FÉNYEMISSZIÓ, FÉNYFORRÁSOK, FÉNYKELTŐ ESZKÖZÖK

29
FÉNYEMISSZIÓ, FÉNYFORRÁSOK, FÉNYKELTŐ ESZKÖZÖK FÉNYEMISSZIÓ, FÉNYFORRÁSOK, FÉNYKELTŐ ESZKÖZÖK IZZÓLÁMPÁK IZZÓLÁMPÁK Kocsányi László Kovács Péter Dobos Gábor

description

FÉNYEMISSZIÓ, FÉNYFORRÁSOK, FÉNYKELTŐ ESZKÖZÖK. Kocsányi László Kovács Péter Dobos Gábor. IZZÓLÁMPÁK. 3. Előadás: Izzólámpák I. Elméleti alapok Izzólámpák Történeti áttekintés Elektromos fűtésű vákuum – izzólámpák 4. Előadás: Izzólámpák II. Gáztöltésű lámpák Hőveszteség Langmuir - PowerPoint PPT Presentation

Transcript of FÉNYEMISSZIÓ, FÉNYFORRÁSOK, FÉNYKELTŐ ESZKÖZÖK

Page 1: FÉNYEMISSZIÓ, FÉNYFORRÁSOK, FÉNYKELTŐ ESZKÖZÖK

FÉNYEMISSZIÓ, FÉNYFORRÁSOK, FÉNYKELTŐ ESZKÖZÖKFÉNYEMISSZIÓ, FÉNYFORRÁSOK, FÉNYKELTŐ ESZKÖZÖK

IZZÓLÁMPÁKIZZÓLÁMPÁK

Kocsányi LászlóKovács PéterDobos Gábor

Page 2: FÉNYEMISSZIÓ, FÉNYFORRÁSOK, FÉNYKELTŐ ESZKÖZÖK

2

3. Előadás: Izzólámpák I. Elméleti alapokElméleti alapok

IzzólámpákIzzólámpák Történeti áttekintésTörténeti áttekintés Elektromos fűtésű vákuum – izzólámpákElektromos fűtésű vákuum – izzólámpák

4. Előadás: Izzólámpák II. Gáztöltésű lámpákGáztöltésű lámpák

HőveszteségHőveszteség LangmuirLangmuir NusselNussel

Wolfram diffúziójaWolfram diffúziója

Halogén – lámpákHalogén – lámpák

Izzólámpák konstrukciója, alkalmazott Izzólámpák konstrukciója, alkalmazott anyagokanyagok

Page 3: FÉNYEMISSZIÓ, FÉNYFORRÁSOK, FÉNYKELTŐ ESZKÖZÖK

3

CÉL:: Izzószál párolgási sebességének csökkentése Izzószál párolgási sebességének csökkentése

→ → GáztöltésGáztöltés

→ → Nő a hőveszteség is!Nő a hőveszteség is!

Korai kísérletek sikertelenekKorai kísérletek sikertelenek

ÁTTÖRÉS: Langmuir (1912)Langmuir (1912)

Izzószál vastagságának növelésével csak kevéssé nő a Izzószál vastagságának növelésével csak kevéssé nő a hőveszteséghőveszteség

Spirális szerkezetű izzószál (a hőveszteség Spirális szerkezetű izzószál (a hőveszteség szempontjából) úgy működik, mint egy vastagabb szempontjából) úgy működik, mint egy vastagabb izzószálizzószál

→ → Azonos teljesítményű spirális izzószál (a hőveszteség Azonos teljesítményű spirális izzószál (a hőveszteség szempontjából) tekinthető egy vastagabb, de rövidebb szempontjából) tekinthető egy vastagabb, de rövidebb izzószálnakizzószálnak

Page 4: FÉNYEMISSZIÓ, FÉNYFORRÁSOK, FÉNYKELTŐ ESZKÖZÖK

4

MAGYARÁZAT:

