|
|
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 — tf 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 угончения 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
Г38.
Нет ли в заголовке ошибки? Совершенно очевидно, что
перегрев может явиться следствием перекала, но каким образом он может
возникнуть из-за недокала? Тут естественно ожидать не перегрева, а недогрева.
Но тем не менее в заголовке ошибки нет. Стремясь сберечь
лампы, радиолюбители часто недокаливают их, а это приводит к вредному
перегреву, и лампа выходит из строя. Объясняется это следующим.
В настоящее время все радиоприемные лампы имеют
активированные катоды, покрытые слоем окислов бария и стронция. Активирующие
вещества позволяют получать достаточную электронную эмиссию при низкой
температуре — всего 750—800°С. При такой температуре испарение вольфрама
практически очень мало и срок службы ламп определяется обычно не перегоранием
нити, а испарением или разрушением активного оксидного слоя.
Именно в этом отношении и опасен недокал ламп. Для
оксидного слоя большую опасность представляет возникновение на его
поверхности очагов перегрева — более сильного нагрева отдельных точек
поверхности по сравнению с соседними, а такие очаги возникают при недокале.
Анодный ток лампы проходит сквозь оксидный слой. Если
катод нелокален, то сопротивление оксидного слоя сильно возрастает. Особенно
велико сопротивление в тех местах, где в оксидном слое имеются утолщения.
Проходя сквозь эти места, анодный ток вызывает их сильный нагрев (чем больше
сопротивление, тем больше
тепла выделяется на нем при данном токе), а это в свою
очередь приводит к увеличению их эмиссии, вследствие чего анодный ток еще
более возрастает. В результате температура таких участков оксидного слоя
достигает точки испарения оксида.
Процесс носит такой характер в тех случаях, когда
уменьшение накала не сопровождается соответствующим уменьшением анодного
напряжения. Высокое анодное напряжение способствует увеличению анодного тока.
Поэтому понижение напряжения накала ламп всегда должно сопровождаться
соответствующим снижением величины анодного напряжения и, следовательно,
анодного тока.
Подобного рода саморазогрев оксидного катода может в иных
случаях привести к тому, что лампа будет продолжать работать и при
выключенном токе накала. Если анодный ток достаточно велик, то после
выключения накала оксидный слой будет разогреваться проходящим через !него
анодным током и эмиссия катода не прекратится. Так, с выключенным накалом
иногда могут - работать, например, кенотроны. Но работа лампы в таких
условиях бывает неустойчива: обычно либо анодный ток возрастает настолько,
что оксидный слой испаряется, либо ток начинает уменьшаться, катод
охлаждается и эмиссия прекращается.
|