Problemă legată de un bec

[AlexandruLazar]

A bun -- atunci hai să o ajutăm pe Reveuse.Kaari, eu chiar mă uitam strâmb în monitor, nu mi-am dat seama că încerci să-l mai tragi de limbă pe Cris.

Cred că e un hint de care ea are nevoie pentru că asta nu se face absolut deloc prin liceu şi nu e imediat evident, e vorba de ce bâzâiam noi pe aici de arcul electric şi de ionizare.

Deci, Reveuse.Kaari, ideea e aşa: în mod normal, gazele sunt foarte slabe conducătoare de electricitate. După cum ştii, curentul electric înseamnă propriu-zis o mişcare ordonată a unor purtători de sarcină (electroni sau ioni), care are loc sub influenţa unui câmp electric (sau, în termeni mai pământeni, din cauza unei tensiuni electrice aplicate între două terminale).

Nu toţi electronii pot participa la formarea curentului electric (ei trebuie să aibă o anumită energie, care să-i plaseze în aşa-numita bandă de conducţie, sau să aibă ceva mai puţină energie şi să se afle în ceva care se numeşte banda de valenţă, dar să poată trece în cea de conducţie dacă mai primesc energie din afară -- de la o sursă de tensiune, de exemplu). În cazul gazelor, e vorba de electronii de pe ultimul strat; dar aceştia sunt foarte puternic legaţi prin intermediul legăturilor covalente.

Cu toate acestea, atunci când câmpul electric care li se aplică are o internsitate foarte mare, se poate ca electronii să fie "smulşi" de pe ultimul strat; procesul acesta se numeşte ionizare, iar electronii smulşi se mişcă apoi sub influenţa câmpului electric. Intensitatea câmpului electric, [tex]E[/tex], se măsoară în volţi pe metru, şi dacă terminalele între care se aplică tensiunea sunt destul de apropiate încât traseul electronilor să fie practic în linie dreaptă, o poţi scrie ca [tex]E=\frac{U}{d}[/tex], U fiind tensiunea aplicată şi d, distanţa dintre cele două terminale. Ca un hint în plus pentru problema noastră, din formulă îţi poţi da seama că la o tensiune fixă (ca cea de a priză), o distanţă foarte mică, de ordinul milimetrilor, înseamnă un câmp electrc de intensitate foarte mare.

Atunci când are loc acest fenomen se produce ceea ce se cheamă arc electric; e acelaşi pe care îl vezi la tramvaie, de exemplu, atunci când "fac flamă": curentul electric trece direct prin gaz, ca şi când ar fi un conductor (de fapt, pe o porţiune foarte mică, gazul se comportă chiar ca un conductor). Temperatura creşte foarte mult în acea zonă, de unde şi "flama".

Deci hai să ne întoarcem un pic la bec -- crezi că s-ar putea întâmpla aşa ceva cu un bec?

[Reveuse.Kaari]

Electron, crede-mă că am citit tot pe aici şi la unele chestii mă uitam şi eu cam strâmb în monitor, vorba lui AlexandruLazar. Oi fi eu mai tare de cap

Nu toţi electronii pot participa la formarea curentului electric (ei trebuie să aibă o anumită energie, care să-i plaseze în aşa-numita bandă de conducţie, sau să aibă ceva mai puţină energie şi să se afle în ceva care se numeşte banda de valenţă, dar să poată trece în cea de conducţie dacă mai primesc energie din afară -- de la o sursă de tensiune, de exemplu). În cazul gazelor, e vorba de electronii de pe ultimul strat; dar aceştia sunt foarte puternic legaţi prin intermediul legăturilor covalente.

Deci să înţeleg că electronii din gaze nu au acea energie care să îi plaseze în banda de conducţie şi nici nu sunt în banda de valenţă şi nu pot trece în cea de conducţie pt că sunt puternic legaţi prin intermediul legăturilor covalente? Legaţi de ce? Nu cred că am priceput bine asta, sunt destul de confuză.
Şi ce se întâmplă cu ionii? Din câte ştiam eu purtătorii de sarcini care generează curentul în gaze sunt atât electronii cât şi ionii.

Cu toate acestea, atunci când câmpul electric care li se aplică are o internsitate foarte mare, se poate ca electronii să fie "smulşi" de pe ultimul strat; procesul acesta se numeşte ionizare, iar electronii smulşi se mişcă apoi sub influenţa câmpului electric.

Intensitatea aplicată nu ar trebui să fie constantă? Ce determină creşterea intensităţii câmpului electric?
Că mă gândesc că nu creşte nici tensiunea şi nici distanţa nu scade...sau mă înşel? De ce acea "flamă" se produce imediat? Ce legătură are cu şocul aplicat becului?

Deci hai să ne întoarcem un pic la bec -- crezi că s-ar putea întâmpla aşa ceva cu un bec?

Cred că da.

[AlexandruLazar]

Stai liniștită -- nu ești tare de cap, cred că și noi ne-am chinuit la fel de tare cu astea la un moment dat. Faptul că mie asta mi se pare o problemă relativ simplă este exclusiv consecința faptului că mă ocup de așa ceva de trei ani și ceva  . Deci hai să vedem.

