Материаловедческий анализ лампы накаливания

Белое олово -

0 кДж/моль;

0 кДж/моль;

51,5 Дж/моль.K [3].

Серое олово -

-2,092 кДж/моль;

0,126 кДж/моль;

44,1 Дж/моль.K [3].

Распространенность в  природе: содержание в земной коре составляет Sn 8^.10^-3 %(масс.).

Основные минералы: SnO₂ - касситерит (оловянный камень), Cu₂FeSnS₄ – станнин (оловянный колчедан)

Получение: восстановлением диоксида олова при нагревании углем.

Химические свойства: олово - металл с пониженной химической активностью. Медленно реагирует с разбавленными кислотами и быстро - с концентрированными. Растворяется в щелочах. На воздухе устойчиво. При нагревании взаимодействует с кислородом, галогенами и с серой.

                                           ЖЕЛЕЗО

ЖЕЛЕЗО (Ferrum) Fe, хим. элемент VIII гр. периодич. системы, ат. н. 26, ат. м. 55,847. Состоит из четырех стабильных изотопов: ⁵⁴Fe (5,84%), ⁵⁶Fe (91,68%), ⁵⁷Fе (2,17%), ⁵⁸Fe (0,31%). Поперечное сечение захвата тепловых нейтронов для прир. смеси изотопов 2,62.10^-28 м². Конфигурация внеш. электронных оболочек 3d⁶4s²;  окисления +2 и +3 (наиб. характерны), +1, +4, +6, +8; энергия ионизации при последоват. переходе от Fe⁰ к Fe⁵⁺ 7,893, 16,183, 30,65, 57,79 эВ; сродство к электрону 0,58 эВ;электроотрицательность по Полингу 1,8; атомный радиус 0,126 нм, ионные радиусы (в нм, в скобках указаны ко-ординац. числа) для Fe²⁺ 0,077 (4), 0,092 (6), 0,106 (8), для Fe³⁺ 0,063 (4), 0,079 (6), 0,092 (8). Железо - один из самых распространенных элементов в природе, его содержание в земной коре составляет 4,65% по массе. Известно св. 300 минералов, из к-рых слагаются месторождения железных руд. Пром. значение имеют руды с содержанием Fe св. 16%. Важнейшие рудные минералы железа: магнетит (магнитный железняк) Fe₃O₄ (содержит 72,4% Fe), гематт (железный блеск, красный железняк) Fe₂O₃ (70% Fe), гётит a-FeO(OH), или Fe₂O₃.H₂O, лепидокрокит g-FeO(OH) и гидрогётит (лимонит) Fe₂O₃.xH₂O (ок. 62% Fe), сидерит FeCO₃ (48,2% Fe), ильменит FeTiO₃ (36,8% Fe). Наряду с полезными примесями - Mn, Cr, Ni, Ti, V, Co - железные руды содержат и вредные примеси - S, P и др. Железо входит в состав прир. силикатов, значительные скопления к-рых могут иметь пром. значение для произ-ва железа или его соед. Различают след. осн. типы железных руд. Бурые железняки - руды гидроксидов Fe(III) (главный минерал - гётит); содержат до 66,1% Fe (чаще 30-55%); имеют осадочное происхождение. Крупнейшие месторождения в СССР, во Франции, в Гвинее. Гематитовые руды, или красные железняки (главный минерал - гематит); содержат обычно 50-65% Fe. Для них характерно залегание богатых руд поверх мощных толщ бедных (30-40% Fe) магнетитовых кварцитов. Крупнейшие месторождения в СССР, США, Канаде, Бразилии, Венесуэле. Магнетитовые руды, или магнитные железняки (главный минерал -магнетит); содержат чаще всего до 45-60% Fe. Верх. горизонты магнетитовых рудных тел обычно частично окислены до гематита (полумартиты и мартиты). Крупнейшие месторождения в СССР и Швеции. Силикатные руды (25-40% Fe) осадочного происхождения, используемые для выплавки чугуна в ГДР, Югославии, ЧССР и ряде др. стран Европы, относятся к группе зеленых слюд-хлоритов. Главные минералы - шамозит Fe₄(Fe, Al)₂[Al₂Si₂O₁₀](OH)₈ и тюрингит (Mg, Fe)_3,5Al_1,5[Si_2,5Al_1,5O₁₀](ОН)₆.nН₂О - содержат до 42% Fe. Важнейшие месторождения в ГДР, Австрии и др. Мировые разведанные запасы железных руд