такой же: наиболее интенсивное испарение металла нити происходит там, где она особенно тонка. Лампы прямого накала чаще перегорают, чем подогревные, потому что нити накала батарейных ламп вообще тоньше и, кроме того, условия их охлаждения значительно хуже. Соприкосновение нити накала подогревных ламп с фарфором или сделанным из другого материала изолятором, отделяющим нить накала от катода, способствует хорошему охлаждению.
Совершенно очевидно, что даже небольшой перекал весьма укорачивает продолжительность жизни нити накала — процесс утончения тонких мест при перекале происходит с увеличенной интенсивностью. Для иллюстрации стоит привести одну цифру: увеличение испарения вольфрама при повышении его температуры пропорционально 38-й степени температуры, т. е. пропорционально Т??.