В городе Ливерморе (штат Калифорния, США) есть уникальная лампочка, которая была вкручена в 1901 г. и с тех пор горит без перерыва. Это абсолютный рекорд, который вошел в книгу рекордов Гиннесса. Перед уникальной лампочкой на станции №6 пожарной службы установлена веб-камера, поэтому лампочку можно увидеть в Интернете. Как такое оказалось возможным?
Известно, что основной причиной перегорания лампочек является постепенный износ вольфрамовой нити. Эта нить нагрета почти до температуры плавления вольфрама (3300°С), иначе не получить интенсивный световой поток. При такой температуре атомы вольфрама в кристаллической решетке интенсивно колеблются и некоторые из них отрываются и уходят в пространство, оседая на стенках колбы. Постепенно нить истончается, и в самом тонком месте температура переходит рубеж плавления, нить перегорает.
Очевидно, что для повышения срока службы лампочки необходимо устанавливать более толстую нить. Но при этом для сохранения сопротивления нити нужно увеличивать ее длину. Увеличение диаметра нити в два раза приводит к увеличению массы вольфрама в 8 раз. А вольфрам - дорогой металл, поэтому нынешние производители лампочек стараются его экономить.
Но есть еще одна причина износа ламп, о которой почти никто не знает. Дело в том, что тонкое стекло колбы в нагретом состоянии пропускает газ. Имеются таблицы для различных стекол и различных газов при различных температурах. Например, 1 см2 поверхности стекла толщиной 1 мм за 1 с и при разности давлений в 1 мм рт.ст. пропускает при температуре 600°С 6,5*10 в (-12) степени см3 азота (основной части воздуха).
Рассчитаем температуру колбы стандартней 40-ватной лампочки, у которой площадь поверхности колбы 200 см2, а площадь поверхности вольфрамовой нити (ориентировочно) 0,3 см2, т.е. разница в 660 раз.
Используя методику расчетов по закону Стфана-Больцмана и учитывая, что все инфракрасное излучение нити греет колбу (видимый свет составляет не более 3%), получаем температуру колбы порядка 400°С (в том, что это так, каждый может убедиться, прикоснувшись к колбе светящейся лампочки). Далее, приняв толщину стекла колбы колбы 0,5 мм, разность давлений 760 мм рт.ст. и время 1 год, получим проникновение газа в лампу порядка 4-5 см.
За несколько лет, если не перегорит нить накала, то лампа заполнится газом, возникнет газовый разряд, а вместе с ним ионная бомбардировка нити накала. Тогда эта нить будет истончаться быстрее. Таким образом, чтобы создать лампу накаливания с большим сроком службы необходимо: установить толстую вольфрамовую нить, увеличить площадь поверхности колбы лампы (при этом температура колбы станет ниже и просачивание газа уменьшается), увеличить толщину стекла колбы лампы.
Очевидно, эти условия и были выполнены в лампе-долгожительнице. А нынешние производители эти условия выполнять не хотят, во-первых, из соображений экономии (вольфрама и стекла), во-вторых, производителям просто не интересно выпускать "вечные" лампочки (иначе они "прогорят").