Hehkulanka

Seuraa 
Viestejä29006
Liittynyt30.4.2005

Ihmettelin jo vanhan palstan aikaan, mutta minua ei otettu vakavasti, että mistä johtuu hehkulangan epätasainen kuumeneminen tasavirralla. Esimerkiksi röntgenputkessa riittävien käyttökertojen jälkeen anodista näkee selvästi, että elektronit eivät ole jysnäyttäneet tasaisesti. Vaikuttaako siis langan resistanssin muutos lämmetessä siten, että siitä johtuva elektronipilven epämuodostuneisuus taas vastaavasti vaikuttaa takaisin päin?

Nykyään putket hehkutetaan vaihtovirralla juuri tämän takia.

Sivut

Kommentit (49)

Vierailija
CE-hyväksytty
Ihmettelin jo vanhan palstan aikaan, mutta minua ei otettu vakavasti, että mistä johtuu hehkulangan epätasainen kuumeneminen tasavirralla. Esimerkiksi röntgenputkessa riittävien käyttökertojen jälkeen anodista näkee selvästi, että elektronit eivät ole jysnäyttäneet tasaisesti. Vaikuttaako siis langan resistanssin muutos lämmetessä siten, että siitä johtuva elektronipilven epämuodostuneisuus taas vastaavasti vaikuttaa takaisin päin?

Nykyään putket hehkutetaan vaihtovirralla juuri tämän takia.

Ei ole väliä onko AC vai DC.

Jos lanka kuumenee epätasaisesti sen resistanssi ei ole tasaisesti jakautunut.

Paul M
Seuraa 
Viestejä8560
Liittynyt16.3.2005

Voidaan kuvitella kaksi samanlaista hehkulamppua sarjaan. Kun toisen lampun hehkulanka on hieman kuumempi kuin toisen, on sen resistanssi suurempi kuin toisen. Ja lampun yli oleva jännite näinollen suurempi. Virta on sama. Yksinkertaisella kaavalla P=UI tapahtuu niin, että ilmiö ruokkii itseänsä. Jännite nousee, teho nousee, lämpötila nousee, resistanssi kasvaa, jännite kasvaa, teho nousee (suhteessa toiseen lamppuun).... Eli on ihme ettei toinen hehkulamppu aina pala pilalle sarjakytkennässä.

Kun hehkulangat ovat saman kuvun sisällä, ei tilanne ole oleellisesti erilainen. Lanka lämpenee epätasaisesti.

Selittäkää joku miten on mahdollista, että sarjassa olevat hehkulamput kestävät.

Hiirimeluexpertti. Majoneesitehtailija. Luonnontieteet: Maailman suurin uskonto. Avatar on halkaistu tykin kuula

Vierailija
Paul M
Voidaan kuvitella kaksi samanlaista hehkulamppua sarjaan. Kun toisen lampun hehkulanka on hieman kuumempi kuin toisen, on sen resistanssi suurempi kuin toisen. Ja lampun yli oleva jännite näinollen suurempi. Virta on sama. Yksinkertaisella kaavalla P=UI tapahtuu niin, että ilmiö ruokkii itseänsä. Jännite nousee, teho nousee, lämpötila nousee, resistanssi kasvaa, jännite kasvaa, teho nousee (suhteessa toiseen lamppuun).... Eli on ihme ettei toinen hehkulamppu aina pala pilalle sarjakytkennässä.

Kun hehkulangat ovat saman kuvun sisällä, ei tilanne ole oleellisesti erilainen. Lanka lämpenee epätasaisesti.

Selittäkää joku miten on mahdollista, että sarjassa olevat hehkulamput kestävät.

Hehkulamput kestävät koska myös kuumempi on reippaasti alle tuhoutumislämpötilan. Resistanssi kasvu myöskin vähentää virtaa.

Mutta toinen kyllä aina tuhoutuu ennen toista. Harvemmin molemmat poksahtavat samaan aikaan...

CE-hyväksytty
Seuraa 
Viestejä29006
Liittynyt30.4.2005
Norppa

Ei ole väliä onko AC vai DC.

Jos lanka kuumenee epätasaisesti sen resistanssi ei ole tasaisesti jakautunut.

Viisaammat röntgenäijät tästä asiasta puhuivat taannoin. Että asia on todellinen. Tai sitten he valehtelivat nöösipojalle sumeilematta. En kyllä sitä usko.

Olen nähnyt kuvia epätasaisesti kuluneista anodilautasista. Ja jos syyllinen olisi itse lanka, vaihtovirralla tapahtuisi edelleen sama ilmiö.

Vierailija
CE-hyväksytty
Norppa

Ei ole väliä onko AC vai DC.

Jos lanka kuumenee epätasaisesti sen resistanssi ei ole tasaisesti jakautunut.




