Loại bóng đèn halogen

Đèn halogen là bóng đèn sợi đốt trong đó một khí trơ và một lượng nhỏ khí halogen được bịt kín trong đèn.

Khí trơ

Khí trơ bao gồm heli (He 4,00g/mol), neon (Ne 20,18g/mol), (nitơ (N2 28,02/mol)), argon (Ar 39,95g/mol), (cacbon dioxit (CO2 44,01g/mol) mol)), krypton (Kr 83,80/mol), xenon (Xe 131,29g/mol) và radon (222,000 Rn/mol).
Helium, neon, argon, krypton, xenon và radon còn được gọi là khí hiếm và khí hiếm vì chúng chứa một lượng rất nhỏ trong không khí.
Hiệu ứng khử hơi của vonfram được sử dụng trong dây tóc hiệu quả hơn khi trọng lượng nguyên tử tăng lên. Trọng lượng nguyên tử càng cao thì độ dẫn nhiệt càng thấp và càng hạn chế được sự mất nhiệt của dây tóc. Hiệu suất phát sáng sẽ tăng 5-10%.
“Về mặt lý thuyết, radon, có trọng lượng nguyên tử cao nhất, là hiệu quả nhất. Tuy nhiên, radon là khí phóng xạ độc hại phát ra tia alpha với chu kỳ bán rã ngắn nên không thể sử dụng nó. Khi carbon dioxide đạt tới 1000°C hoặc cao hơn, nó bị phân hủy thành carbon monoxide và oxy. Không thể sử dụng do phân hủy nhiệt.
Do đó, có thể nói rằng xenon là hiệu quả nhất để làm bay hơi vonfram.
Tuy nhiên, vì xenon và krypton đắt tiền nên chúng không được sử dụng nhiều và argon, rẻ hơn các loại khí trơ khác, được sử dụng. ”
Tuy nhiên, một mình argon không cung cấp đủ cách điện, vì vậy nếu dây tóc bị đứt trong quá trình chiếu sáng, phóng điện hồ quang sẽ xảy ra. Như một biện pháp đối phó, một lượng nhỏ nitơ, có khả năng cách điện cao, được trộn lẫn. . Đèn nhỏ hơn với dây tóc ngắn hơn có tải điện cao hơn, dẫn đến tuổi thọ ngắn hơn.

Người bắt được

Máy hút bụi là một vật liệu hóa học được sử dụng để loại bỏ tạp chất khỏi các sản phẩm sử dụng chân không.
Với bóng đèn sợi đốt, nếu trong bóng đèn có lẫn một lượng nhỏ hơi ẩm, oxy hoặc các tạp chất khác sẽ gây ra vòng tuần hoàn nước, làm tiêu hao vonfram và giảm tuổi thọ của bóng đèn, vì vậy cần phải loại bỏ nước. bên trong bóng đèn. Nhiều getters khác nhau đang được nghiên cứu và phát triển như là biện pháp đối phó. Bóng đèn sợi đốt sử dụng phương pháp tạo chân không bằng cách sử dụng chất thu gom phốt pho trong quá trình sản xuất. Trong phương pháp này, dây tóc vonfram được ngâm trong hỗn hợp phốt pho và nước, và sau khi bóng đèn cạn kiệt, điện sẽ được đưa vào để tạo ra sự phóng điện phát sáng và loại bỏ khí dư. Bộ thu gom phốt pho được sử dụng để tăng mức độ chân không và các nguyên tố halogen cũng được bao bọc dưới dạng bộ thu gom để tránh bị đen.
Phương pháp giảm hiện tượng hóa đen bằng cách sử dụng nguyên tố halogen làm chất kích thích đã được sử dụng từ lâu, và vào năm 1892, bóng đèn dây tóc carbon chứa clo đã được đưa ra thị trường. Năm 1933, một bằng sáng chế đã được đề xuất cho ý tưởng bọc i-ốt để biến vonfram bay hơi thành vonfram i-ốt để ngăn chất này bám vào bóng đèn. Bằng cách này, phương pháp bao bọc hợp chất halogen trong bóng đèn thông thường có hiệu quả trong việc ngăn bóng đèn bị đen, nhưng nó phản ứng với dây tóc vonfram ở phần nhiệt độ thấp, làm giảm tuổi thọ của bóng đèn. Tôi đã làm. Ngoài ra, iốt cần được hóa hơi và đưa vào bóng đèn trong quá trình sản xuất, và có những nhược điểm như phạm vi hẹp mà chu trình halogen hoạt động ổn định, vì vậy các loại khí halogen khác đang được xem xét. Năm 1965 T’. Jampens và van der Weijer của Philips đã giới thiệu một loại bóng đèn sử dụng hợp chất hữu cơ của brom. Các hợp chất brom (CHBr3, CH2Br2, v.v.) có áp suất hơi cao nên chúng có thể được bao bọc dưới dạng khí. Sau đó, các hợp chất clo cũng được đưa vào sử dụng và được sử dụng trong đèn phơi sáng của máy photocopy.
Zirconia thường được sử dụng làm chất thu sáng trong bóng đèn. Tuy nhiên, trong trường hợp máy sưởi đèn halogen, điều này khó sử dụng, vì vậy tantalum (Ta) thường được sử dụng. Tantali là một kim loại mềm, nóng chảy cao tương tự như chì và hấp thụ hydro gấp hàng trăm lần thể tích của nó ở trạng thái nhiệt đỏ sẫm (khoảng 700°C). Tôi đây.
Tất nhiên, một số đèn sưởi dưới 2200K có chứa halogen. Nếu thêm halogen, nó hoạt động theo hướng ức chế vòng tuần hoàn nước, vì vậy nếu có ít hơi ẩm dư, có thể làm cho máy sưởi có tuổi thọ cao. Điều này thường là do halogen rẻ hơn. Để tạo ra một bộ sưởi đèn có độ tin cậy cao với tuổi thọ thiết kế từ 5000 giờ đến 20000 giờ, việc lắp bộ thu nhiệt không có halogen sẽ an toàn hơn so với lắp halogen.

