سوئیچ را تکان دهید - و اتاق تاریک بلافاصله تغییر کرد، جزئیات کوچکترین عناصر داخلی نمایان شد. اینگونه است که انرژی یک دستگاه کوچک فوراً پخش می شود و همه چیز اطراف را غرق نور می کند. چه چیزی باعث می شود چنین تشعشع قدرتمندی ایجاد کنید؟ پاسخ در نام دستگاه روشنایی پنهان است که به آن لامپ رشته ای می گویند.
تاریخچه ایجاد اولین عناصر روشنایی
منشا اولین لامپ های رشته ای به اوایل قرن نوزدهم برمی گردد. یا بهتر است بگوییم، لامپ کمی دیرتر ظاهر شد، اما اثر درخشش میله های پلاتین و کربن تحت تأثیر انرژی الکتریکی قبلاً مشاهده شده است. دو سوال دشوار در برابر دانشمندان مطرح شد:
- پیدا کردن مواد با مقاومت بالا با قابلیت گرم شدن تحت تأثیر جریان تا حالت گسیل نور؛
- جلوگیری از احتراق سریع مواد در هوا.
تحقیق واختراعات دانشمند روسی الکساندر نیکولاویچ لودیگین و توماس ادیسون آمریکایی.
Lodygin استفاده از میله های کربنی را به عنوان یک عنصر رشته ای پیشنهاد کرد که در یک فلاسک مهر و موم شده قرار داشتند. نقطه ضعف طراحی دشواری پمپاژ هوا بود که بقایای آن به احتراق سریع میله ها کمک می کرد. اما با این حال، لامپ های او برای چندین ساعت سوختند و پیشرفت ها و ثبت اختراعات مبنایی برای ایجاد دستگاه های بادوام تر شد.
دانشمند آمریکایی توماس ادیسون پس از آشنایی با کارهای Lodygin، فلاسک خلاء مؤثری ساخت که در آن یک نخ کربن ساخته شده از الیاف بامبو قرار داد. ادیسون همچنین پایه لامپ را با اتصال رشته ای که در لامپ های مدرن وجود دارد فراهم کرد و بسیاری از عناصر الکتریکی مانند: دوشاخه، فیوز، کلید چرخشی و موارد دیگر را اختراع کرد. بازده لامپ رشته ای ادیسون کم بود، اگرچه می توانست تا 1000 ساعت کار کند و مورد استفاده عملی قرار گرفت.
متعاقباً به جای عناصر کربنی، استفاده از فلزات نسوز پیشنهاد شد. رشته تنگستن مورد استفاده در لامپ های رشته ای مدرن نیز توسط Lodygin به ثبت رسیده است.
دستگاه و اصل کارکرد لامپ
طراحی یک لامپ رشته ای بیش از صد سال است که اساساً تغییر نکرده است. شامل:
- یک فلاسک مهر و موم شده که فضای کار را محدود می کند و با گاز بی اثر پر می شود.
- ازاره که داردشکل مارپیچی این برای نگه داشتن لامپ در پریز و اتصال الکتریکی آن به قطعات حامل جریان است.
- هادی هایی که جریان را از پایه به مارپیچ هدایت می کنند و آن را نگه می دارند.
- مارپیچ رشته ای که گرم شدن آن باعث انتشار انرژی نور می شود.
هنگامی که جریان الکتریکی از یک سیم پیچ عبور می کند، فوراً تا بالاترین دما تا 2700 درجه گرم می شود. این به این دلیل است که مارپیچ دارای مقاومت جریان زیادی است و انرژی زیادی برای غلبه بر این مقاومت صرف می شود که به صورت گرما آزاد می شود. گرما فلز (تنگستن) را گرم می کند و شروع به ساطع فوتون های نور می کند. با توجه به اینکه فلاسک حاوی اکسیژن نیست، تنگستن در هنگام گرم شدن اکسید نمی شود و نمی سوزد. یک گاز بی اثر از تبخیر ذرات فلز داغ جلوگیری می کند.
کارایی لامپ رشته ای چقدر است
کارایی نشان می دهد که چند درصد از انرژی مصرف شده به کار مفید تبدیل می شود و چه چیزی نیست. در مورد یک لامپ رشته ای، راندمان پایین است، زیرا تنها 5-10٪ از انرژی صرف انتشار نور می شود، بقیه به صورت گرما آزاد می شود.