Deci să înţeleg că electronii din gaze nu au acea energie care să îi plaseze în banda de conducţie şi nici nu sunt în banda de valenţă şi nu pot trece în cea de conducţie pt că sunt puternic legaţi prin intermediul legăturilor covalente? Legaţi de ce? Nu cred că am priceput bine asta, sunt destul de confuză.

Da, cam așa ceva . Explicația e simplificată foarte mult -- o să faci ceva legat de benzile de energie prin clasa a doisprezecea -- dar pe scurt, ideea e că electronii care pot participa la conducție sunt liberi, adică nu sunt legați de nucleele lor. Electronii gazelor sunt legați destul de tare de nuclee (adică, pentru a îi elibera, trebuie să li se dea o energie foarte mare).

Cu toate acestea, atunci când câmpul electric care li se aplică are o internsitate foarte mare, se poate ca electronii să fie "smulşi" de pe ultimul strat; procesul acesta se numeşte ionizare, iar electronii smulşi se mişcă apoi sub influenţa câmpului electric.

Intensitatea aplicată nu ar trebui să fie constantă? Ce determină creşterea intensităţii câmpului electric?
Că mă gândesc că nu creşte nici tensiunea şi nici distanţa nu scade...sau mă înşel? De ce acea "flamă" se produce imediat? Ce legătură are cu şocul aplicat becului?

Tensiunea rămâne ce-i drept constantă dar curentul trece numai prin filament și e ok. Dar ce se întâmplă cu filamentul în momentul în care aplici un șoc mai puternic?


Mai întrebasei ceva -- care e interesant, dar nu neapărat important pentru problema cu becul:

Şi ce se întâmplă cu ionii? Din câte ştiam eu purtătorii de sarcini care generează curentul în gaze sunt atât electronii cât şi ionii.

E o întrebare foarte bună . Din nou, ceea ce eu am povestit mai sus este un model simplificat foarte mult. Atât ionii, cât și electronii participă la fenomenele care se produc. Ionii nu sunt însă la fel de mobili ca electronii (fiindcă sunt mai grei), așa încât curentul din arc este predominant electronic; totuși, și ionii sunt împinși, și în cazul în care arcul are o durată destul de mare, ionii emiși de la unul din terminale se pot depune pe celălalt, cam ca în cazul electrolizei.

[DECDS]

Cred ca va complicati. Parerea mea este ca filamentul se deformeaza, se scurtcircuiteaza o sectiunea lui si astfel puterea P=~U²/R a becului creste. Normal ca se supraincalzeste si se arde.
Aha argumente:
1. Becul nu este o sarcina inductiva ci preponderent rezistiva, nu formeaza arc electric la fel de mare ca la decuplarea unui transformator de retea.
2. Filamentul este f. fragil, se deformeaza usor la lovire din cauza propriei inertii.
3. Nu sustin ca acest lucru se intampla de fiecare data cand un bec este lovit. Filamentul se poate rupe pur si simplu fara crestere de intensitate a luminii.
4. In punctul unde se produce scurtcircuitul filamentul se sudeaza si mentine conditia de suprasarcina pana se arde.

[AlexandruLazar]

Îţi dai seama că în final la asta ajungeam şi eu, dar "politica" uzuală aici e doar să dăm hint-uri, nu explicaţia directă.

Desigur că filamentul becului, fiind o sarcină preponderent rezistivă, nu formează un arc electric de durată. De-asta nici nu face un arc ca ăla zdravăn de la tramvai ci doar o flamă mică şi eventual un "poc".

Dacă filamentul doar se deformează, nu mi se pare o problemă faptul că se scurtcircuitează o secţiune a lui; ai văzut că e destul de întins deci mai mult de una sau două spire ale lui nu se vor scurtcircuita, iar filamentul de wolfram încălzit la incandescenţă are o rezistenţă îndeajuns de mare ca să nu fie o problemă. Cel mult poate vibraţiile contribuie la ruperea filamentului prin întinderea filamentului, ceea ce duce la creşterea densităţii de curent într-o anumită secţiune.

[cris]

Îţi dai seama că în final la asta ajungeam şi eu, dar "politica" uzuală aici e doar să dăm hint-uri, nu explicaţia directă.

Desigur că filamentul becului, fiind o sarcină preponderent rezistivă, nu formează un arc electric de durată. De-asta nici nu face un arc ca ăla zdravăn de la tramvai ci doar o flamă mică şi eventual un "poc".

Dacă filamentul doar se deformează, nu mi se pare o problemă faptul că se scurtcircuitează o secţiune a lui; ai văzut că e destul de întins deci mai mult de una sau două spire ale lui nu se vor scurtcircuita, iar filamentul de wolfram încălzit la incandescenţă are o rezistenţă îndeajuns de mare ca să nu fie o problemă. Cel mult poate vibraţiile contribuie la ruperea filamentului prin întinderea filamentului, ceea ce duce la creşterea densităţii de curent într-o anumită secţiune.

Din experienta personala va pot spune ca daca becul e intr-un circuit fara limitare de curent arcul electric poate fi chiar violent ducand la explozia balonului de sticla.