Az izzószál felületén a gáz áramlási sebessége 0Az izzószál felületén a gáz áramlási sebessége 0

A gáz viszkozitása nő a hőmérséklettelA gáz viszkozitása nő a hőmérséklettel

→ → Az izzószál körül kialakul egy réteg, ahol a gáz jó közelítéssel mozdulatlanAz izzószál körül kialakul egy réteg, ahol a gáz jó közelítéssel mozdulatlan

LANGMUIR – BUROK (Langmuir sheath)

A Langmuir – burokban nincs hőáramlás,A Langmuir – burokban nincs hőáramlás,csak hővezetéscsak hővezetés

A Langmuir – burkon kívül van hőáramlásA Langmuir – burkon kívül van hőáramlás

→ → A burkon kívül a hőmérséklet megegyezik aA burkon kívül a hőmérséklet megegyezik afal hőmérsékletévelfal hőmérsékletével

→ → A teljes TA teljes T11 – T – TWW hőmérsékletkülönbség a hőmérsékletkülönbség a

Langmuir – burkon esikLangmuir – burkon esik

A burok átmérője jó közelítéssel független az A burok átmérője jó közelítéssel független az izzószál átmérőjétőlizzószál átmérőjétől

Page 5: FÉNYEMISSZIÓ, FÉNYFORRÁSOK, FÉNYKELTŐ ESZKÖZÖK

5

Page 6: FÉNYEMISSZIÓ, FÉNYFORRÁSOK, FÉNYKELTŐ ESZKÖZÖK

6 Makai László szimulációi

Page 7: FÉNYEMISSZIÓ, FÉNYFORRÁSOK, FÉNYKELTŐ ESZKÖZÖK

7Makai László szimulációi

Page 8: FÉNYEMISSZIÓ, FÉNYFORRÁSOK, FÉNYKELTŐ ESZKÖZÖK

8

A hőáram a Langmuir – burokban:A hőáram a Langmuir – burokban:(méterenként és másodpercenként, tisztán hővezetés útján)(méterenként és másodpercenként, tisztán hővezetés útján)

Integrálva dIntegrálva d11/2 és d/2 és d22/2 között:/2 között:

A hőáram kiszámításához ismerni kell dA hőáram kiszámításához ismerni kell d22-t-t

→ → Langmuir szerint a Langmuir szerint a φφ szög független d szög független d11-től-től

→ → dd22 becsülhető becsülhető

Page 9: FÉNYEMISSZIÓ, FÉNYFORRÁSOK, FÉNYKELTŐ ESZKÖZÖK

9

Nusselt – féle elmélet (1915):Nusselt – féle elmélet (1915):

Átfogó elmélet a természetes konvekció útján Átfogó elmélet a természetes konvekció útján történő hővezetésrőltörténő hővezetésről

Hőcsere leírására szolgáló egyik alapmennyiség a Hőcsere leírására szolgáló egyik alapmennyiség a Nusselt – szám:Nusselt – szám:

Szabad áramlás esetén hasonló alakú, de különböző Szabad áramlás esetén hasonló alakú, de különböző hőmérsékletű, méretű és környezetű testek körül a hőmérsékletű, méretű és környezetű testek körül a sebességeloszlás hasonló lesz, ha az úgynevezett sebességeloszlás hasonló lesz, ha az úgynevezett Grashof – szám megegyezikGrashof – szám megegyezik

A hőmérséklet – eloszlás hasonló, ha a Prandtl – szám megegyezik:A hőmérséklet – eloszlás hasonló, ha a Prandtl – szám megegyezik:

Kimutatható, hogy a Nusselt szám jó közelítéssel a Grashoff- és a Prandtl – szám Kimutatható, hogy a Nusselt szám jó közelítéssel a Grashoff- és a Prandtl – szám szorzatának függvényeszorzatának függvénye

Page 10: FÉNYEMISSZIÓ, FÉNYFORRÁSOK, FÉNYKELTŐ ESZKÖZÖK

10

és alapján a Nusselt – szám felírható a és alapján a Nusselt – szám felírható a

következő alakban:következő alakban:

dd11 = = ∞ határesetben (sík felület) a hőmérséklet-gradiens (dT/dr)∞ határesetben (sík felület) a hőmérséklet-gradiens (dT/dr)d2d2 = – = – θθWW/B alakban írható./B alakban írható.

