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¿Qué son los trocitos de metal que salen de los filamentos de las bombillas y por qué se pegan a un solo borne?

Hace poco cambié los faros de mi coche y tomé algunas micrografías de los filamentos. Un par de fotos compuestas de bombillas viejas: An older bulb filament Another older bulb filament

Como referencia, aquí tienes el filamento de una bombilla nueva: New bulb filament

En el cable izquierdo de las imágenes de las bombillas antiguas, hay muchas escamas de metal y pelos pegados al cable izquierdo. Qué son estos pequeños trozos de metal (son bigotes de metal como los bigotes de estaño), proceden del filamento o del cable, si proceden del filamento ¿cómo llegaron al cable, y por qué están pegados ahí hoy?

Me estoy pateando por no medir qué extremo estaba conectado a positivo vs negativo cuando podía llegar a todo.

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Kuba Ober Puntos 1474

Son unas fotomicrografías preciosas. Es impresionante ver esas cosas de cerca.

¿Qué son estos pequeños trozos de metal (son bigotes de metal como los bigotes de estaño), provienen del filamento o del alambre?

Tienen forma de bigote, pero no crecieron de la escritura. Los átomos de metal se sublimaron de la parte caliente del filamento, probablemente en forma de iones, y se recondensaron en el alambre frío.

La distribución del campo eléctrico alrededor del alambre presenta grandes gradientes donde hay rasgos afilados. Imagino que esto provocaba que los bigotes crecieran con preferencia a otras formas: los gradientes del campo eléctrico son mayores en la punta de los bigotes.

si del filamento ¿cómo llegaron al alambre, y por qué están pegados allí hoy?

Una vez que el filamento está lo suficientemente caliente, los átomos de metal tienen una oportunidad razonable de liberarse. Se convierten en una nube, al menos parcialmente ionizada, que rodea al filamento y que se recondensará alegremente sobre cualquier cosa más fría que se encuentre en las proximidades.

La distribución del campo eléctrico entre el filamento y el alambre seguramente afecta a cómo y dónde se depositan.

Me estoy pateando por no medir qué extremo estaba conectado a positivo vs negativo cuando podía llegar a todo.

¡Tienes una buena corazonada!

Cuando el filamento está caliente, también hay suficientes electrones liberados del filamento que actúa como un cátodo caliente en un diodo de vacío. Si se aplica un alto voltaje pulsado a través del filamento - por ejemplo, si se conduce el filamento con una forma de onda PWM estrecha y de alta amplitud - la bombilla actúa como un diodo de vacío de avalancha. Se rompe, con un arco visible.

Por eso no podemos alimentar bombillas con formas de onda PWM de amplitud arbitraria, aunque térmicamente el filamento no tenga ningún problema. Una bombilla en funcionamiento es un poco como un diodo de túnel conectado a través de la resistencia del filamento.

El filamento está rodeado por una nube de electrones de emisión catódica caliente, a la que se añaden algunos átomos e iones metálicos neutros. Pero hay muchos más electrones.

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fraxinus Puntos 69

Se trata de un bombilla halógena de tungsteno ¿No es así?

Las bombillas normales (tungsteno + gas inerte o vacío) no tienen estos cristales. Su cristal se vuelve uniformemente negro hasta que una cantidad suficiente de tungsteno migra del filamento y entonces fallan.

Las bombillas halógenas, en cambio, tienen el ciclo halógeno que devuelve parte del tungsteno al filamento.

Esto es bueno - el filamento puede ser conducido a una temperatura más alta con el fin de ser más eficiente y aún así tener una vida útil más larga. El proceso incluso se autorregula hasta cierto punto, al poner más tungsteno en la parte más caliente (es decir, la más fina) del filamento.

El ciclo halógeno transporta también parte del material a las partes metálicas del interior de la bombilla. Allí, el crecimiento de los cristales es más lento y permite construir cristales grandes y visibles.