Khí halogen

“Có bốn loại khí halogen: flo (F 19,00g/mol), clo (CL 35,45/mol), brom (Br 79,90g/mol) và iốt (I 126,90g/mol). Khối lượng nguyên tử càng nhỏ , Iodine phản ứng càng mạnh thì càng ít phản ứng, vì nó phản ứng mạnh hơn.Trong những ngày đầu của đèn halogen, iốt được bao bọc dưới dạng một chất halogen. Tuy nhiên, iốt có những nhược điểm như cần bay hơi và đưa vào bóng đèn trong quá trình sản xuất, phạm vi mà chu trình halogen hoạt động ổn định là hẹp.
“””Brôm phản ứng mạnh hơn iốt và góp phần vào hiệu quả của chu trình halogen.
Ngay cả trong trường hợp chu trình halogen của iốt không thể xử lý sự bay hơi và làm đen vonfram, chu trình halogen hiện có thể xử lý nó và có thể mở rộng các loại đèn halogen. “””
Có sự thay đổi trong đó chu trình halogen kết thúc với vonfram quay trở lại dây tóc. Sự bay hơi được thúc đẩy cục bộ, nhiệt độ của bộ phận đó tăng với tốc độ nhanh và sự ngắt kết nối xảy ra tại một điểm được gọi là điểm nóng.
Tùy thuộc vào lượng khí halogen, hiện tượng hóa đen có thể xảy ra. Cần nạp lượng khí halogen tối thiểu không gây hóa đen. Bằng cách giảm thiểu lượng khí halogen, chu kỳ halogen được điều tiết dẫn đến tuổi thọ và độ ổn định của bóng đèn dài hơn. Nồng độ yêu cầu tối thiểu là khoảng 0,1% mol đối với khí trơ.
Đèn sưởi có nhiệt độ màu khoảng 2200K (K → Kelvin: đơn vị đo nhiệt độ tuyệt đối, cộng 273 độ C) trở xuống thì không cần chứa halogen. Ở nhiệt độ màu như vậy, sự bay hơi vonfram là không đáng kể trong thời gian thiết lập của lò sưởi (5000 hoặc 20000 giờ) và không cần chu trình halogen. (Do đó dây tóc rất ít hao mòn -> tuổi thọ không bị giới hạn bởi điều này)