Mivel a Langmuir – burok vastagsága független dMivel a Langmuir – burok vastagsága független d11-től:-től:

és alapján és alapján

dd2 2 – t kiküszöbölve:– t kiküszöbölve:

Page 11: FÉNYEMISSZIÓ, FÉNYFORRÁSOK, FÉNYKELTŐ ESZKÖZÖK

11

Mivel Mivel

A Nussel szám a Grashof és a Prandtl szám függvényeA Nussel szám a Grashof és a Prandtl szám függvénye

B független dB független d11-től -től

Gr-ben dGr-ben d1133 szerepel szerepel

→ → A jobb oldalnak (Gr * Pr)A jobb oldalnak (Gr * Pr)1/31/3 – al kell arányosnak lennie – al kell arányosnak lennie

Az arányossági tényező kísérletileg határozható meg:Az arányossági tényező kísérletileg határozható meg:

Page 12: FÉNYEMISSZIÓ, FÉNYFORRÁSOK, FÉNYKELTŐ ESZKÖZÖK

12

és alapjánés alapján

A Langmuir – burok vastagsága:A Langmuir – burok vastagsága:

A kísérleti eredmények jó egyezést A kísérleti eredmények jó egyezést mutatnak a számításokkalmutatnak a számításokkal

→ → Ez igazolja Langmuir Ez igazolja Langmuir közelítéseinek jogosságátközelítéseinek jogosságát

Page 13: FÉNYEMISSZIÓ, FÉNYFORRÁSOK, FÉNYKELTŐ ESZKÖZÖK

13

alapján számítható a hőveszteség. Ehhez szükséges alapján számítható a hőveszteség. Ehhez szükséges

további paraméterek:további paraméterek:

Viszkozitás: ahol CViszkozitás: ahol C1 1 = 1,9*10= 1,9*10-6-6 Ns/(m Ns/(m22KK1/21/2) és C) és C22 = 133 K = 133 K

Hővezetőképesség:Hővezetőképesség:

Prandtl – szám: ahol q a gázrészecskék szabadsági fokainak számaPrandtl – szám: ahol q a gázrészecskék szabadsági fokainak száma

pl.: 225 V, 100 W-os lámpa esetén az izzószál átmérője dpl.: 225 V, 100 W-os lámpa esetén az izzószál átmérője d11 = 7,23*10 = 7,23*10-4-4 m, hossza 3 cm m, hossza 3 cm

700 torr Ar + 8.5 % N700 torr Ar + 8.5 % N22 keverékkel töltve, melynek nyomása működés közben kb. 1,25 atm-ra keverékkel töltve, melynek nyomása működés közben kb. 1,25 atm-ra

emelkedik. Az Izzószál hőmérséklete 2770 K, míg a Langmuir-burok határán a hőmérséklet emelkedik. Az Izzószál hőmérséklete 2770 K, míg a Langmuir-burok határán a hőmérséklet kb. 450 K.kb. 450 K.

Így Gr = 0,78, Pr = 0,52 és Nu = 0,94, ami a fenti képlet alapján 11,8 W veszteséget jelent.Így Gr = 0,78, Pr = 0,52 és Nu = 0,94, ami a fenti képlet alapján 11,8 W veszteséget jelent.

Page 14: FÉNYEMISSZIÓ, FÉNYFORRÁSOK, FÉNYKELTŐ ESZKÖZÖK

14

Ugyanazt a lámpát gáztöltéssel és Ugyanazt a lámpát gáztöltéssel és vákuumban üzemeltetve megmérhető a vákuumban üzemeltetve megmérhető a hővezetésből adódó energiaveszteség. hővezetésből adódó energiaveszteség.

