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.