Chu trình halogen

Đèn halogen là một loại bóng đèn sợi đốt trong đó một lượng nhỏ khí halogen được niêm phong trong khí trơ như argon hoặc nitơ.
Bằng cách bao quanh khí halogen, có thể ngăn ngừa sự mài mòn của vonfram, là vật liệu của dây tóc và có thể tăng nhiệt độ của dây tóc lên nhiệt độ cao hơn. Điều này là do chu trình halogen. Dây tóc vonfram trở nên nóng lên khi đèn bật sáng, bay hơi thành các nguyên tử và di chuyển bên trong đèn. Khi nó di chuyển, nó kết hợp với các halogen trong đèn để tạo thành halogenua vonfram. Halogen vonfram di chuyển gần dây tóc bằng sự đối lưu và khuếch tán. Khi dây tóc nóng lên trong quá trình chiếu sáng, halogenua vonfram sẽ tách ra khi nó đạt đến 1400°C hoặc cao hơn, và vonfram quay trở lại dây tóc, và halogen lại bốc hơi và tạo thành halogenua vonfram. Chu trình này được gọi là chu trình halogen.
Để thực hiện chu trình halogen, cần sử dụng vật liệu giữ cho thành trong của bóng đèn ở nhiệt độ trên 250°C trong quá trình chiếu sáng. Do đó, thủy tinh thạch anh chịu nhiệt được sử dụng cho bóng đèn.
Vonfram bay hơi trở lại dây tóc, nhưng không hoàn toàn. Có sự thay đổi trong đó chu trình halogen kết thúc với vonfram quay trở lại dây tóc. Sự bay hơi được thúc đẩy cục bộ, nhiệt độ của bộ phận đó tăng với tốc độ nhanh và sự ngắt kết nối xảy ra tại một điểm được gọi là điểm nóng. Các chu kỳ halogen lặp đi lặp lại tạo ra sự không đồng đều trong dây tóc, cuối cùng gây ra đứt dây.

W+(Om+Xn) →(WX+WO+WOX+WO2+X2)→WX→W+O

Nạp gas cao áp vào bóng đèn

Áp suất khí nạp càng cao, tuổi thọ của bóng đèn càng dài so với hiệu suất của nó. Điều áp làm tăng mật độ của các phân tử khí, vonfram bay hơi va chạm với các phân tử khí và sự di chuyển của vonfram bị triệt tiêu. Áp suất hơi xung quanh dây tóc tăng lên và đạt đến mức bão hòa, do đó sự bay hơi bị triệt tiêu.
Là một phương pháp nạp khí vào đèn halogen, người ta sử dụng một bóng đèn có ống xả thủy tinh hàn và sau khi hút chân không bên trong bóng đèn, khí kín được làm đầy trong khi làm mát bằng nitơ lỏng. Khí đầy được hóa lỏng bằng nitơ lỏng, thể tích giảm và áp suất bên trong giảm.
Khí đã nạp được nạp ở áp suất cao 1×10^5~4×10^5Pa. Áp suất trong quá trình chiếu sáng đạt từ 1,3 đến 7,0 lần so với mức này.
 

Phát triển sợi carbon

Đèn halogen phát triển từ bóng đèn sợi đốt. Sợi carbon được sử dụng cho dây tóc của bóng đèn tạo nhiệt thời kỳ đầu. Các sợi kim loại như osmium và tantalum đang được phát triển, nhưng chúng không được sử dụng rộng rãi do giá cả và các vấn đề với ánh sáng dòng điện xoay chiều. Tiến sĩ W. R. Whitney của Hoa Kỳ đã phát hiện ra rằng bóng đèn bị đen không chỉ do carbon bay hơi mà còn do sự hiện diện của một số oxit tro. Như một biện pháp đối phó, xử lý nhiệt được thực hiện ở nhiệt độ cao hơn nhiều so với nhiệt độ hoạt động của dây tóc để giảm oxit tro và ngăn chặn hiện tượng đen trong quá trình sử dụng. Quá trình xử lý nhiệt này làm cho bề mặt của dây tóc cứng và chắc, tạo cho nó một đặc tính giống như kim loại và nhiệt độ hoạt động tăng thêm 200°C, cho phép sử dụng nó lên đến 1900°C. Mặc dù carbon có nhiệt độ nóng chảy cao khoảng 3500°C, nhưng nó không thể được sử dụng ở nhiệt độ cao do áp suất hơi cao và sự bay hơi nhanh (thăng hoa). Bóng đèn sợi đốt sợi carbon được xử lý nhiệt này là dòng chính cho đến khi bóng đèn vonfram được phát triển.

Phát minh ra dây tóc vonfram

Kể từ đó, các loại dây tóc mới ngoài carbon đã liên tục được phát triển và vonfram, có nhiệt độ nóng chảy 3360°C, đã thu hút sự chú ý. Người ta đã cố gắng chuyển đổi vonfram ở dạng rắn hoặc từ dạng bột thành dạng sợi, nhưng điều này đã không thành hiện thực. Năm 1905, A.Just và F.Hanaman người Úc đã chế tạo thành công vonfram để sản xuất vonfram bằng phương pháp hóa học. Chúng ta có thể thu được hiệu suất carbon gấp đôi, nhưng có nhược điểm là dây tóc rất dễ gãy và khó xử lý. Năm 1908, W. Dcoolidge phát hiện ra rằng độ bền cơ học của vonfram được cải thiện bằng cách áp dụng nhiều loại quy trình xử lý khác nhau để giải quyết vấn đề về độ giòn của vonfram.