Viisaammat röntgenäijät tästä asiasta puhuivat taannoin. Että asia on todellinen. Tai sitten he valehtelivat nöösipojalle sumeilematta. En kyllä sitä usko.

Olen nähnyt kuvia epätasaisesti kuluneista anodilautasista. Ja jos syyllinen olisi itse lanka, vaihtovirralla tapahtuisi edelleen sama ilmiö.

Nyt taidat puhua eri asiasta.

Hehkulanka toimii niin kuin kerroin.

Mutta jos puhutaan tyhjiöputkesta niin DC kuluttaa anodin tai katodin alta aikayksikön. Sama koskee loisteputkia.

CE-hyväksytty
Seuraa 
Viestejä29006
Liittynyt30.4.2005

No joo, ensimmäinen viestini sekä otsikko olivat harhaanjohtavat ja sekavat.

Siis tarkoitin tyhjiöputken katodin hehkuttamista ennen kilovolttien räppäämistä, jotka ovat kylläkin tasavirtaa.

o_turunen
Seuraa 
Viestejä10619
Liittynyt16.3.2005
CE-hyväksytty
Ihmettelin jo vanhan palstan aikaan, mutta minua ei otettu vakavasti, että mistä johtuu hehkulangan epätasainen kuumeneminen tasavirralla. Esimerkiksi röntgenputkessa riittävien käyttökertojen jälkeen anodista näkee selvästi, että elektronit eivät ole jysnäyttäneet tasaisesti. Vaikuttaako siis langan resistanssin muutos lämmetessä siten, että siitä johtuva elektronipilven epämuodostuneisuus taas vastaavasti vaikuttaa takaisin päin?

Nykyään putket hehkutetaan vaihtovirralla juuri tämän takia.

Mielenkiintoista. En ole röntgenputkia nähnyt kuin museossa.
Onko noissa nykyään hehkulanka paljaana? Tai siis muodostuuko
katodi paljaasta hehkulangasta?

Korant: Oikea fysiikka on oikeampaa kuin sinun klassinen mekaniikkasi.
Korant: Jos olet eri mieltä kanssani olet ilman muuta väärässä.

o_turunen
Seuraa 
Viestejä10619
Liittynyt16.3.2005
CE-hyväksytty
o_turunen

Onko noissa nykyään hehkulanka paljaana? Tai siis muodostuuko
katodi paljaasta hehkulangasta?



Mitä tarkoitat paljaalla?

Esimerkiksi telkkarin kuvaputken katodi on metallinen hattu, jonka sisällä
on lämmitysvastus. Samoin useimmat ns. radioputket on varustettu
putken muotoisella katodilla, jonka sisällä tuo lämmitysvastus pesii.
Tämä sen takia, että voitaisiin katodia lämmittää vaihtosähköllä, joka
aiheuttaisi hurinaa ääneen ja välkettä kuvaan, jos katodin lämpötila
vaihtelisi 100 Hz taajuudella.

On olemassa suoraan hehkutettuja katodeita, mutta niitä lämmitetään
tasasähköllä. Poikkeuksena ovat lähetinputket, joissa ei ole suurtakaan
merkitystä hurinalla, ja niissä voidaan lämmittää paljasta hehkulankaa
vaihtosähköllä.

Korant: Oikea fysiikka on oikeampaa kuin sinun klassinen mekaniikkasi.
Korant: Jos olet eri mieltä kanssani olet ilman muuta väärässä.

Paul M
Seuraa 
Viestejä8560
Liittynyt16.3.2005
Norppa
[
Hehkulamput kestävät koska myös kuumempi on reippaasti alle tuhoutumislämpötilan. Resistanssi kasvu myöskin vähentää virtaa.

Sama virta kulkee molempien lamppujen läpi. Siinä se ongelma onkin. Jännite taasen jakautuu resistanssien suhteessa. Kuumempana käyvä lamppu saa isomman jännitteen.

Mitä tarkoitat tuhoutumislämpötilalla? Hehkulangan jäljellä oleva ikä puolittuu aina noin 5% jännitteen noususta. Miten tuosta ilmoitat tuhoutumislämpötilan?

Hiirimeluexpertti. Majoneesitehtailija. Luonnontieteet: Maailman suurin uskonto. Avatar on halkaistu tykin kuula

Vierailija
Paul M
Norppa
[
Hehkulamput kestävät koska myös kuumempi on reippaasti alle tuhoutumislämpötilan. Resistanssi kasvu myöskin vähentää virtaa.




Sama virta kulkee molempien lamppujen läpi. Siinä se ongelma onkin. Jännite taasen jakautuu resistanssien suhteessa. Kuumempana käyvä lamppu saa isomman jännitteen.

