Hvorfor man ikke får alvorlige forbrændinger – Niels Bohr Institutet - Københavns Universitet

Niels Bohr Institutet > Spørg om fysik > ? om Fysik > Hvorfor man ikke får a...

06. august 2011

Hvorfor man ikke får alvorlige forbrændinger

Hej Spørg om Fysik
Jeg har længe gået og spekuleret over, hvorfor man ikke får alvorlige forbrændinger i hånden, når man rører ved en pære i en lampe, når glødetråden har en temperatur på mange tusinde grader.

Min teori siger, at det er fordi, at der inden i pæren er luft-tomt, og når det er luft-tomt, så kan varmen fra glødetråden ikke brede sig, hvis der ikke er luft inden i pæren. Det er ifølge min teori grunden til, at man ikke får alvorlige forbrændinger ved at røre en tændt pære.

Min teori siger, at den eneste lille svage varme man kan mærke på pærens overflade, skyldes, at lyset fra pæren opvarmer glasset (ikke selve varmen fra glødetråden).

Er min teori korrekt, eller er der en helt anden grund til det?

Med venlig hilsen
E P

Glødetråden i de gammeldags ret store glødelamper, som vi har brugt i mange år, er en meget tynd metaltråd, som er understøttet med en række stivere, og temperaturen ligger normalt imellem 2000 ˚C (ca. 15 W) og 3000 ˚C (ca. 100 W).

Den er om givet af tyndvægget glaskolbe, og der er normalt ikke lufttomt, men med Argon (en ædelgas) ved noget mindre tryk end atmosfæretryk i kolben. Der er i dag en anden type af glødelamper. Efter ca. 1960 kom nemlig de meget mindre halogenlamper med en forholdsvis tyk glødetråd og en fyldning af en ganske lille smule af et halogen (normalt Jod eller Brom). Kolben er her normalt ganske lille og af kvarts. De har en glødetrådstemperatur på omkring 3200 ˚C.

Moderne halogenlampe

Ved konstruktion af en glødelampe, søger man at få mest muligt lys pr. energienhed man sender til lampen
I det store og hele sendes al energi ud igen som elektromagnetisk stråling Infrarødt lys, synligt og ultraviolet lys). Lidt ledes til soklen som varme igennem glødetrådsophæng mm. Vi kan imidlertid ikke se alle bølgelængder, kun området med bølgelængder fra ca. 400 til 700 nm - og med øjets højeste følsomhed omkring 555 nm (grønt -gulligt lys). Det er antageligt fordi vores øje er udviklet til at være optimalt i sollys, som har en maksimums intensitet i dette område ved jordoverfladen. Solens overfladetemperatur ligger lidt over 6000 ˚C. En stor del af den tilførte energi til en gammeldags glødelampe udstråles i spektralområder, vi ikke kan se i. Kun ca. 2-3 % af energien udstråles i dette synlige område, så effektiviteten er lav (des mindre lampeeffekt des mindre effektivitet).

Den resterende energi går ikke nødvendigvis tabt, fordi det i hovedsagen er varmestråling og i mange tilfælde, når vi bruger lys (nat, vinter), sparer vi så lidt varme fra varmesystemet.

Kvarts-haolgen lampe

Kvartshalogen- og kulbuelamper 

Kvartshalogenlamperne er varmere, det betyder, at en større del af energien er i det synlige område, og effektiviteten hæves så til omkring 3,5 %. Lovgivningen er i dag udformet, så det er den type glødelamper vi skal bruge, (+ lavenergilamper og LED lamper), og det er jo knap en fordobling af effektiviteten og længere levetid.

Når man for højere temperatur får bedre nyttevirkning, forstås det bedst ud fra Plancks strålingslov, se Børn og varmestråling fra radiatorer, hvor man ser, at des varmere en lyskilde bliver, des mere forskydes toppunktet for lyskurven for stråling hen imod det synlige område, og intensiteten bliver generelt større. Desværre er det højeste smeltepunkt, vi har for metaller i naturen: Wolfram (på en række andre sprog Tungsten), som smelter ved 3422 ˚C, fulgt af det forholdsvis sjældne Rhenium, 3186 ˚C og Osmium 3033 ˚C. Vil man højere op i temperatur, bruger man i reglen gasudladninger eller kulbuelamper, hvor man kan nå meget højere temperaturer også op til de ca. 6000 ˚C eller mere. Lamper til farvefilm i projektorer var i gamle dage kulbuelamper - i dag xenonhøjtrykslamper, fordi disse lamper netop har en farve nogenlunde svarende til solens.

Xenonhøjtrykslampe

Når glødetråden lyser i en glødelampe, fordampes wolframmet (som glødetråden normalt er lavet af) langsomt
Det sætter sig på glasset om lampen, som en mørk belægning, og gør at mindre lys kommer ud. Samtidigt bliver glødetråden efterhånden tyndere og brænder til sidst over, hvor den er tyndest og dermed varmest. Halogenlampen med små mængder af halogen virker på den måde, at det fordampede Wolfram reagerer kemisk med halogenet, og derved ikke sætter sig på glasset.

Når den kemiske forbindelse kommer ind ved glødetråden, vil den igen kunne blive opspaltet i halogen og wolfram, og metallet afsættes så på glødetråden (som endda er varmest, hvor den er tyndest) og holder den intakt, halogenet kan så reagerer igen. Det kræver, at kolben er tæt omkring glødetråden, så den kan blive meget varm, og så wolframmet ikke kan sætte sig på den. Disse lamper har derfor en ganske lille (som oftest) kvartskolbe, kvarts holder bedst til de store temperaturvariationer, der findes glastyper der kan anvendes.

Temperaturer farvemaksima

Høj overfladetemperatur

Jeg er antageligt mindre hårdhudet end spørgeren. Den gammeldags 60 W glødelampe forekommer mig ikke at være svagt varme, når de bare har brændt bare et minuts tid, men meget varme, noget jeg slipper. Kolben på mine lamper er over bekvem berøringstemperatur, og jeg er ikke sikker på, at man ikke kan få forbrændinger. De kan i alle tilfælde under visse omstændigheder starte ildebrande, hvis der er brandbare materialer for nært ved kolben.

Lamper til større effekter har normalt større kolber, for at holde overfladetemperaturen nede. Halogenlamper har en meget høj temperatur, hundredevis af grader, og de giver med garanti forbrændinger. Man bør i alle tilfælde ikke tage på dem med fingrene, heller ikke i kold tilstand, fordi fingerfedtet brænder fast og nedsætter lysudbyttet. De leveres derfor ofte i en lille plasticpose, som man kan holde på under monteringen.

Sammenligning af lyskilders effektivitet

Gammeldags lamper

I de gammeldags lamper opvarmes glasset via gassen (Argon) og ved at lidt af den infrarøde stråling stoppes af glasset. I Halogenlamperne ved stråling der stoppes af glasset og ledning igennem elektroderne. Da overfladen er meget mindre, bliver den energi der passerer pr fladeenhed langt større på disse lamper, de har tykkere væg, der stoppes mere stråling og bliver derefter (som det jo er formålet) langt varmere end gammeldages glødelamper.

Dette gør også at brandbart materiale skal holdes godt væk fra sådanne lamper. Når man sætter dem i loftet som spots, anbringer man ofte en brændt ler-urtepotte eller tilsvarende over dem, for at skaffe afstand til brandbart materiale. 

Med venlig hilsen
Malte Olsen