составляют 231,9 млрд. т, или 93 млрд. т в пересчете на железо (1980). По запасам железных руд (балансовым - св. 100 млрд. т) СССР занимает первое место в мире. Наиб. запасы железных руд (в млрд. т), кроме СССР, сосредоточены в Бразилии (34), Канаде (26), Австрии (21), США (17), Индии (13), ЮАР (9), Швеции (4,5) и во Франции (4). Перспективно использование бедных железом горных пород и железомарганцевых конкреций. Мировые запасы последних оцениваются в 3000 млрд. т (1984). В чрезвычайно редких случаях железо встречается в земной коре в составе минерала иоцита FeO (аналог к-рого в технике наз. вюститом), а также в виде самородного железа - метеорного и теллурического (земного происхождения). Теллурич. железо образуется в результате восстановления оксидов и сульфидов железа углеродом из железистой магмы и при подземных пожарах угля, контактирующего с пластами руды. Железо входит в состав гемоглобина.  
Свойства. Железо - блестящий серебристо-белый пластичный металла. При обычном давлении существует в четырех кристаллич. модификациях. До 917 °С существует a-Fe с объемноцентрир. кубич. решеткой (а = 0,286645 нм, z = 2, пространств. группа Im3m); a-Fe ферромагнитно, но при 769 °С (точка Кюри) переходит в парамагн. состояние без изменения сингонии и др. св-в, кроме магнитных; DH⁰перехода 1,72 кДж/моль. Парамагн. железо (b-Fe) устойчиво в интервале 769-917 °С. В интервале 917-1394 °С существует g-Fe с гранецентрир. кубич. решеткой (при 950 °С а = 0,3656 нм, z = 4, пространств. группа Fm3m); DH⁰ перехода b : g 0,91 кДж/моль. Выше 1394°С существует d-Fe с объемноцентрир. кубич. решеткой (при 1425°С а = 0,293 нм, z = 2, пространств. группа Im3m); DH⁰ перехода g :d 0,63 кДж/моль. При высоких давлениях существует e-Fe с гексагон. плотноупакованной решеткой, к-рое также образуется и при нормальном давлении при легировании железа рядом элементов. Ниже приводятся данные о физ. св-вах железа с общим содержанием примесей не более 0,01%. Т. пл. 1535 °С (DH⁰_пл 16,6 кДж/моль), т. кип. 2750 °С (DH⁰_исп 354,3 кДж/моль). Плотн. (в г/см³): a-Fe 7,87 (20 °С), 7,67 (600 °С); g-Fe 7,59 (1000 °С); d-Fe 7,409; жидкого железа 7,024 (1538°С), 6,962 (1600°С), 6,76 (1800°С); ур-ние температурной зависимости плотности жидкого карбонильного железа (см. ниже): d = 8,618 - 8,83.10^-4T г/см³. Теплоемкость медленно увеличивается с ростом т-ры до 523 К, затем резко возрастает, достигая максимума в точке Кюри, после чего снижается; С⁰_р 25,14 Дж/(моль.К); S⁰₂₉₈27,30 Дж/(мол.К); ур-ние температурной зависимости давления пара: lgp (в мм рт. ст.) = - 19710/T - l,271gT + 13,27 (1808-3023 К); температурный коэф. линейного расширения 12.10^-6 К^-1 (298 К), ур-ние его температурной зависимости: a = 11,3.10^-6 + 17,6.10^-8t - 1,68.10^-11t^{2 o}С^-1 (0-800°С). Теплопроводность [Вт/(м.К)], 132 (100 К), 80,3 (300 К), 69,4 (400 К), 32,6 (1000 К), 31,8 (1500 К); для армко-железа (см. ниже) 74,7 (273 К), 72,8 (298 К), 67,6 (373 К). Для 99,99%-ного железа g в атмосфере Не 1,72 Н/м (1535°С); динамич. Вязкость в интервале 1535-1700°С изменяется от 6,8.10^-4 до 5,6.10^-4 Па.с. Для 99,99%-ного железа r 0,0327 мкОм.см (4,2 К), 9,71 мкОм.