Kun jännite on vakio niin toinen lamppu ei kuumene vaan toinen jäähtyy.

Eli alhaisemman resistanssin lamppu kestää normaalia pitempään.

CE-hyväksytty
Seuraa 
Viestejä29006
Liittynyt30.4.2005
o_turunen

Esimerkiksi telkkarin kuvaputken katodi on metallinen hattu, jonka sisällä
on lämmitysvastus. Samoin useimmat ns. radioputket on varustettu
putken muotoisella katodilla, jonka sisällä tuo lämmitysvastus pesii.
Tämä sen takia, että voitaisiin katodia lämmittää vaihtosähköllä, joka
aiheuttaisi hurinaa ääneen ja välkettä kuvaan, jos katodin lämpötila
vaihtelisi 100 Hz taajuudella.

On olemassa suoraan hehkutettuja katodeita, mutta niitä lämmitetään
tasasähköllä. Poikkeuksena ovat lähetinputket, joissa ei ole suurtakaan
merkitystä hurinalla, ja niissä voidaan lämmittää paljasta hehkulankaa
vaihtosähköllä.

Niin siis röntgenputkessa on suoraan hehkutettu katodi, ja hehkutus tapahtuu nimenomaan vaihtovirralla, edellä mainitsemistani syistä johtuen joita en ymmärrä. Häiriöillä ei ole tässä tapauksessa merkitystä ja hehkuvirran taajuutta en muista, mutta sillä tuskin on merkitystä.

Vierailija
Norppa
Paul M
Norppa
[
Hehkulamput kestävät koska myös kuumempi on reippaasti alle tuhoutumislämpötilan. Resistanssi kasvu myöskin vähentää virtaa.




Sama virta kulkee molempien lamppujen läpi. Siinä se ongelma onkin. Jännite taasen jakautuu resistanssien suhteessa. Kuumempana käyvä lamppu saa isomman jännitteen.



Kun jännite on vakio niin toinen lamppu ei kuumene vaan toinen jäähtyy.

Eli alhaisemman resistanssin lamppu kestää normaalia pitempään.

Mutta kuitenkin kun otetaan huomioon että sarjassa oleville lampuille pitää antaa korkeampi jännite että ne loistavat kirkkaasti, tulee eteen tilanne jossa toisen lampun vastus ryömii ylöspäin, ja toisen lampun vastus ryömii alaspäin.

Voisipa jopa simuloida tuota tilannetta ja katsoa miten tasapaino syntyy.

Teho vastuksessa on
P=RI^2

Virta järjestelmän yli on
I = U/(R1 + R2)

Lämpötilan nousua voidaan kuvata
R = R + kP

missä k on joku keksitty kerroin jolla kuvataan tehon noususta aiheutuvaa lämpötilan nousua ja siitä seuraavaa vastuksen arvon kasvua. Muutos on lineaarinen, joten pelkkä kerroin riittää simulaatioon.

Vierailija

Okei. Edellinen oletus olettaa että lämpötila on suoraan verrannollinen tehoon. Muokkasin simulaatiota sen verran, että se ottaa huomioon lämpötilan nousun energian funktiona, sekä sen poistumisen kiihtymisen kun lämpötila kasvaa.

Ohjelma olettaa että lampun langan ominaislämpökapasiteetti on 1 aste per 1 joule ja langan massaa ei ole määritelty, koska molemmat langat oletetaan massaltaan ja materiaaliltaan identtisiksi.

Koska teho on joulea sekunnissa, voidaan yhden kierroksen ajaksi määrätä vaikka 1 sekunti ja näin ollen lämpötila voidaan laskea suoraan lisäämällä teho P lämpötilaan T. 1 J/s : 1 s tuottaa tulokseksi Jouleja ja 1 joule nostaa lämpötilaa yhdellä asteella.

Valitulla ominaislämpökapasiteetilla langan massaksi saataisiin 7,4 grammaa kun materiaaliksi valitaan wolframi (0,135 kJ/(K*kg)) joka on varsin massiivinen hehkulampun langaksi. Tästä seuraa että lanka lämpenee tarkastelussa varsin hitaasti, mutta se ei ole tuloksien kannalta olennainen asia. Lisäksi asiaan vaikuttaa valittu lämpötilan poistumisen kerroin, jonka vetäisin suoraan hatusta, mutta jolla ei myöskään ole toimintamekanismin kannalta suurta merkitystä.

