Газовая мантия накаливания , газовая мантия или мантия Вельсбаха — это устройство, генерирующее яркий белый свет лампы накаливания при нагревании пламенем. Название отсылает к первоначальному источнику тепла в газовых фонарях , которые освещали улицы Европы и Северной Америки в конце 19 века. Мантия — это то, как она висит над пламенем, как плащ. Газовые колпаки также использовались в переносных походных фонарях , фонарях под давлением и некоторых масляных лампах. [1]
Газовые мантии обычно продаются в виде тканевого мешка, который из-за пропитки нитратами металлов сгорает, оставляя жесткую, но хрупкую сетку из оксидов металлов при нагревании во время первоначального использования; эти оксиды металлов излучают свет за счет тепла пламени при каждом использовании. Диоксид тория обычно был основным компонентом; будучи радиоактивным , он вызвал опасения по поводу безопасности тех, кто занимается производством мантий. Однако нормальное использование представляет минимальный риск для здоровья. [ нужна ссылка ]
Мантия представляет собой тканевый мешок примерно грушевидной формы, сделанный из шелка, искусственного шелка на основе рами или вискозы . Волокна пропитаны солями металлов; при первом нагревании мантии в пламени волокна сгорают за секунды, а соли металлов превращаются в твердые оксиды, образуя хрупкую керамическую оболочку по форме исходной ткани. Мантия ярко светится в видимом спектре , излучая при этом мало инфракрасного излучения. Оксиды редкоземельных элементов ( церия ) и актинидов ( тория ) в мантии имеют низкую излучательную способность в инфракрасном диапазоне (по сравнению с идеальным черным телом).), но имеют высокую излучательную способность в видимом спектре . Есть также некоторые свидетельства того, что излучение усиливается за счет кандолюминесценции — излучения света продуктами сгорания до того, как они достигнут теплового равновесия. [2] Сочетание этих свойств дает мантию, которая при нагревании пламенем керосина или сжиженного нефтяного газа излучает интенсивное излучение, которое в основном представляет собой видимый свет, с относительно небольшой энергией в нежелательном инфракрасном диапазоне, что увеличивает светоотдачу.
Мантия способствует процессу горения, сохраняя пламя небольшим и удерживая его при более высоких скоростях потока топлива, чем в простой лампе. Концентрация горения внутри мантии улучшает передачу тепла от пламени к мантии. Мантия дает усадку после того, как весь тканевый материал сгорел во время установки, оставив после первого использования очень хрупкую оболочку из оксида керамики.
На протяжении веков искусственный свет создавался с помощью открытого огня. Limelight был изобретен в 1820-х годах, но температура, необходимая для получения видимого света только за счет излучения черного тела, была слишком высокой, чтобы ее можно было использовать на практике для небольших источников света. В конце 19 века несколько изобретателей пытались разработать эффективную альтернативу, основанную на нагреве материала до более низкой температуры, но с использованием излучения дискретных спектральных линий для имитации белого света.
Во многих ранних попытках использовалась платино - иридиевая сетка, пропитанная нитратами металлов , но они не увенчались успехом из-за высокой стоимости этих материалов и их плохой надежности. Первой эффективной мантией стала корзина Кламонда 1881 года, названная в честь ее изобретателя. Это устройство было изготовлено из матрицы оксида магния , которую не нужно было поддерживать каркасом из платиновой проволоки, и было выставлено на выставке Хрустального дворца в 1883 году.