Задача 5.5.9почему лампочка не полна
Условие
Почему электрическая лампочка заполняется инертным газом при давлении, существенно меньшем атмосферного?
▶Посмотреть решениеСкрыть решение
Решение
Идея
Изохора: при нагреве газа в закрытой колбе давление растёт пропорционально абсолютной
температуре. А внутри работающей лампы газ раскалён.
Оценка. При включении газ в колбе нагревается примерно до 500–700 К (у самой спирали — до 2500 К). Давление вырастет в
\[ \frac{T_{\text{раб}}}{T_0} \approx \frac{600}{300} = 2\ \text{раза} \]и более. Если бы газ был закачан при атмосферном давлении, в работающей лампе он давил бы изнутри вдвое сильнее наружного — тонкая стеклянная колба этого не выдержит.
Поэтому лампы наполняют аргоном или криптоном при давлении \(\sim0{,}5\) атм: в рабочем режиме давление подрастает как раз до атмосферного, и колба не нагружена.
Проверка.
Заодно понятно, зачем вообще нужен газ ✓: он замедляет испарение вольфрама со спирали.
В вакууме давление вовсе отсутствует, но спираль испаряется быстрее и лампа чернеет ✓ —
поэтому маломощные лампы делают вакуумными, а мощные — газонаполненными.
Тяжёлые газы (криптон, ксенон) лучше тормозят атомы вольфрама ✓, поэтому криптоновые лампы
служат дольше.
Ответ
В рабочем режиме газ раскаляется и его давление вырастает в несколько раз; чтобы оно не
превысило атмосферное и не разорвало колбу, газ закачивают при пониженном давлении.