Tarkka ohjelmakoodi on tässä:

[code:31gph4f2]
CW = .005
Ta = 0
Tb = 0
k = .1
U = 100
Ras = 10
Rbs = 11
Ra = Ras
Rb = Rbs

CLS

OPEN "pa.txt" FOR OUTPUT AS #1
OPEN "pb.txt" FOR OUTPUT AS #2
PRINT #1, "Ra: "; Ra
PRINT #2, "Rb: "; Rb

DO

I = U / (Ra + Rb)
Pa = I * I * Ra
Pb = I * I * Rb

Ta = Ta + Pa - (Ta * CW)
Tb = Tb + Pb - (Tb * CW)

Ra = Ras + k * Ta
Rb = Rbs + k * Tb

PRINT "Pa: "; Pa; " Pb: "; Pb; " Ta: "; Ta; " Tb: "; Tb
PRINT #1, Pa
PRINT #2, Pb

SLEEP

LOOP UNTIL INKEY$ = CHR$(27)
CLOSE #1
CLOSE #2
[/code:31gph4f2]

Ja sillä syntynyt tulos on tässä:

Lähtötilanne on siis se, että toisella lampulla on yhden ohmin verran suurempi vastus kuin toisella.

k on kerroin jolla lämpötila vaikuttaa vastusarvoon
CW on lämpöenergian poistumista kuvaava vakio
Tx on langan lämpötila
U on jännite (100 volttia)
Rxs on langan lähtötilanteen vastus
Rx on langan käyttötilanteen vastus
Px on langassa kulloinkin vaikuttava teho

Ohjelma on kirjoitettu QBASIC ohjelmointiympäristössä.
SLEEP komennon kohdalla ohjelma odottaa käyttäjää painamaan nappia, joten simulaatio etenee kun pitää vaikka välilyöntiä pohjassa. Ohjelma sammuu painamalla ESC nappulaa.

Ohjelma kirjoittaa kaksi tiedostoa, joihin lamppujen tehot listautuvat. Nämä voi sitten kopioida exceliin, kunhan vaihtaa desimaalimerkiksi pisteen pilkun sijaan. (Excelin asetuksista)

Tulokset ovat yhteneviä esimerkiksi tämän sivun todellisten mittaustulosten kanssa: http://www.picotech.com/experiments/lamp/index.html

Jossa täytyy huomata että asteikko on millivolteissa mitattuna sarjavastuksen yli, jolloin asteikko mittaa itseasiassa epäsuorasti virran suuruutta. Koska sarjavastus ei mittauksessa suuremman massansa takia juuri lämpene, sen vastus pysyy vakiona ja koska virran suuruus on määräävä tekijä resistiivisen tehon muutoksessa, lampun teho seuraa melko tarkoin virran suuruutta. (P = RI^2)

Huomataan, että sarjaan kytketyillä lampuilla ei pääse tapahtumana tehon karkaamista, vaan molempien lamppujen tehot, vastukset ja jännitteet asettuvat samassa suhteessa niiden alkuperäisten vastusarvojen kanssa.

Sarjaan kytketyistä lampuista näyttäisi palavan aina ensin se, jolla on suurempi vastusarvo alkujaan. Vakiovirralla siihen haihtuu suurempi osa sarjan tehosta, joten se luonnollisesti palaa kirkkaammin.

Tästä voidaan päätellä, että yksittäisessä lampussa ei pitäisi olla merkitystä virran suunnalla, vaan lanka palaa aina poikki ohuemmasta päästä, koska siellä on suurempi vastus.

Vastaavasti, kun tuikkaat auton akun napojen väliin rautalangan, hehkuminen alkaa siitä päästä jossa on alkujaan huonompi kontakti, eli siitä päästä joka kosketti napaan jälkimmäisenä, koska siellä syntyy valokaari joka nostaa lämpötilaa paikallisesti ja materiaalin vastus langan toisessa päässä nousee ennemmin kuin toisessa.

Vierailija
CE-hyväksytty
No joo, ensimmäinen viestini sekä otsikko olivat harhaanjohtavat ja sekavat.

Siis tarkoitin tyhjiöputken katodin hehkuttamista ennen kilovolttien räppäämistä, jotka ovat kylläkin tasavirtaa.

Katodia hehkutetaan lämpimäksi jotta siitä irtoaisi elektroneja ja putken sisällä olevaan kaasuun ionisoituisi purkauskanava. Ikään kuin ukkosella esisalama. Muuten putken sytyttämiseen tarvitaisiin huomattavan paljon suurempi jännite ja se todennäköisesti vaurioituisi siinä rytäkässä.

Samalla osa materiaalista höyrystyy, ionisoituu ja härmistyy pitkin putken seiniä sekä kulkeutuu sähkövirran mukana anodille. Tästä johtuu mm. loisteputken tummuminen toisesta päästä jos on käytetty tasavirtaa, ja molemmista päistä jos on käytetty vaihtovirtaa.

Tämän takia molempia päitä pyritään kuluttamaan tasaisesti vaihtovirralla. Putki kestää pitempään.

Sivut

Uusimmat

Suosituimmat