टंगस्टन फिलामेंट के ऑक्सीकरण को रोकने के लिए इलेक्ट्रिक बल्बों में आमतौर पर किस गैस का उपयोग किया जाता है?

Question

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The correct answer is B: नाइट्रोजन. इलेक्ट्रिक बल्बों को नाइट्रोजन या आर्गन जैसी अक्रिय या निष्क्रिय गैसों से भरा जाता है ताकि टंगस्टन फिलामेंट को जलने से बचाया जा सके। उच्च तापमान पर, टंगस्टन ऑक्सीजन के साथ आसानी से प्रतिक्रिया करके टंगस्टन ऑक्साइड बनाता है, जिससे फिलामेंट भंगुर हो जाता है और अंततः टूट जाता है।

Step-by-Step Solution & Concepts:
इलेक्ट्रिक बल्बों को नाइट्रोजन या आर्गन जैसी अक्रिय या निष्क्रिय गैसों से भरा जाता है ताकि टंगस्टन फिलामेंट को जलने से बचाया जा सके। उच्च तापमान पर, टंगस्टन ऑक्सीजन के साथ आसानी से प्रतिक्रिया करके टंगस्टन ऑक्साइड बनाता है, जिससे फिलामेंट भंगुर हो जाता है और अंततः टूट जाता है।

Working Principle: संचालन के दौरान फिलामेंट $2000^{\circ}	ext{C}$ से अधिक तापमान तक पहुँच जाता है। ऑक्सीजन ($O_2$) की उपस्थिति में, ऑक्सीकरण होता है: $2W + 3O_2 ightarrow 2WO_3$। बल्ब को नाइट्रोजन ($N_2$) या आर्गन ($Ar$) जैसी अक्रिय गैस से भरकर, प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन की सांद्रता को कम किया जाता है, जो प्रभावी रूप से टंगस्टन धातु के दहन और उर्ध्वपातन को रोकता है।

Key Formulas: $2W + 3O_2 ightarrow 2WO_3$ — टंगस्टन (W) की ऑक्सीकरण प्रक्रिया को दर्शाता है जो फिलामेंट की विफलता का कारण बनता है।

Key Points: टंगस्टन का उपयोग इसके अत्यधिक उच्च गलनांक (लगभग $3422^{\circ}	ext{C}$) के कारण फिलामेंट के लिए किया जाता है।; बल्ब की परिचालन स्थितियों में नाइट्रोजन और आर्गन रासायनिक रूप से निष्क्रिय (अक्रिय) होते हैं।; संरचनात्मक तनाव को संतुलित करने के लिए फिलामेंट बल्ब के अंदर दबाव को अक्सर अक्रिय गैसों का उपयोग करके वायुमंडलीय दबाव से थोड़ा कम या उसके बराबर रखा जाता है।

Advantages: टंगस्टन फिलामेंट के जीवनकाल को काफी बढ़ा देता है।; फिलामेंट धातु के तेजी से वाष्पीकरण/उर्ध्वपातन को रोकता है।

Disadvantages: अक्रिय गैस भरने से संवहन (convection) के माध्यम से गर्मी का नुकसान होता है, जो वैक्यूम की तुलना में प्रकाश दक्षता को थोड़ा कम कर देता है।

Applications: इनकैंडेसेंट (तापदीप्त) बल्ब; हैलोजन लैंप तकनीक

Additional Info: अधिक वाट क्षमता वाले बल्बों के लिए नाइट्रोजन की तुलना में आर्गन को अक्सर प्राथमिकता दी जाती है क्योंकि इसकी तापीय चालकता कम होती है, जिससे गर्मी का नुकसान और कम होता है।. ऑक्सीजन (विकल्प C) फिलामेंट को ऑक्सीकृत करके तुरंत जला देगी। हाइड्रोजन (विकल्प A) उच्च तापमान पर अत्यधिक ज्वलनशील और प्रतिक्रियाशील होती है। कार्बन डाइऑक्साइड (विकल्प D) गर्म टंगस्टन के साथ प्रतिक्रिया करके टंगस्टन कार्बाइड बनाएगी।

Answer: B सही है — नाइट्रोजन एक अक्रिय गैस है जो गर्म टंगस्टन फिलामेंट के लिए एक सुरक्षात्मक, गैर-प्रतिक्रियाशील वातावरण बनाती है।

Exam Tip: प्रतियोगी परीक्षाओं में, याद रखें कि उत्कृष्ट गैसें (समूह 18) सबसे अधिक अक्रिय होती हैं, लेकिन नाइट्रोजन ($N_2$) का उपयोग भी उद्योगों में इसके मजबूत ट्रिपल बॉन्ड ($N \equiv N$) के कारण व्यापक रूप से किया जाता है, जो इसे मानक स्थितियों में अपेक्षाकृत अक्रियाशील बनाता है।

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Option A: हाइड्रोजन

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Option C: ऑक्सीजन

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Option D: कार्बन डाइऑक्साइड

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