В американском городе Ливермор, штат Калифорния, находится необычная электрическая лампа. Её ввернули в патрон ещё в 1901 году, и с того момента она светит без остановки. Это мировой рекорд, занесённый в Книгу рекордов Гиннесса. Над этой диковинкой, висящей в пожарном депо №6, установлена веб-камера и любой желающий может увидеть её в интернете. Как же такое возможно?
Главная причина, по которой обычные лампы перегорают, — это постепенное разрушение вольфрамовой нити. Чтобы получить яркий свет, нить приходится раскалять почти до температуры плавления вольфрама (около 3300°C). В таких условиях атомы металла начинают колебаться с огромной амплитудой, некоторые из них отрываются от поверхности и оседают на стенках колбы. Нить становится тоньше, в самом слабом месте температура подскакивает выше точки плавления, и нить рвётся. Логично предположить, что для долговечности нить нужно делать толще. Но тогда для сохранения прежнего сопротивления придётся наращивать её длину. Увеличение диаметра вдвое потянет за собой восьмикратный рост массы вольфрама. А вольфрам — металл дорогой, поэтому современные производители экономят на нём как могут (будьте они неладны, эти менеджеры-оптимизаторы).
Однако есть и другая, менее известная причина выхода ламп из строя. Оказывается, разогретое стекло колбы понемногу пропускает газы. Существуют справочные таблицы с данными для разных стёкол и газов. Например, квадратный сантиметр стекла толщиной в миллиметр при нагреве до 600°C пропускает за секунду при разнице давления в 1 мм рт. ст. около 6,5×10⁻¹² кубических сантиметров азота (главной составляющей воздуха). Если прикинуть температуру колбы обычной 40-ваттной лампочки, у которой площадь поверхности около 200 см², а площадь вольфрамовой нити — примерно 0,3 см² (разница в 660 раз), и воспользоваться расчётами по закону Стефана — Больцмана, учитывая, что инфракрасное излучение греет колбу (видимый свет даёт не более 3% энергии), получится температура колбы порядка 400°C. Любой может это проверить, дотронувшись до горящей лампочки. Далее, если взять толщину стекла 0,5 мм, перепад давления 760 мм рт. ст. и промежуток в год, то через колбу проникнет около 4–5 см³ газа. За несколько лет, даже если нить не перегорит сама, лампа наполнится воздухом, возникнет газовый разряд и начнётся ионная бомбардировка нити, из-за чего она истончится ещё быстрее.
Следовательно, чтобы создать действительно долговечную лампу накаливания, нужно три вещи: взять толстую вольфрамовую нить, увеличить площадь поверхности колбы (тогда она будет холоднее, и газ будет проникать медленнее) и сделать стенки колбы потолще.
Судя по всему, именно эти условия и были соблюдены в лампе-рекордсменке. Сегодняшние же производители не хотят следовать этим правилам. Во-первых, из жадности: им жалко тратить больше вольфрама и стекла. Во-вторых, им просто невыгодно выпускать «вечные» лампочки. Заполнишь рынок такими лампами — и останешься без прибыли (капитализм к такому не приспособлен: он живёт постоянной гонкой, а без бесконечного расширения задыхается). А ведь достаточно хоть немного увеличить длину и толщину настоящей вольфрамовой нити (не такой, как сейчас делают) и чуть утолщить стекло — и лампы будут служить веками, как чугунный мост. Только кому это сегодня нужно, кроме простых людей?