Warum brennt der Glühfaden beim Einschalten durch?

Wissenschaft Physik
#1

Also, ich kenne das so:
Durch das Erhitzen des Metalldrahtes wird das Metall sublimiert, das bedeutet, es wird gasförmig. Dadurch wird der Draht im Laufe der Zeit, aufgrund des stetigen Materialverlusts, immer dünner – bis er durchbrennt. Warum aber brennt der Draht immer nur beim Einschalten der Glühlampe durch? Die Wärme eines Leiters wird nicht nur höher, je größer sein Widerstand ist – auch das Umgekehrte ist der Fall: Je wärmer ein metallischer Leiter ist, desto höher ist sein Widerstand! Ist die Glühlampe für längere Zeit ausgeschaltet, fließt kein Strom in den Glühlampendraht, er ist also kalt. Schaltet man die Lampe ein, fließt also sehr viel mehr Strom durch den ohnehin schon dünnen Draht, da sein Widerstand aufgrund der Kälte nur sehr gering ist!

Und jetzt kommt das, was ich nicht verstehe: Durch den hohen Stromfluss wird der dünne Draht so stark erwärmt, dass er durchbrennt.

ABER: Der Draht hat doch kaum Widerstand, das heißt, er dürfte doch eigentlich nicht so stark erwärmt werden!
(Normalerweise, so wie beim Heizwiderstand, erfolgt die Erwärmung ja dadurch, dass ein Leiter mit besonders hohem Widerstand von Strom durchflossen wird!)

#2

Also, ich kenne das so:
Durch das Erhitzen des Metalldrahtes wird das Metall
sublimiert, das bedeutet, es wird gasförmig. Dadurch wird der
Draht im Laufe der Zeit, aufgrund des stetigen
Materialverlusts, immer dünner – bis er durchbrennt. Warum
aber brennt der Draht immer nur beim Einschalten der Glühlampe
durch?

Das stimmt nicht, es erweckt vermutlich nur den Eindruck. Ich habe schon mehrmals beobachtet, wie ein bereits defekter Glühfaden weiterleuchtete. Selbst nach kurzzeitigem Ausschalten brannte er weiter.
Das Schutzgas dürfte ionisieren, was mich aber dennoch verwundert, weshalb es dann keinen Kurzschluss gibt.

Gruß

#3

Aha, ok, interessant… Diese Erfahrung habe ich noch nie gemacht.

lg

#4

Moin, HolyWood,

ABER: Der Draht hat doch kaum Widerstand, das heißt, er dürfte
doch eigentlich nicht so stark erwärmt werden!

das heißt vor allem, dass der Strom recht groß wird - von dem hängt die Erwärmung ab.

Was den Draht ruiniert, ist die Leistung P, die hier umgesetzt wird: P = U * I. Die Belastbarkeit des Widerstands (des Drahtes) hängt von der Oberfläche ab, die die Wärme abtransportieren kann. Wird der Draht dünner, verkleinert sich auch die Oberfläche.

Gruß Ralf

#5

Dankeschön, ich bin vor wenigen Minuten selbst darauf gekommen… Eh klar…
Aber trotzdem danke!

lg

#6

Hallo Ralf!

Was den Draht ruiniert, ist die Leistung P, die hier umgesetzt
wird: P = U * I. Die Belastbarkeit des Widerstands (des
Drahtes) hängt von der Oberfläche ab, die die Wärme
abtransportieren kann. Wird der Draht dünner, verkleinert sich
auch die Oberfläche.

Richtig. Aber das erklärt nicht, warum er BEIM EINSCHALTEN kaputt geht.

Grüße

Andreas

#7

Hallo!

Durch das Glühen wird der Draht dünner, aber das dauert lange, manchmal Jahre.

Beim Ein- und Ausschalten wird der arme, altersgeschwächte Draht zusätzlich mechanisch belastet, durch die Dehnung und das Magnetfeld, er ist ja gewendelt.

Wenn er beim Ausschalten kaputt geht, merkt man es nicht, eine kaputte Birne ist genauso dunkel, wie eine ausgeschaltete.

Wenn er beim Einschalten kaputt geht, denkt man: „Warum gehen Glühbirnen immer beim Einschalten kaputt?“

Grüße

Andreas

#8

Hallo Andreas,

Richtig. Aber das erklärt nicht, warum er BEIM EINSCHALTEN
kaputt geht.

…vllt. tritt beim Einschalten eine Spannungsspitze auf und das ist dann die Ursache?

Gruß:
Manni

#9

Hallo,

der Glühfaden wird im Laufe der Zeit dünner. Das geschieht aber nicht gleichmäßig. Manche Stellen werden schneller dünner als andere. Diess Stellen haben dann einen höheren Widerstand als die dickeren. Bei gleichem Stromfluss werden sie also heißer als der Rest, da gemäß P=I²*R dort die Leistung am höchsten ist. Das verstärkt das Dünnerwerden an den schwachen Stellen noch zusätzlich.

Beim Einschalten, wenn der Stromfluß am höchsten ist, erhitzen sich die dünnen Teile schneller als die dicken (mehr Leistung und weniger Wärmekapazität in den dünnen Teilen). Somit hat man beim Einschalten noch einen sehr hohen Stromfluß, weil die dicken Teile noch kalt sind (niedriger Widerstand). Dieser bewirkt in den dünnen Teilen eine so hohe Leistung, dass die Temperatur dort sehr schnell ansteigt und Reißen des Fadens führt.

Ursache ist also die mit fortschreitender Lebensdauer immer ungleichmäßigere Dicke der Wendel, die dadurch immer ungleichmäßigere Aufheizzeit der einzelnen Wendelabschnitte und die damit verbundene überhitzung der ohnehin schwächsten Stellen.