[Reveuse.Kaari]

Parerea mea este ca filamentul se deformeaza, se scurtcircuiteaza o sectiunea lui si astfel puterea P=~U²/R a becului creste. Normal ca se supraincalzeste si se arde.

De ce se scurtcircuitează?

[DECDS]

Parerea mea este ca filamentul se deformeaza, se scurtcircuiteaza o sectiunea lui si astfel puterea P=~U²/R a becului creste. Normal ca se supraincalzeste si se arde.

De ce se scurtcircuitează?

Ideea este ca in anumite situatii poate sa faca o bucla. Daca se ating capetele buclei am spus ca filamentul se scurtcircuiteaza. Ca si cum ai avea mai multe rezistente inseriate si uneia dintre ele ii legi terminalele impreuna.
La majoritatea becurilor filamentul este ca un arc, se poate intinde f. mult.

[DECDS]

Îţi dai seama că în final la asta ajungeam şi eu, dar "politica" uzuală aici e doar să dăm hint-uri, nu explicaţia directă.

Desigur că filamentul becului, fiind o sarcină preponderent rezistivă, nu formează un arc electric de durată. De-asta nici nu face un arc ca ăla zdravăn de la tramvai ci doar o flamă mică şi eventual un "poc".

Dacă filamentul doar se deformează, nu mi se pare o problemă faptul că se scurtcircuitează o secţiune a lui; ai văzut că e destul de întins deci mai mult de una sau două spire ale lui nu se vor scurtcircuita, iar filamentul de wolfram încălzit la incandescenţă are o rezistenţă îndeajuns de mare ca să nu fie o problemă. Cel mult poate vibraţiile contribuie la ruperea filamentului prin întinderea filamentului, ceea ce duce la creşterea densităţii de curent într-o anumită secţiune.

Din experienta personala va pot spune ca daca becul e intr-un circuit fara limitare de curent arcul electric poate fi chiar violent ducand la explozia balonului de sticla.

Tot din experienta personala am avut situatii cu trasee sau fire de cupru vaporizate efectiv in urma unui s/c. Ce temperatura are un filament in lucru? Si ce il raceste sau ii limiteaza temperatura?

[AlexandruLazar]

Îţi dai seama că în final la asta ajungeam şi eu, dar "politica" uzuală aici e doar să dăm hint-uri, nu explicaţia directă.

Desigur că filamentul becului, fiind o sarcină preponderent rezistivă, nu formează un arc electric de durată. De-asta nici nu face un arc ca ăla zdravăn de la tramvai ci doar o flamă mică şi eventual un "poc".

Dacă filamentul doar se deformează, nu mi se pare o problemă faptul că se scurtcircuitează o secţiune a lui; ai văzut că e destul de întins deci mai mult de una sau două spire ale lui nu se vor scurtcircuita, iar filamentul de wolfram încălzit la incandescenţă are o rezistenţă îndeajuns de mare ca să nu fie o problemă. Cel mult poate vibraţiile contribuie la ruperea filamentului prin întinderea filamentului, ceea ce duce la creşterea densităţii de curent într-o anumită secţiune.

Din experienta personala va pot spune ca daca becul e intr-un circuit fara limitare de curent arcul electric poate fi chiar violent ducand la explozia balonului de sticla.

Eu mă refeream exclusiv la cazul în care becul funcţionează la parametri normali, deci într-un circuit cu limitare de curent şi conectare la tensiunea nominală de funcţionare a becului. Altfel am auzit şi eu de becuri care au explodat pur şi simplu.

Tot din experienta personala am avut situatii cu trasee sau fire de cupru vaporizate efectiv in urma unui s/c. Ce temperatura are un filament in lucru? Si ce il raceste sau ii limiteaza temperatura?

Temperatura filamentului în lucru este destul de mare, de regulă de 2000-3300 K. Limitarea se face prin dimensionarea filamentului, astfel încât temperatura de lucru să corespundă cazului în care cantitatea de căldură cedată este suficient de mare pentru a echilibra pierderile Joule. Rezistenţa filamentului variază destul de mult cu temperatura -- în stare rece sunt vreo 8-15 Ohmi, la temperatura de lucru e în jur de 150 Ohm pentru un bec de putere "casnică".

Ideea e că un fir de cupru scurtcircuitat, subţire, scurtcircuitat din stare rece opune o rezistenţă foarte mică iar temperatura creşte peste punctul de topire mai înainte ca creşterea rezistenţei să scadă foarte mult curentul şi pierderile Joule. În schimb wolframul, care se topeşte pe la 3600 K, nu are problema asta.

Este adevărat că în anumite situaţii (dacă becul e foarte uzat), ceea ce spui tu se poate produce, întrucât contactul dintre două secţiuni ale filamentului este punctiform şi asta duce la stricţiunea liniilor de curent, astfel încât punctual filamentul se topeşte şi se evaporă. Asta duce la subţierea filamentului în zonele respective, deci la creşterea densităţii de putere şi implicit a temperaturii care evaporă şi mai mult material şi tot aşa.