Настільна лампа розжарювання

Які ж явища відбуваються в цій простенькій конструкції, і чому вона світить?

На останнє запитання відповідь досить проста. Усередині настільної лампи є металева спіралька, напружена проходять через неї електричним струмом, а розжарені тіла, як відомо, світяться. Це свічення фізики називають тепловим випромінюванням. У чому його суть? При нагріванні будь-якого тіла в ньому посилюється тепловий рух частинок. Рух це безладне. Частинки рухаються у всіх напрямках, безперестанку в результаті зіткнення змінюючи напрямок руху (саме тіло, природно, залишається нерухомим).

Беруть участь в цьому русі і найменші заряджені частинки – електрони. Швидкість частинок, що беруть участь в тепловому русі, найрізноманітніша, у деяких вона дуже велика. В деякий момент швидкий електрон може втратити надлишок своєї енергії. Цей надлишок або, інакше кажучи, ця порція енергії виділяється у вигляді світла. Тому нагріте тіло світиться. Але надлишок енергії електронів різний, а довжина хвилі виділяється світла залежить від того, яку енергію втратив ( «скинув») даний електрон. Чим більше втрачена електроном енергія, тим коротше довжина хвилі виділяється світла. Правда, ультрафіолетове випромінювання оболонку настільної лампи не покидає. Скло для нього – матеріал непрозорий. Решта хвилі випромінювання виходять з лампи назовні. На жаль, видиме світло становить в енергії виходить випромінювання дуже невелику частку – кілька відсотків. Так що електрична лампа розжарювання (разом з паровозом, які вже отримали відставку) входить до групи «чемпіонів» по ​​поганому використанню енергії, що витрачається.

Як зробити, щоб розжарюються тіло віддавало якомога більшу частину енергії, що витрачається на його нагрівання, у вигляді світла? У фізиці відомий закон Вина. Він говорить, що при тепловому випромінюванні довжина хвилі, куди доводиться максимум енергії випромінювання, коротше, якщо вище температура тіла. Попросту кажучи, ніж гаряче тіло, тим ближче його світіння до фіолетового краю спектра, а ніж холодніше – до червоного. Дійсно, що має відносно низьку температуру праска випромінює енергію тільки в діапазоні довгих, невидимих ​​оком інфрачервоних хвиль. Більш гаряча спіраль електроплитки світиться вишневим, рожевим і помаранчевим кольором. Потужність (твір струму на падіння напруги), споживана електроплиткою, зазвичай становить від 400 до 1200 Вт, але світла вона дає мало. Кухню нею не висвітлити. А лампа розжарювання, яка споживає всього 20 Вт, дає світла набагато більше. Справа в тому, що нитка лампи розпечена до більш високої температури, ніж спіраль електроплитки. Але виникає проблема: при високій температурі інтенсивно йде реакція металу нитки з киснем повітря. З точки зору хіміка метал перетвориться в оксид, а з точки зору спостерігача – нитка лампи перегорить. Тому нитка довелося заховати від кисню в вакуумний балон.