A diferencia de la imagen de la respuesta de @Kuba, no creo que los campos eléctricos tengan algún efecto. En primer lugar, no son tan intensos. La foto parece una bombilla de faro de 12V donde toda la espiral del filamento mide ~5mm. Los cristales en el alambre de la izquierda parecen más o menos uniformemente extendidos. La parte inferior del filamento está conectada a este cable, por lo que cabría esperar un campo mucho más débil que en el otro extremo. Y la temperatura no es lo suficientemente alta como para crear iones. La evaporación va como átomos enteros y neutros.

p.d. El filamento en sí tiene un aspecto diferente del nuevo, su superficie presenta rasgos visibles distintivos. Son un artefacto el mismo proceso, porque la evaporación favorece los cristales pequeños y la deposición del material de nuevo favorece los cristales grandes. ( Esto ocurre casi siempre con los cristales, sea cual sea el proceso exacto que facilita la transferencia de material. ) Como resultado, los cristales pequeños se encogen y los cristales más grandes crecen hasta que tenemos cristales de tamaño visible en la superficie del alambre.


p.d.2 Si te fijas bien, dendritas no crecen sólo con el apoyo de la izquierda. También en el derecho se observa una pequeña cantidad. La explicación más sencilla es que su crecimiento depende de la temperatura.

El crecimiento de cristales dendríticos es un fenómeno bien conocido en electroquímica y constituyen un importante modo de fallo de muchos tipos de baterías. Pero nunca crecen fuera del electrodo positivo.

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Tim Williams Puntos 51

Otros han explicado a grandes rasgos los mecanismos en juego, así que me referiré a la única peculiaridad observada: el crecimiento en la varilla de conexión / electrodo.

Esto puede deberse simplemente a que, al ser más largo, se calienta más hacia el final, y participa así en el ciclo halógeno.

Los cables suelen ser de molibdeno, por lo que son razonablemente buenos conductores (eléctricos y térmicos), pero uno largo tendrá un mayor aumento de temperatura al final. Probablemente también aumente la temperatura a lo largo de su longitud, debido en parte a la radiación del filamento adyacente y quizás también a la convección a través del gas tenue.

Esto parece confirmarse, al menos en parte, por el hecho de que la cantidad de crecimiento varía con la posición, siendo menor en la parte superior (extremo frío hacia la base de cristal); también parece haber un elemento de línea de visión, de ahí la mayor deposición adyacente al filamento. (¿O tal vez en realidad no se trata de mucho más material, sino que los depósitos resultan ser de naturaleza más alta y escamosa aquí?) La presión en el interior de estas bombillas no es exactamente un vacío absoluto, pero puede ser lo suficientemente baja como para ver un gradiente de concentración incluso en esta corta distancia.

Y, el otro electrodo tiene efectivamente una cantidad muy pequeña de crecimiento en él. Así que es al menos seguro decir, que no es puramente un tipo de reacción electrolítica.

Y, ese es más o menos el límite de mis conocimientos sobre este tema. No sé de antemano si la emisión termoiónica o la conductividad iónica desempeñan algún papel en el ciclo del halógeno. Sin duda hay átomos y moléculas presentes que podría ionizarse (ya sea por descarga eléctrica o por disociación térmica). Incluso si está presente, no parece ser el mecanismo de transporte de material dominante, al menos.

El sodio, por ejemplo, se ioniza fácilmente incluso a temperaturas de llama suaves, de ahí el omnipresente resplandor naranja del sodio cuando se ponen cosas en el fuego (inevitablemente hay restos de sodio en las cosas, por diversas razones: sudor, polvo, agua, etc.).

Pero no se trata de lámparas de sodio, y no sé cuáles son los potenciales de ionización o las constantes de disociación de las especies implicadas. Es posible que se trate de moléculas bastante estables, que sólo se descomponen autocatalíticamente en superficies metálicas calientes (¡y a temperaturas bastante altas!). Si tienes más curiosidad en este sentido, quizá la Pila de Química tenga alguna idea al respecto.

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