Номер 2, страница 187 - гдз по физике 8 класс учебник Громов, Родина

Глава 3. Электрические явления. Параграф 45. Лампа накаливания. Вопросы - номер 2, страница 187.

Условие.

2. Кто и когда изобрёл эту лампу?

Решение.

1. Как устроена осветительная лампа накаливания?

Осветительная лампа накаливания – это источник света, в котором видимое излучение создается за счет нагрева электрическим током тугоплавкого проводника, называемого телом накала. Лампа состоит из нескольких основных частей:

1. Стеклянная колба. Это герметичная оболочка, которая защищает тело накала от контакта с кислородом воздуха, что предотвращает его мгновенное сгорание. У ламп малой мощности (до 25 Вт) колбу вакуумируют (откачивают воздух). В более мощных лампах колбу заполняют инертным газом (смесью азота с аргоном, криптоном или ксеноном). Газ замедляет испарение материала нити, что увеличивает срок службы и позволяет повысить температуру накала, а значит, и яркость.

2. Тело накала (нить накала). Это главный рабочий элемент лампы. Он представляет собой тонкую проволоку из вольфрама, свитую в одну или две спирали (биспираль). При прохождении тока нить раскаляется до температуры 2000-2800 °C и начинает ярко светиться.

3. Электроды и держатели. Это металлические проводники (часто из молибдена), которые подводят ток к нити накала и удерживают ее в центре колбы.

4. Стеклянная ножка (штенгель). Это внутренняя часть лампы, на которой монтируются электроды и держатели. Через неё проходят внутренние проводники.

5. Цоколь. Это часть лампы, которая служит для её подключения к электрической сети через патрон. Он имеет контакты, соединенные с электродами. Наиболее распространены резьбовые цоколи (E14, E27).

Ответ: Лампа накаливания состоит из стеклянной колбы (вакуумированной или с инертным газом), вольфрамовой нити накала, закрепленной на электродах, и цоколя для подключения к источнику тока.

2. Кто и когда изобрёл эту лампу?

Изобретение лампы накаливания является результатом работы нескольких ученых и инженеров в течение XIX века. Нельзя назвать одного-единственного изобретателя, но ключевой вклад внесли следующие личности:

• Александр Николаевич Лодыгин. Русский электротехник, который в 1872 году продемонстрировал лампу с угольным стержнем в герметичной стеклянной колбе с откачанным воздухом. В 1874 году он получил патент на свое изобретение. Лодыгин первым предложил использовать в качестве нити накала тугоплавкие металлы, в том числе вольфрам, и закручивать нить в спираль.

• Джозеф Свон. Британский физик, который независимо от других вел работы над лампой накаливания и в 1878 году получил британский патент на лампу с угольным волокном.

• Томас Алва Эдисон. Американский изобретатель, который не столько изобрел лампу с нуля, сколько усовершенствовал существующие разработки и создал первую коммерчески успешную, долговечную и доступную систему электрического освещения. В 1879 году он создал лампу с угольной нитью из обугленного бамбука, которая могла работать более 1200 часов, и в 1880 году получил на неё патент. Его главный вклад — создание всей сопутствующей инфраструктуры: генераторов, патронов, выключателей и системы распределения электроэнергии.

Ответ: Ключевой вклад в изобретение лампы накаливания внесли русский инженер А.Н. Лодыгин в 1872-1874 гг. и американский изобретатель Т. Эдисон, который в 1879 г. создал первую коммерчески успешную модель и систему освещения.

3. Почему нить накала лампы делают из вольфрама?

Выбор вольфрама в качестве материала для нити накала обусловлен его уникальным набором физических свойств, которые делают его идеальным для этой цели:

1. Высочайшая температура плавления. Вольфрам — самый тугоплавкий из всех металлов. Его температура плавления составляет $3422$ °C. Это позволяет разогревать нить до очень высоких температур (до $2800$ °C), при которых она излучает яркий белый свет, близкий к дневному спектру. Чем выше температура, тем выше светоотдача лампы.

2. Низкая скорость испарения. Даже при экстремальных рабочих температурах вольфрам испаряется (сублимирует) очень медленно. Это обеспечивает долгий срок службы лампы, так как нить утончается постепенно. Заполнение колбы инертным газом дополнительно замедляет этот процесс.

3. Механическая прочность и пластичность. Вольфрам, несмотря на свою тугоплавкость, достаточно пластичен, чтобы из него можно было вытянуть очень тонкую проволоку и свернуть ее в компактную спираль. Это позволяет разместить нить большой длины (а значит, и большого сопротивления) в малом объеме, что необходимо для работы от бытового напряжения.

4. Оптимальное электрическое сопротивление. Удельное сопротивление вольфрама достаточно велико для того, чтобы нить эффективно нагревалась при прохождении через неё тока в соответствии с законом Джоуля-Ленца ($Q = I^2Rt$).

Ответ: Нить накала делают из вольфрама, потому что он обладает самой высокой температурой плавления среди металлов, что позволяет достичь яркого свечения, и очень медленно испаряется при высоких температурах, что обеспечивает длительный срок службы лампы.