کارایی اولین لامپ های رشته ای، که در آن میله کربن به عنوان رشته عمل می کرد، در مقایسه با دستگاه های مدرن حتی کمتر بود. این به دلیل تلفات اضافی ناشی از همرفت است. فیلامنت های مارپیچی درصد کمتری از این تلفات را دارند.
کارایی یک لامپ رشته ای به طور مستقیم به دمای گرمایش مارپیچ بستگی دارد. به طور استاندارد، یک سیم پیچ لامپ 60 وات تا 2700 درجه سانتیگراد گرم می شود.این بازده تنها 5 درصد است. با افزایش ولتاژ می توان مقدار گرمایش را تا 3400 ºC افزایش داد، اما این کار باعث کاهش بیش از 90٪ طول عمر دستگاه می شود، اگرچه لامپ روشن تر می درخشد و راندمان تا 15٪ افزایش می یابد..
این تصور اشتباه است که افزایش قدرت لامپ (100، 200، 300 وات) تنها به دلیل افزایش روشنایی دستگاه منجر به افزایش راندمان می شود. لامپ به دلیل قدرت بیشتر خود مارپیچ و در نتیجه خروجی نور بیشتر شروع به درخشش شدیدتر کرد. اما هزینه های انرژی نیز افزایش یافته است. بنابراین، راندمان یک لامپ رشته ای 100 وات نیز در محدوده 5-7٪ خواهد بود.
انواع لامپ های رشته ای
لامپ‌های رشته‌ای در طرح‌ها و اهداف کاربردی مختلف عرضه می‌شوند. آنها به وسایل روشنایی تقسیم می شوند:
- کاربرد عمومی. اینها شامل لامپهایی برای مصارف خانگی با توانهای مختلف است که برای ولتاژ شبکه 220 ولت طراحی شده است.
- طراحی تزئینی. آنها انواع فلاسک های غیر استاندارد به شکل شمع، کره و اشکال دیگر دارند.
- نوع روشنایی. لامپ های رنگی کم مصرف برای نورهای رنگارنگ.
- مقصد محلی. دستگاه های ولتاژ ایمن تا 40 ولت. آنها در میزهای تولید برای روشن کردن محل کار ماشین ابزار استفاده می شوند.
- روکش آینه. لامپ هایی که نور جهت ایجاد می کنند.
- نوع سیگنال. برای کار در داشبورد دستگاه های مختلف استفاده می شود.
- برای حمل و نقل. طیف گسترده ای از لامپ ها با افزایش مقاومت در برابر سایش و قابلیت اطمینان. دارای طراحی کاربرپسند برای تعویض سریع.
- برای نورافکن. لامپ های با قدرت افزایش یافته، تا 10000 وات.
- برای دستگاه های نوری. لامپ برای فیلم پروژکتورها و دستگاه های مشابه.
- Commutator. به عنوان بخش هایی از صفحه نمایش دیجیتال ابزار اندازه گیری استفاده می شود.
جنبه های مثبت و منفی لامپ های رشته ای
دستگاه های روشنایی نوع رشته ای ویژگی های خاص خود را دارند. نکات مثبت عبارتند از:
- اشتعال فوری سیم پیچ؛
- ایمنی محیط زیست؛
- سایز کوچک؛
- قیمت منصفانه؛
- قابلیت ایجاد دستگاه هایی با توان و ولتاژ کاری متفاوت AC و DC؛
- تطبیق پذیری برنامه.
به منفی:
- لامپ رشته ای کم بازده؛
- استعداد به نوسانات انرژی نجات دهنده؛
- ساعت کاری کوتاه بیش از 1000;
- خطر آتش سوزی لامپ ها به دلیل گرم شدن شدید لامپ؛
- طراحی شکننده.
سایر انواع وسایل روشنایی
لامپ های روشنایی وجود دارد که اصل آنها با عملکرد لامپ های رشته ای تفاوت اساسی دارد. اینها شامل تخلیه گاز و لامپ های LED می شوند.
تعداد زیادی لامپ تخلیه قوس یا گاز وجود دارد، اما همه آنها بر اساس درخشش گاز هنگام ایجاد قوس بین الکترودها هستند. درخشش در طیف فرابنفش رخ می دهد، که سپس به قابل مشاهده برای چشم انسان تبدیل می شود.با عبور از پوشش فسفری.
