fÉnyemissziÓ, fÉnyforrÁsok, fÉnykeltŐ eszkÖzÖk

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

Upload: kesler

Post on 22-Jan-2016

40 views

Category:

Documents


0 download

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

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