Номер 652, страница 120 - гдз по химии 9 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

652. Почему в электрических лампочках нить накаливания делают из вольфрама, а не из какого-либо другого металла, например, гораздо более дешёвого железа?

Нить накаливания в электрических лампочках изготавливают из вольфрама, а не из более дешёвых металлов, таких как железо, из-за уникального сочетания физических свойств вольфрама, которые делают его идеальным материалом для этой задачи.

Главная причина — исключительно высокая температура плавления. Принцип работы лампы накаливания заключается в нагреве тонкой проволоки (нити) электрическим током до тех пор, пока она не начнёт ярко светиться. Чем выше температура нити, тем больше энергии излучается в виде видимого света и тем выше эффективность лампы. Вольфрам является самым тугоплавким металлом, его температура плавления составляет около $3422 \ ^{\circ} \text{C}$. Это позволяет нагревать вольфрамовую нить до рабочих температур $2500–2800 \ ^{\circ} \text{C}$, при которых она испускает яркий, близкий к белому свет, не расплавляясь.

В то же время, железо плавится при значительно более низкой температуре — около $1538 \ ^{\circ} \text{C}$. Нить из железа расплавилась бы, не достигнув температуры, необходимой для эффективного освещения. При максимально возможной для него температуре железо светилось бы тусклым красно-оранжевым светом и имело бы очень низкую световую отдачу.

Помимо высокой температуры плавления, вольфрам обладает и другими важными преимуществами. Во-первых, он имеет низкую скорость испарения (или низкое давление насыщенных паров) даже при высоких температурах. Это замедляет истончение нити и её последующий обрыв, а также предотвращает быстрое потемнение стеклянной колбы из-за оседания на ней паров металла, что обеспечивает долгий срок службы лампы. Во-вторых, вольфрам имеет достаточно высокое удельное электрическое сопротивление, что позволяет изготовить из него тонкую и длинную нить, которая будет эффективно нагреваться до нужной температуры при стандартном напряжении в сети. Железо же при высоких температурах гораздо активнее вступает в химические реакции с остатками газов в колбе и испаряется быстрее, что привело бы к очень короткому сроку службы лампы.

Ответ: Нить накаливания делают из вольфрама, потому что он обладает самой высокой температурой плавления среди всех металлов ($ \approx 3422 \ ^{\circ} \text{C}$). Это позволяет раскалять его до очень высоких температур и получать яркий белый свет. Железо, имеющее температуру плавления всего $ \approx 1538 \ ^{\circ} \text{C}$, расплавилось бы задолго до достижения нужной температуры. Кроме того, вольфрам медленно испаряется при высоких температурах, что обеспечивает длительный срок службы лампы.