فرآیندی که در یک لامپ تخلیه گاز رخ می دهد شامل دو مرحله کار است: ایجاد تخلیه قوس و حفظ یونیزاسیون و درخشش گاز در لامپ. بنابراین، انواع اینگونه وسایل روشنایی دارای سیستم کنترل جریان هستند. دستگاه های فلورسنت کارایی بالاتری نسبت به لامپ های رشته ای دارند، اما ناایمن هستند زیرا حاوی بخار جیوه هستند.
دستگاه های روشنایی LED مدرن ترین سیستم ها هستند. راندمان یک لامپ رشته ای و یک لامپ LED غیر قابل مقایسه است. در دومی به 90 درصد می رسد. اصل کار LED مبتنی بر درخشش نوع خاصی از نیمه هادی تحت تأثیر ولتاژ است.
چیزی که یک لامپ رشته ای دوست ندارد
عمر یک لامپ رشته ای معمولی کوتاه می شود اگر:
- ولتاژ در شبکه به طور مداوم از ولتاژ اسمی، که دستگاه روشنایی برای آن طراحی شده است، بیش از حد اعلام می شود. این به دلیل افزایش دمای عملکرد بدنه گرمایش و در نتیجه افزایش تبخیر آلیاژ فلز است که منجر به خرابی آن می شود. اگرچه راندمان لامپ رشته ای بیشتر خواهد بود.
- لامپ را در حین کار به شدت تکان دهید. هنگامی که فلز به حالت نزدیک به ذوب شدن گرم می شود و فاصله بین چرخش های مارپیچ به دلیل انبساط ماده کاهش می یابد، هر حرکت مکانیکی و ناگهانی می تواند منجر به یک مدار بین چرخشی غیرقابل تشخیص برای چشم شود. این امر مقاومت کلی سیم پیچ در برابر جریان را کاهش می دهد و به گرمایش بیشتر و سریع آن کمک می کندفرسودگی شغلی.
- آب روی فلاسک گرم شده قرار می گیرد. اختلاف دما در نقطه برخورد رخ می دهد که باعث شکستن شیشه می شود.
- انگشتان خود را روی لامپ لامپ هالوژن لمس کنید. لامپ هالوژن نوعی لامپ رشته ای است، اما دارای نور و گرمای قابل توجهی بالاتر است. هنگام لمس، یک لکه چرب نامرئی از انگشت روی فلاسک باقی می ماند. تحت تأثیر دما، چربی می سوزد و رسوبات کربنی ایجاد می کند که از انتقال حرارت جلوگیری می کند. در نتیجه، در نقطه تماس، شیشه شروع به ذوب شدن می کند و ممکن است ترکیده یا متورم شود و رژیم گاز داخل را مختل کند که منجر به فرسودگی مارپیچ می شود. لامپ های رشته ای هالوژن دارای راندمان بالاتری نسبت به لامپ های معمولی هستند.
چگونه لامپ را عوض کنیم
اگر لامپ سوخته است، اما لامپ فرو نریخته است، پس از خنک شدن کامل می توانید آن را تعویض کنید. در این صورت برق را خاموش کنید. هنگام پیچاندن لامپ، نیازی نیست که چشم ها در جهت آن هدایت شوند، به خصوص اگر امکان قطع برق وجود نداشته باشد.
وقتی لامپ ترکید، اما شکل خود را حفظ کرد، توصیه می شود یک پارچه نخی بردارید، آن را در چند لایه تا کنید و با پیچیدن آن به دور لامپ، سعی کنید شیشه را بردارید. در مرحله بعد، با استفاده از انبردست با دسته های عایق، پایه را با دقت باز کنید و یک لامپ جدید را پیچ کنید. همه عملیات باید با خاموش انجام شود.
نتیجه گیری
علی رغم اینکه بازده لامپ رشته ای درصد کمی است و رقبای بیشتری دارد، اما در بسیاری از زمینه های زندگی مطرح است. حتی قدیمی ترین لامپ وجود دارد که بیش از صد سال به طور مداوم کار می کند.آیا این تایید و تداوم نبوغ اندیشه فردی نیست که برای تغییر جهان تلاش می کند؟