Phát minh ra bóng đèn khí gas

Hiện tượng hóa đen xảy ra ở bóng đèn vonfram cũng như ở dây tóc cacbon. I.Langmuir của Hoa Kỳ đã phát hiện ra rằng hiện tượng bóng đèn bị đen đi là do sự bay hơi của dây tóc vonfram và phát hiện ra rằng có thể giảm lượng bay hơi bằng cách đặt một khí trơ bên trong bóng đèn. Hơn nữa, người ta cũng phát hiện ra rằng khí trơ khiến dây tóc được bọc trong một lớp khí trơ, gây thất thoát nhiệt. Tóm lại, bóng đèn chứa đầy khí tạo ra tổn thất năng lượng do dẫn nhiệt và đối lưu, nhưng chúng ngăn chặn sự bay hơi của vonfram. Nó chỉ ra rằng có khả năng nó sẽ lớn hơn và cuối cùng là hiệu quả hơn. Vì sự mất nhiệt này ảnh hưởng đến chiều dài của dây tóc, nên chúng tôi đã thành công trong việc giảm tổn thất nhiệt bằng cách thay đổi dây tóc từ dạng thẳng sang dạng cuộn và bóng đèn một cuộn chứa đầy khí đã ra đời. Trong những ngày đầu, nitơ được sử dụng làm khí trơ. Sau đó, argon, có độ dẫn nhiệt thấp và trọng lượng phân tử lớn (hiệu quả ức chế bay hơi cao) với một lượng nhỏ nitơ được bao bọc trong nó, đã trở thành xu hướng chủ đạo.

Phát minh ra dây tóc hai cuộn dây

Năm 1921, Junichi Miura đã phát minh ra dây tóc hai cuộn giúp tăng hiệu suất bằng cách cuộn lại dây tóc một cuộn. Dây tóc hai cuộn dây ban đầu được định hướng vuông góc với bóng đèn, nhưng người ta phát hiện ra rằng định hướng thẳng đứng dẫn đến tổn thất nhiệt ít hơn và tăng hiệu suất lên 5%.

Phát minh ra đèn halogen

Năm 1959, E.G.Zebler người Mỹ đã phát minh ra bóng đèn halogen. Bóng đèn halogen có đặc điểm là đặc tính làm việc (tốc độ ánh sáng duy trì trong suốt thời gian sử dụng) hầu như không thay đổi. Việc sử dụng các nguyên tố halogen đã được nghiên cứu vào năm 1915, nhưng nó không được thương mại hóa do thiếu công nghệ xử lý thủy tinh thạch anh và làm rõ nhiệt động lực học. Khí halogen chứa trong đèn phân ly thành các nguyên tử ở nhiệt độ cao và kết hợp với vonfram hóa hơi để tạo thành halogenua vonfram có áp suất hơi cao, ngăn không cho vonfram bay hơi trên bề mặt bên trong của bóng đèn thủy tinh. đang làm. Nếu bóng đèn được giữ trong phạm vi nhiệt độ mà các hợp chất vonfram không bay hơi và phân ly nhiệt, thì hiện tượng hóa đen sẽ không xảy ra. Ngoài ra, khi dây tóc nóng lên trong quá trình chiếu sáng, halogenua vonfram sẽ tách ra khi nhiệt độ đạt tới 1400°C trở lên và vonfram quay trở lại dây tóc, vì vậy chúng tôi có thể giảm độ mài mòn của dây tóc. Để đáp ứng những điều kiện này, cần phải có kích thước nhỏ và hiệu suất cao, và thủy tinh thạch anh chịu nhiệt được sử dụng cho bầu thủy tinh. Bóng đèn halogen, được đưa vào sử dụng thực tế vào năm 1959, là loại bóng đèn hai cực chứa đầy iốt và được công bố là đèn pha. Gần đây, brom được bao bọc để ổn định các đặc tính cuộc sống. Sau đó, loại đèn hai đầu được cải tiến và loại đèn một đầu được phát triển. Bóng đèn halogen và bóng đèn sợi đốt dùng cho chiếu sáng chung hiện đang bị loại bỏ dần ở châu Âu c