Azonos fényáram esetén az izzószál Azonos fényáram esetén az izzószál hőmérséklete a két esetben azonoshőmérséklete a két esetben azonos

→ → A két görbe horizontális távolsága A két görbe horizontális távolsága mutatja a hővezetésből adódó mutatja a hővezetésből adódó

energiaveszteségetenergiaveszteséget

A gáztöltésből fakadó hőveszteség kb. A gáztöltésből fakadó hőveszteség kb. 4 W/cm4 W/cm

Gáztöltés miatt fennáll a veszélye, hogy kisülés indul meg az elektródák Gáztöltés miatt fennáll a veszélye, hogy kisülés indul meg az elektródák között (arcing)között (arcing)

→ → 220 V → izzószál minimum 2 cm hosszú 220 V → izzószál minimum 2 cm hosszú

→ → minimum 8 W veszteség a hőveszteségbőlminimum 8 W veszteség a hőveszteségből

→ → 30 W alatt nem éri meg a gáztöltés30 W alatt nem éri meg a gáztöltés

Page 15: FÉNYEMISSZIÓ, FÉNYFORRÁSOK, FÉNYKELTŐ ESZKÖZÖK

15

WOLFRAM ATOMOK DIFFÚZIÓJA:

A szál felületén (r = dA szál felületén (r = d11/2 – nél) a wolfram gőznyomása megegyezik a szál /2 – nél) a wolfram gőznyomása megegyezik a szál

hőmérsékletén mért gőznyomássalhőmérsékletén mért gőznyomással

A Langmuir – burok határán (r = dA Langmuir – burok határán (r = d22/2 – nél) a wolfram gőznyomása 0/2 – nél) a wolfram gőznyomása 0

A koncentráció – különbség hatására wolfram atomok diffundálnak a száltól a A koncentráció – különbség hatására wolfram atomok diffundálnak a száltól a fal felé:fal felé:

dd11/2 és d/2 és d22/2 között integrálva: ahol/2 között integrálva: ahol

ln (dln (d22/d/d11) – et behelyettesítve: ) – et behelyettesítve:

Page 16: FÉNYEMISSZIÓ, FÉNYFORRÁSOK, FÉNYKELTŐ ESZKÖZÖK

16

Első közelítésben NElső közelítésben N11 fordítva arányos a gáz nyomásával fordítva arányos a gáz nyomásával

(D arányos a szabad úthosszal, ami fordítottan arányos a nyomással)(D arányos a szabad úthosszal, ami fordítottan arányos a nyomással)

NN11 arányos n arányos n11 – el (a szál hőmérsékletének megfelelő gőznyomásnál a – el (a szál hőmérsékletének megfelelő gőznyomásnál a

wolfram atomok sűrűsége), ami viszont gyorsan nő a hőmérséklettelwolfram atomok sűrűsége), ami viszont gyorsan nő a hőmérséklettel

Az előző példa esetén ez 7,8*10Az előző példa esetén ez 7,8*101010 wolfram atomot jelent másodpercenként, wolfram atomot jelent másodpercenként, ami a lámpa 1100 h élettartama során 0,095 mg-ot, vagyis a szál tömegének ami a lámpa 1100 h élettartama során 0,095 mg-ot, vagyis a szál tömegének kb. 0,34 %-át teszi ki.kb. 0,34 %-át teszi ki.

A valóságban a wolfram – fogyás az élettartam során nagyjából 0,32 mg, A valóságban a wolfram – fogyás az élettartam során nagyjából 0,32 mg, ami több mint 1%!ami több mint 1%!

→ → Léteznie kell más folyamatoknak is.Léteznie kell más folyamatoknak is.