см (293 К), температурный коэф. r 6,51.10^-3 К^-1 (273-373 К); т-ра перехода в сверхпроводящее состояние 0,1125 К. Магн. проницаемость 1,45.10⁶ (для монокристалла), магн. индукция насыщения 2,18 Тл; коэрцитивная сила 5-6 А/м (для карбонильного железа). Для особо чистого железа (<10^-7% С + N, 10^-5% О, < 10^-5% S) s_раст 50 МПа, предел текучести 20 МПа при скорости деформации 5.10^-4 с^-1 и размере зерна 1 мм; ударная вязкость более 300 Дж/см²; т-ра перехода в хрупкое состояние -85°С; для совершенных кристаллов("усов") s_раст 13,4 ГПа. Твердость по Моосу 4-5. Для отожженного образца относит. удлинение 40-50%, модуль сдвига 76,4-78,4 ГПа,твердость по Бринеллю 588-686 МПа. Железо - металл умеренной хим. активности. Стандартный электродный потенциал Fe²⁺/Fe⁰-0,447 В, Fe³⁺/Fe⁰ -0,037 В, Fе³⁺/Fе²⁺ +0,771 В. Жидкое железо неограниченно растворяет Al, Cu, Mn, Ni, Co, Si, Ti, хорошо растворяет V, Сr и Pt, ограниченно - Mo, Sn, С, S, P, As, H₂, N₂, О₂, не растворяет Pb, Ag, Bi. С углеродом образует твердые р-ры внедрения – феррит и мартенсит с a-Fe, аустенит с g-Fe. В железа сплавах углерод присутствует также в виде графита и цементита Fe₃C (см. табл.). В зависимости от содержания С в железе различают: мягкое железо (< 0,2% С), сталь (0,2-1,7% С) и чугун (1,7-5% С). В сухом воздухе при т-рах до 200 °С на пов-сти компактного железа образуется тончайшая оксидная пленка, защищающая металл от дальнейшегоокисления. Выше 200 °С скорость коррозии железа увеличивается, образуется слой окалины; внутр. зона ее состоит из вюстита Fе_xО (х = 0,89-0,95), поверх него лежит слой Fe₃O₄, затем Fe₂O₃. Ржавление железа (атм. коррозия) во влажном воздухе, особенно содержащем капли морской воды, идет быстрее; ржавчина содержит также и гидроксиды железа, в осн. FeO(OH). О кислородных соед. железа см.Железа оксиды. Железо не раств. в воде и р-рах холодных щелочей, реагирует с разб. к-тами, образуя соли Fe(II), и горячими конц. р-рами щелочей. Конц. HNO₃ и H₂SO₄ пассивируют железо благодаря образованию нерастворимой в к-тах оксидной пленки. Азот в малыхконцентрациях образует с железом твердые р-ры внедрения, в больших - нитриды Fe₂N и др. При нормальном давлении ок. 917°С р-римость N₂ в a-Fe до 0,01 ат. %, в g-Fe ок. 0,1 ат. %. Железо способно поглощать Н₂ при травлении к-тами и в процессе катодного выделения железа при электролизе. Адсорбируясь на дефектах структуры, водород резко снижает прочность и пластичность железа (т. наз. водородная хрупкость). Твердое железо поглощает Н₂ с образованием твердых р-ров внедрения. Р-римость Н₂ в железе при комнатной т-ре менее 0,005%, в расплавленном железе - почти в 25 раз больше. Гидриды железа существуют только при высокихдавлениях Н₂; известны гидриды интерметаллидов железа, напр. TiFeH₂ (см. Гидриды). С СО железо образует железа карбонил, в к-рых железо формально проявляет нулевую степень окисления. При нагр. железо реагирует с галогенами, особенно легко с Сl₂, т. к. образующийся FeCl₃ летуч (см. Железа хлориды) и не создает на пов-сти металла защитной пленки. Напротив, FeF₃ нелетуч, поэтому компактное железо устойчиво к действию F₂ до 250-300 °С. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Ла́мпа нака́ливания — электрический источник света, в котором тело накала (тугоплавкий проводник), помещённое в прозрачный вакуумированный или заполненный инертным газом сосуд, нагревается до высокой температуры за счёт протекания через него электрического тока, в результате чего излучает в широком спектральном диапазоне, в том числе видимый свет. В качестве тела накала в настоящее время используется в основном спираль из сплавов на основе вольфрама.