Gruß, Niels

#10

Hallo Manni!

…vllt. tritt beim Einschalten eine Spannungsspitze auf und
das ist dann die Ursache?

Guter Gedanke. Eine Spannungsspitze kann auf jeden Fall zum Durchbrennen führen. Hast du auch eine Idee, welche Ursache die Spannungsspitze haben könnte?

Grüße

Andreas

#11

Hallo Niels!

Nun haben wir ja schon drei verschiedene Erklärungen. Deine scheint mir am plausibelsten.

Grüße

Andreas

#12

Hallo,
Du hast nicht ganz das richtige Brett getroffen - in ‚Elektronik allgemein‘ hättest Du vermutlich von einem der Praktiker eine bessere Antwort bekommen :wink:

Durch das Erhitzen des Metalldrahtes wird das Metall
sublimiert, das bedeutet, es wird gasförmig. Dadurch wird der
Draht im Laufe der Zeit, aufgrund des stetigen
Materialverlusts, immer dünner – bis er durchbrennt.

Ja. Wobei das aber nicht gleichmäßig passiert. Die größte Hitze entsteht an den Stellen des größten Widerstands (die Leistung ist dort am größten, P=I²*R). Das führt dazu, dass genau diese Stellen schneller dünner werden als der Rest, der Widerstand steigt dadurch weiter an, der Vorgang beschleunigt sich… ein Teufelskreis.

Warum aber brennt der Draht immer nur beim Einschalten der Glühlampe
durch?

Das Material der Glühlampe ist ein Kaltleiter. Beim Einschalten fließt ein Strom, der etwa zehnmal so groß ist wie im Betriebszustand. Das führt (wie sonst auch) zum Erwärmen des Glühfadens. Aber eben nicht gleichmäßig - die für den normalen Betriebsstrom noch ausreichend dicken, geschwächten Stellen heizen sich viel schneller auf als der restliche Draht. Und dabei werden sie so stark überhitzt, dass ihre mechanische Haltbarkeit nicht mehr ausreicht (thermische Spannung, Federkraft der Spirale) und der Draht auseinander bricht.

Gruß
loderunner

#13

Moin, Andreas,

Richtig. Aber das erklärt nicht, warum er BEIM EINSCHALTEN
kaputt geht.

weil er ein Kaltleiter ist und deshalb beim Einschalten den meisten Strom zieht - deutlich mehr als zum Zeitpunkt des Ausschaltens.

Gruß Ralf

#14

Hallo Andreas,

Guter Gedanke. Eine Spannungsspitze kann auf jeden Fall zum
Durchbrennen führen. Hast du auch eine Idee, welche Ursache
die Spannungsspitze haben könnte?

Nein, nicht genau.
Mir hat mein PC- Spezi allerdings mal geraten, wegen möglicher Spannungsspitzen beim Einschalten zunächst alle Perpheriegeräte und dann erst den PC einzuschalten.
Das Problem scheint also nicht ganz unbekannt zu sein.

Schönen Tag noch.

Gruß:
Manni

#15

Moin, Manni,

…vllt. tritt beim Einschalten eine Spannungsspitze auf und
das ist dann die Ursache?

das halte ich für sehr unwahrscheinlich. Spannungsspitzen dauern meist nur Millisekunden, das reicht nicht für eine thermische Überlastung.

Gruß Ralf

#16

Hallo,

Mir hat mein PC- Spezi allerdings mal geraten, wegen möglicher
Spannungsspitzen beim Einschalten zunächst alle
Perpheriegeräte und dann erst den PC einzuschalten.

Was ziemlicher Blödsinn ist.

Das Problem scheint also nicht ganz unbekannt zu sein.

Ja. Aber offensichtlicher weder Ursache noch mögliche Abhilfe.

Spannungsspitzen entstehen beim Ausschalten induktiver Verbraucher. Je größer der Strom durch den Verbraucher, desto größer die Spannungsspitze. Ein großer Elektromotor ist ein hübsches Beispiel dafür. Und damit dadurch nichts kaputt geht, gibt es Netzfilter, die die Störung beseitigen sollen.

Aber solche Induktivitäten gibt es natürlich nicht in einem PC oder einem normalen Peripheriegerät. Da ist das Problem früher der hohe Einschaltstrom gewesen (verursacht durch gleichzeitige Aufladung aller Kondensatoren in den Geräten, dazu die Entmagnetisierung der Monitorbildröhre), der zum Auslösen der Sicherung führen konnte. Weshalb man in so einem Fall nicht die Steckdosenleiste komplett eingeschaltet hat, sondern jedes Gerät einzeln. Spannungsspitzen entstehen dabei aber keine, ganz im Gegenteil bricht die Spannung je nach Netzimpedanz kurzzeitig zusammen. Und heutige Geräte machen so was ohnehin nicht mehr.
Gruß
loderunner

#17

es gibt einfach keine Gerechtigkeit. Das ist meine Antwort und DU kriegst den Stern!
Ich geh jetzt grad mal schmollen…

#18

es gibt einfach keine Gerechtigkeit. Das ist meine Antwort und
DU kriegst den Stern!
Ich geh jetzt grad mal schmollen…

Also, wenn Du mir so kommst, will ich den gar nicht. Da hast Du ihn:

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:wink:
Gruß
loderunner

#19

Hallo Nils,

endlich nach den ganzen halbrichtigen Vermutungen eine echt richtige und durchdachte Antwort.
Dafür gibt’s ein Sternchen.

Mach weiter so… :wink:

Viele Grüße,
Jürgen