Hehkulanka – hehkulampun valoa tuottava osa ja volframin merkitys

Hehkulanka: miten volframi tuottaa hehkulampun valon, käämitys ja toiminta — selkeä opas hehkulangan rakenteesta, kestävyydestä ja käytöstä.

Hehkulampussa on pieni ohut johto, jota kaksi isompaa johtoa pitää pystyssä. Tätä johtoa kutsutaan hehkulangaksi. Hehkulanka on se osa hehkulamppua, joka tuottaa valoa: kun lankaan kulkee sähköä, se kuumenee niin paljon että se alkaa säteillä näkyvää valoa (ilmiötä kutsutaan inkandessenssiksi). Hehkulanka on sijoitettu lasikuvun sisälle ja se kiinnitetään tukirakenteisiin, jotta se pysyy paikoillaan käytön aikana. Langan lämpötila hehkuessa on tyypillisesti useita tuhansia asteita, minkä takia valon spektri on jatkuva ja sävy usein lämmin (~2 700–3 000 K).

Hehkulamppujen hehkulangat on valmistettu volframista. Volframi sopii tähän käyttöön, koska sillä on erittäin korkea sulamispiste ja matala höyrynpaine korkeissa lämpötiloissa. Aina kun hehkulangan läpi kulkee sähkövirta, hehkulanka hehkuu. Usein lankaa ympäröi lasikuula, jossa on tyhjiö tai inerttiä kaasua: tällainen lasipullo on tyhjiöputken kaltainen suoja, joka estää volframin reagoimisen hapen kanssa ja hidastaa langan kulumista. Hehkulangan paksuus ja pituus määrittävät lampun tehon ja resistanssin; valon lisäämiseksi lankaa usein kierretaan käämeiksi (käämitykseksi) eli tehdään tiheämpiä kierroksia, ja joskus käytetään kaksinkertaista käämitystä (coiled-coil), jolla saadaan suuri lämmityspituus pienempään tilaan.

Miksi volframi?

• Korkea sulamispiste: volframin sulamispiste on noin 3 422 °C, mikä sallii korkeammat käyttölämpötilat ja siten kirkkaamman valon.
• Matala höyrynpaine: volframi haihtuu hitaammin kuumennettaessa, mikä pidentää langan käyttöikää ja vähentää lasin mustenemista.
• Hyvä mekaaninen kestävyys: volframi sietää kuumuutta ja lämpöiskuja paremmin kuin useimmat muut metallit.
• Vedettävissä ohuiksi langoiksi: metallin ominaisuudet mahdollistavat ohuet ja tasaiset langat, jotka tarvitaan hehkumisen hallittuun muodostumiseen.

Valmistus ja rakenne

• Volframista tehdään ensin paksumpaa lankaa pölymetallurgian tai sulatusprosessien kautta, jonka jälkeen se vedetään ohuemmiksi useilla vedotuksilla ja lämpökäsittelyillä.
• Hehkulanka kierretään usein esimuotoon (käämi) ja kiinnitetään johtimiin ja tukirakenteisiin, jotka johtavat virran ja pitävät langan paikoillaan.
• Lasikupu tyhjenee tai täytetään argonin tai muun inertin kaasun seoksella; halogeenilampuissa käytetään halogeenikaasua, joka palauttaa haihtuvaa volframia takaisin lankaan (halogeenikierto) ja pidentää näin käyttöikää sekä mahdollistaa korkeammat lämpötilat.

Toimintaperiaate, tehokkuus ja elinikä

Hehkulamppu muuttaa suurimman osan kuluttamastaan sähköenergiasta lämmöksi; vain pieni osa muuttuu näkyväksi valoksi. Käytännössä tavallinen hehkulamppu muuttaa vain noin 5–10 % energiasta näkyväksi valoksi, muu energia säteilee infrapuna-alueella lämmöksi. Hehkulangan haihtuminen ajan mittaan ohentaa lankaa, mikä johtaa lopulta katkeamiseen. Lisäksi haihtunut volframi kertyy lasin sisäpintaan ja aiheuttaa lampun "mustenemista". Tavallisen hehkulampun käyttöikä on yleensä muutamasta sadasta muutamaan tuhanteen tuntiin riippuen valmistustavasta ja käytöstä; halogeenivalaisimet ovat usein kestävämpiä.

Käyttö ja nykytilanne

Hehkulamput olivat pitkään yleisin valonlähde kotitalouksissa niiden yksinkertaisuuden, värintoiston ja alhaisen valmistuskustannuksen vuoksi. Energiatehokkuuden ja ympäristövaatimusten takia monet maat ovat kuitenkin rajoittaneet perinteisten hehkulamppujen myyntiä ja korvanneet ne tehokkaammilla vaihtoehdoilla, kuten LED- ja kompaktin loisteputken (CFL) valaisimilla. Hehkulamppujen etuna on edelleen luonnollinen ja jatkuva valon spektri sekä hyvä värintoisto.

Yhteenveto: Hehkulanka on pieni volframinen johto, joka tuottaa valon kuumentuessaan sähkövirran vaikutuksesta. Volframin ominaisuudet tekevät siitä sopivan materiaalin hehkulangat valmistukseen, mutta perinteinen hehkulampputekniikka on energiankulutukseltaan tehotonta verrattuna nykyaikaisiin vaihtoehtoihin.

Kysymyksiä ja vastauksia

K: Mikä on sähköinen hehkulanka?

K: Mikä pitää hehkulampun sähköistä hehkulankaa pystyssä?

K: Mistä hehkulampun hehkulanka on tehty?

K: Mitä tapahtuu, kun sähkövirta kulkee hehkulangan läpi?

K: Mikä on hehkulangan nimi tyhjiöputkessa?

K: Miten hehkulanka yleensä valmistetaan, jotta hehkulampussa saadaan enemmän valoa?

K: Mikä on hehkulampun hehkulangan tärkein tehtävä?

Hae kirjaimella