В лампе накаливания используется эффект нагревания проводника (тела накаливания) при протекании через него электрического тока (тепловое действие тока). Температура тела накала резко возрастает после включения тока. Тело накала излучает электромагнитное тепловое излучение в соответствии с законом Планка. Функция Планка имеет максимум, положение которого на шкале длин волн зависит от температуры. Этот максимум сдвигается с повышением температуры в сторону меньших длин волн (закон смещения Вина). Для получения видимого излучения необходимо, чтобы температура была порядка нескольких тысяч градусов, в идеале 5770 K (температура поверхности Солнца). Чем меньше температура, тем меньше доля видимого света и тем более «красным» кажется излучение.

Так из чего же состоит лампа  накаливания?  
 
1- стеклянная колба;  
 
2- полость стеклянной колбы лампы, может быть вакуум, обычно это лампы до 25 Вт или заполнены инертным газом;  
 
3- тело накала лампы (спираль), используется самый тугоплавкий металл – вольфрам. Рабочая температура спирали лампы – 1700-2900°C  
 
4,5- электрод часть выполнена из никеля, часть из меди, часть из платинита.  
 
6- держатель, также называют крючками. Используется металл молибден;  
 
7- ножка лампы она же тарелка;  
 
8- место крепления контакта электрода;  
 
9- цоколь, соединён с колбой специальной термомастикой;  
 
10- изолятор;  
 
11- контакт, соединяющий один из электродов с контактной площадкой.  
 
А теперь подытожим.  
 
Казавшаяся на первый взгляд такой простой лампа состоит из вольфрама, молибдена, меди, железа (цоколь), олова (покрытие контактной площадки), стекла, термомастики, платинита, керамики (изолятр в цоколе).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                         СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Барташевич А.А. Материаловедение. – Ростов н/Д.: Феникс, 2008.
2. Вишневецкий Ю.Т. Материаловедение для технических колледжей: Учебник. – М.: Дашков и Ко, 2008.
3. Заплатин В.Н. Справочное пособие по материаловедению (металлообработка): Учеб. пособие для НПО. – М.: Академия, 2007.
4. Материаловедение: Учебник для ВУЗов. / Под ред. Арзамасова Б.Н. – М.: МГТУ им. Баумана, 2008.
5. Материаловедение: Учебник для СПО. / Адаскин А.М. и др. Под ред. Соломенцева Ю.М. – М.: Высш. шк., 2006.
6. Материаловедение: Учебник для СПО. / Под ред. Батиенко В.Т. – М.: Инфра-М, 2006.
7. Моряков О.С. Материаловедение: Учебник для СПО. – М.: Академия, 2008.
8. Основы материаловедения (металлообработка): Учеб. пособие для НПО. / Заплатин В.Н. – М.: Академия, 2008.
9. Ржевская С.В. Материаловедение: Учебник для ВУЗов. – М.: Университетская книга Логос, 2006.
10. Солнцев Ю.П. Материаловедение: Учебник для СПО. – М.: Академия, 2008.
11. Солнцев Ю.П. Материаловедение: Учебник для СПО. – М.: Академия, 2007.
12. Справочник по конструкционным материалам. / Под ред. Арзамасова Б.Н. – М.: МГТУ им. Баумана, 2009.
13. Черепахин А.А. Материаловедение: Учебник для СПО. – М.: Академия, 2006.
14. Чумаченко Ю.Т. Материаловедение и слесарное дело: Учеб. пособие. – Ростов н/Д.: Феникс, 2009.
15. Чумаченко Ю.Т. Материаловедение: Учебник для СПО. – Ростов н/Д.: Феникс, 2009.