Вакуумные лампочки накаливания имеют весьма ограниченный срок службы. Если они уже долго светили, то их стеклянные баллоны постепенно покрываются изнутри черным налетом, а перегорают они чаще всего в момент включения в сеть. Объясните указанные факты, указав, какие физические явления и законы вы использовали.
Решение:
1. Нить накала лампочки (обычно вольфрамовая) работает при высокой температуре, необходимой для излучения видимого света, и постепенно испаряется, оседая черным налетом на стеклянном баллоне.
2. Сопротивление металлов растет с ростом температуры, поэтому ток через холодную нить накала в момент включения лампочки в сеть значительно превышает рабочий ток лампочки, когда ее нить накала прогрелась до рабочей температуры.
3. Испарение с разных участков нити происходит неравномерно. По мере испарения металла с нити на ней возникают неоднородности — участки меньшего диаметра с повышенным сопротивлением, где нагревание током по закону Джоуля — Ленца происходит сильнее, чем на последовательно с ними включенных в цепь участках с меньшим сопротивлением.
4. В момент включения в сеть долго проработавшей лампочки один из тонких участков ее нити накала с большим сопротивлением нагревается выше температуры плавления, и нить перегорает.