Megjegyzés: Ugyanezt a lámpát vákuumban üzemeltetve a wolfram – fogyás sebessége közel 500-szoros

Page 17: FÉNYEMISSZIÓ, FÉNYFORRÁSOK, FÉNYKELTŐ ESZKÖZÖK

17

Hőmérsékletkülönbség hatására a nehezebb részecskék a melegebb hely felől a Hőmérsékletkülönbség hatására a nehezebb részecskék a melegebb hely felől a hidegebb hely felé vándorolnak hidegebb hely felé vándorolnak (thermal diffusion)

ahol és C a wolfram és az argon atomok koncentrációjának aránya

→ A hőmérséklet – különbség által keltett diffúzió (az előző példa paraméterei mellett) nagyjából 17%-t teszi ki a koncentráció – gradiens által keltett diffúziónak

A Langmuir – burokban a wolfram atomok ütközése során keletkezhetnek wolfram – klaszterek. Ezek nagy tömegük miatt hőmérsékleti diffúzióval szintén hozzájárulhatnak a wolfram – fogyáshoz.

A wolfram atomok 97 % másik wolfram atommal való ütközés nélkül képes átjutni a Langmuir – burkon→ Ez a folyamat csak nagy (olvadáspont – közeli) hőmérsékleteken válhat jelentőssé

Page 18: FÉNYEMISSZIÓ, FÉNYFORRÁSOK, FÉNYKELTŐ ESZKÖZÖK

18

A wolfram gőznyomása, a diffúziós koefficiens vagy a szál hőmérséklete A wolfram gőznyomása, a diffúziós koefficiens vagy a szál hőmérséklete (vagy akár mindhárom) magasabb lehet, mint a becsléshez felhasznált (vagy akár mindhárom) magasabb lehet, mint a becsléshez felhasznált értékekértékek

→ → A három faktor együttes bizonytalansága okozhat ilyen mértékű eltéréstA három faktor együttes bizonytalansága okozhat ilyen mértékű eltérést

Ha a lámpa tartalmaz nyomokban vízgőzt, a wolfram felületén wolfram – Ha a lámpa tartalmaz nyomokban vízgőzt, a wolfram felületén wolfram – oxidok képződhetnekoxidok képződhetnek

→ → A különbőz oxidok együttes gőznyomása magasabb mint a wolfram A különbőz oxidok együttes gőznyomása magasabb mint a wolfram gőznyomásagőznyomása

Körfolyamat alakul ki, így nagyon kis mennyiségű vízgőz is elégKörfolyamat alakul ki, így nagyon kis mennyiségű vízgőz is elég

A forró üveg mindig dob le magáról valamennyi vízgőztA forró üveg mindig dob le magáról valamennyi vízgőzt

Getterezés ellenére marad valamennyi vízgőz a lámpábanGetterezés ellenére marad valamennyi vízgőz a lámpában

Page 19: FÉNYEMISSZIÓ, FÉNYFORRÁSOK, FÉNYKELTŐ ESZKÖZÖK

19

HALOGÉNLÁMÁKHALOGÉNLÁMÁK

Fordítsuk meg a körfolyamatot!Fordítsuk meg a körfolyamatot!

→→ Falról vigye vissza a wolframot az izzószálra!Falról vigye vissza a wolframot az izzószálra!

FRIDRICH, MOSBEY, WILEY ÉS ZUBLER (1959):

Wolframspirál + jód, kvarc kapszulábanWolframspirál + jód, kvarc kapszulában

→→ A falnál a wolfram és a jód reakcióba lépA falnál a wolfram és a jód reakcióba lép

→→ illékony wolfram – jodid képződikillékony wolfram – jodid képződik

→→ a wolfram – jodid a faltól az izzószálhoz diffundál ahol elbomlika wolfram – jodid a faltól az izzószálhoz diffundál ahol elbomlik

→→ növeli a szál körül a wolfram – koncentrációtnöveli a szál körül a wolfram – koncentrációt

Ideális esetben a folyamat az összes wolframot visszaviszi az izzószálra

Page 20: FÉNYEMISSZIÓ, FÉNYFORRÁSOK, FÉNYKELTŐ ESZKÖZÖK

20

Egyszerűsített modell:Egyszerűsített modell:

A rendszerben egyféle halogén van, a reakció során csak egyféle wolfram – A rendszerben egyféle halogén van, a reakció során csak egyféle wolfram – halogenid képződikhalogenid képződik

A Langmuir burkon kívül alacsony a hőmérsékletA Langmuir burkon kívül alacsony a hőmérséklet

→ → r > rr > rLL esetén a wolfram – halogenid stabil esetén a wolfram – halogenid stabil

→ → az erős áramlások miatt r > raz erős áramlások miatt r > rLL esetén egyenletes a WX koncentráció esetén egyenletes a WX koncentráció

A Langmuir burokban rohamosan nő a hőmérsékletA Langmuir burokban rohamosan nő a hőmérséklet

→ A wolfram – halogenid r = r→ A wolfram – halogenid r = r11-nél disszociál-nél disszociál

(r > r(r > r11-nél a wolfram – halogenid stabil)-nél a wolfram – halogenid stabil)

Page 21: FÉNYEMISSZIÓ, FÉNYFORRÁSOK, FÉNYKELTŐ ESZKÖZÖK

21

A koncentráció – eloszlások egyszerűen számolhatók:A koncentráció – eloszlások egyszerűen számolhatók:

rr11 és r és rLL között integrálva: között integrálva:

NN1 1 darab wolfram atom diffundál rdarab wolfram atom diffundál r11-től r-től rLL felé felé

NN2 2 darab wolfram – halogenid molekula diffundál rdarab wolfram – halogenid molekula diffundál rLL-től r-től r11 felé feléN1 = N2

Page 22: FÉNYEMISSZIÓ, FÉNYFORRÁSOK, FÉNYKELTŐ ESZKÖZÖK

22

nn2,W2,W túl alacsony túl alacsony → wolfram áramlik az izzószáltól a fal felé→ wolfram áramlik az izzószáltól a fal felé

nn2,W2,W túl magas túl magas → wolfram áramlik a faltól az izzószálhoz → az izzószál vastagodik→ wolfram áramlik a faltól az izzószálhoz → az izzószál vastagodik

Az izzószál hidegebb részéről is áramlik wolfram a melegebb részek feléAz izzószál hidegebb részéről is áramlik wolfram a melegebb részek felé

→ → izzószál szakadásához vezethetizzószál szakadásához vezethet

Page 23: FÉNYEMISSZIÓ, FÉNYFORRÁSOK, FÉNYKELTŐ ESZKÖZÖK

23

Halogén lámpában ideális esetben az elpárolgó, és a visszaáramló wolfram Halogén lámpában ideális esetben az elpárolgó, és a visszaáramló wolfram mennyisége megegyezikmennyisége megegyezik

→ → Nincs wolfram fogyásNincs wolfram fogyás

Halogén nélküli gáztöltésű lámpákban is 500 atomból 499 visszakerül az Halogén nélküli gáztöltésű lámpákban is 500 atomból 499 visszakerül az ízzószálraízzószálra

A lámpa meghibásodását nem a nagy wolframveszteség, hanem az izzószál keresztmetszetének egyenetlenségei okozzák

Az izzószálon kezdetben is vannak kis mértékű egyenetlenségekAz izzószálon kezdetben is vannak kis mértékű egyenetlenségek

Ahol kisebb az átmérő, a szál melegebb, ahol nagyobb, ott hidegebbAhol kisebb az átmérő, a szál melegebb, ahol nagyobb, ott hidegebb

→ → A kezdeti egyenetlenségek megnőnekA kezdeti egyenetlenségek megnőnek

→ → Az izzószál elszakadAz izzószál elszakad

Page 24: FÉNYEMISSZIÓ, FÉNYFORRÁSOK, FÉNYKELTŐ ESZKÖZÖK

24

Halogénlámpák előnyei:Halogénlámpák előnyei:

A búra nem feketedikA búra nem feketedik

Mivel a fala tiszta marad, kisebb búra is megfelelőMivel a fala tiszta marad, kisebb búra is megfelelő

Kis térfogat miatt drágább gázokat is lehet Kis térfogat miatt drágább gázokat is lehet alkalmazni (Kr, Xe)alkalmazni (Kr, Xe)

Későbbi kísérletek kimutatták, hogy a folyamatban a lámpában található Későbbi kísérletek kimutatták, hogy a folyamatban a lámpában található oxigén – szennyeződés is szerepet játszikoxigén – szennyeződés is szerepet játszik

Oxigén nélkül nem megy a körfolyamatOxigén nélkül nem megy a körfolyamat→ Szándékosan kevernek a töltőgázba oxigént→ Szándékosan kevernek a töltőgázba oxigént

Ha túl sok az oxigén a folyamat túl agresszív, és elmarja az izzószálat a Ha túl sok az oxigén a folyamat túl agresszív, és elmarja az izzószálat a hidegebb helyekenhidegebb helyeken

Page 25: FÉNYEMISSZIÓ, FÉNYFORRÁSOK, FÉNYKELTŐ ESZKÖZÖK

25

Jód Jód → Bróm:→ Bróm:

A ciklus még intenzívebbA ciklus még intenzívebb

Működik oxigén nélkül isMűködik oxigén nélkül is

Hidrogén jelenlétében is működik Hidrogén jelenlétében is működik

→ → hidrogén – bromid használható adalékkénthidrogén – bromid használható adalékként

→ → bekeverhető a töltőgázbabekeverhető a töltőgázba

→ → alacsony hőmérsékleten kevéssé disszociálalacsony hőmérsékleten kevéssé disszociál

→ → kevésbé támadja meg az izzószál hidegebb végeitkevésbé támadja meg az izzószál hidegebb végeit

HBr → CHHBr → CH22BrBr22: kevésbé agresszív: kevésbé agresszív

Képes az izzószál egyenetlenségeinek kiegyenlítéséreKépes az izzószál egyenetlenségeinek kiegyenlítésére

→ → Valóban növeli az élettartamotValóban növeli az élettartamot

Page 26: FÉNYEMISSZIÓ, FÉNYFORRÁSOK, FÉNYKELTŐ ESZKÖZÖK

26

IZZÓSZÁL:IZZÓSZÁL:

Kezdetben szénszálKezdetben szénszál

Kísérletek platinával, ozmiummal sikertelenekKísérletek platinával, ozmiummal sikertelenek

1911-ig elterjedten alkalmaztak tantál izzószálakat1911-ig elterjedten alkalmaztak tantál izzószálakat

Coolidge (1909): Új technológia wolframszál gyártásáraCoolidge (1909): Új technológia wolframszál gyártására

Wolfram-por szinterelése hidrogén atmoszférábanWolfram-por szinterelése hidrogén atmoszférában

Sajtolás és húzásSajtolás és húzás

→ → 1911-től gyakorlatilag csak wolframszálakat alkalmaznak.1911-től gyakorlatilag csak wolframszálakat alkalmaznak.

Pacz (1917): Wolfram doppolásaPacz (1917): Wolfram doppolása

Hőkezelés során a wolfram – oxidba (véletlenül !) kis Hőkezelés során a wolfram – oxidba (véletlenül !) kis mennyiségű kálium, nátrium és szilícum szennyeződés mennyiségű kálium, nátrium és szilícum szennyeződés kerültkerült

→ → Izzószál tulajdonságai jelentősen javultakIzzószál tulajdonságai jelentősen javultak Aladar Pacz

William D. Coolidge

Page 27: FÉNYEMISSZIÓ, FÉNYFORRÁSOK, FÉNYKELTŐ ESZKÖZÖK

27

Ma:Ma:

Wolfram érc: CaWOWolfram érc: CaWO44, (FeMn)WO, (FeMn)WO44 → WO→ WO33

Redukció magas hőmérsékleten, hidrogén atmoszférábanRedukció magas hőmérsékleten, hidrogén atmoszférában

Rúddá préselés, majd szinterelés 3000 Rúddá préselés, majd szinterelés 3000 °°C körüli hőmérsékletenC körüli hőmérsékleten

Hengerelés, préselés és szál-húzásHengerelés, préselés és szál-húzás

Spirál szerkezet kialakítása (gyakran dupla – spirál kialakítása)Spirál szerkezet kialakítása (gyakran dupla – spirál kialakítása)

Vas vagy molibdén drótra tekerikVas vagy molibdén drótra tekerik

Hőkezelés (csökkenti a feszültségeket)Hőkezelés (csökkenti a feszültségeket)

Vas illetve molibdén drót szelektív kimaratásaVas illetve molibdén drót szelektív kimaratása

Page 28: FÉNYEMISSZIÓ, FÉNYFORRÁSOK, FÉNYKELTŐ ESZKÖZÖK

28

Húzás után a wolfram – huzal szála szerkezetű szemcsékből épül felHúzás után a wolfram – huzal szála szerkezetű szemcsékből épül fel

Spiralizálás után hőkezelés a rekrisztalizációs hőmérséklet fölött Spiralizálás után hőkezelés a rekrisztalizációs hőmérséklet fölött

→ → Új szemcseszerkezet alakul kiÚj szemcseszerkezet alakul ki

A kialakuló szemcseszerkezetet a WOA kialakuló szemcseszerkezetet a WO3 3 –ba kevert adalékok –ba kevert adalékok határozzák meghatározzák meg

Oxid – adalék (pl. thórium – oxid) hatására elnyújtott, termikusan Oxid – adalék (pl. thórium – oxid) hatására elnyújtott, termikusan stabil szemcseszerkezet alakul kistabil szemcseszerkezet alakul ki

→ → mechanikailag ellenálló (pl. vibrációnak kitett alkatrészekhez)mechanikailag ellenálló (pl. vibrációnak kitett alkatrészekhez)

AKS adalék (kálium – szilikát és alumínium – oxid keveréke)AKS adalék (kálium – szilikát és alumínium – oxid keveréke)

Nagyobb méretű szemcsékNagyobb méretű szemcsék

5 – 100 nm-es üregek sora a 5 – 100 nm-es üregek sora a szemcsehatárokonszemcsehatárokon

Az üreg – hálózat kontrollálja a Az üreg – hálózat kontrollálja a szemcsehatárok mozgását a szemcsehatárok mozgását a rekrisztallizáció soránrekrisztallizáció során

Page 29: FÉNYEMISSZIÓ, FÉNYFORRÁSOK, FÉNYKELTŐ ESZKÖZÖK

29

Árambevezetés:Árambevezetés:

Fém és az üveg hőtágulási együtthatója egyezzen megFém és az üveg hőtágulási együtthatója egyezzen meg

Jól tapadjanak egymáshozJól tapadjanak egymáshoz

Fém legyen jó vezetőFém legyen jó vezető

Ne legyen gázleadás a beforrasztás soránNe legyen gázleadás a beforrasztás során

→→ DUMET szál:DUMET szál:

Magja nikkel-vas ötvözetMagja nikkel-vas ötvözet

Körülötte rézKörülötte réz

Felületén nátrium – borát réteg a jobb kötés érdeképenFelületén nátrium – borát réteg a jobb kötés érdeképen

→ → Jól tapad az üveghezJól tapad az üveghez

→ → Radiális irányban a hőtágulása megegyezik az üvegévelRadiális irányban a hőtágulása megegyezik az üvegével

→ → A tengelyirányú feszültségek csökkentése érdekében a gyakorlatban A tengelyirányú feszültségek csökkentése érdekében a gyakorlatban 1 mm-nél vékonyabb huzalokat alkalmaznak1 mm-nél vékonyabb huzalokat alkalmaznak