نقرة زر التبديل - وتغيرت الغرفة المظلمة على الفور ، وأصبحت تفاصيل أصغر العناصر الداخلية مرئية. هذه هي الطريقة التي تنتشر بها الطاقة من جهاز صغير على الفور ، مما يغمر كل شيء بالضوء. ما الذي يجعلك تصنع مثل هذا الإشعاع القوي؟ الجواب مخفي باسم جهاز الانارة وهو ما يسمى بالمصباح المتوهج
تاريخ إنشاء عناصر الإضاءة الأولى
تعود أصول أول المصابيح المتوهجة إلى بداية القرن التاسع عشر. أو بالأحرى ، ظهر المصباح بعد ذلك بقليل ، لكن تم بالفعل ملاحظة تأثير توهج قضبان البلاتين والكربون تحت تأثير الطاقة الكهربائية. نشأ سؤالان صعبان أمام العلماء:
- إيجاد مواد عالية المقاومة قادرة على التسخين تحت تأثير التيار إلى حالة انبعاث الضوء ؛
- منع الاحتراق السريع للمواد في الهواء.
البحث واختراعات العالم الروسي الكسندر نيكولايفيتش لودين والأمريكي توماس اديسون.
اقترح Lodygin استخدام قضبان الكربون كعنصر متوهج ، والتي كانت في دورق مغلق. كان عيب التصميم هو صعوبة ضخ الهواء ، حيث ساهمت بقاياه في الاحتراق السريع للقضبان. لكن مع ذلك ، أحرقت مصابيحه لعدة ساعات ، وأصبحت التطورات وبراءات الاختراع أساسًا لإنشاء أجهزة أكثر متانة.
العالم الأمريكي توماس إديسون ، بعد أن اطلع على أعمال لودين ، صنع قارورة فراغ فعالة ، وضع فيها خيطًا كربونيًا مصنوعًا من ألياف الخيزران. قدم Edison أيضًا لقاعدة المصباح وصلة ملولبة متأصلة في المصابيح الحديثة ، واخترع العديد من العناصر الكهربائية ، مثل: قابس ، وفتيل ، ومفتاح دوار ، وغير ذلك الكثير. كانت كفاءة المصباح المتوهج Edison صغيرًا ، على الرغم من أنه يمكن أن يعمل حتى 1000 ساعة من الوقت ويستخدم عمليًا.
بعد ذلك ، بدلاً من عناصر الكربون ، تم اقتراح استخدام المعادن المقاومة للصهر. كما تم تسجيل براءة اختراع خيوط التنغستن المستخدمة في المصابيح المتوهجة الحديثة من قبل Lodygin.
الجهاز ومبدأ تشغيل المصباح
تصميم المصباح المتوهج لم يتغير جذريًا لأكثر من مائة عام. يتضمن:
- دورق محكم الإغلاق يحيط بمساحة العمل ومملوء بغاز خامل.
- القاعدة التي بهاشكل حلزوني. إنه يعمل على تثبيت المصباح في المقبس وتوصيله كهربائيًا بالأجزاء الحاملة للتيار.
- الموصلات التي تجري تيارًا من القاعدة إلى اللولب وتمسكه.
- حلزوني ساطع ، يؤدي تسخينه إلى انبعاث طاقة ضوئية.
عندما يمر تيار كهربائي عبر ملف ، فإنه يسخن على الفور إلى أعلى درجات حرارة تصل إلى 2700 درجة. هذا يرجع إلى حقيقة أن اللولب لديه مقاومة تيار كبيرة ويتم إنفاق الكثير من الطاقة للتغلب على هذه المقاومة ، والتي يتم إطلاقها كحرارة. تسخن الحرارة المعدن (التنجستن) ، ويبدأ في إصدار فوتونات من الضوء. نظرًا لحقيقة أن القارورة لا تحتوي على الأكسجين ، فإن التنغستن لا يتأكسد أثناء التسخين ولا يحترق. يحافظ الغاز الخامل على جزيئات المعدن الساخن من التبخر.
ما هي كفاءة المصباح المتوهج
تُظهر الكفاءة النسبة المئوية من الطاقة المستهلكة التي يتم تحويلها إلى عمل مفيد ، وما هو غير ذلك. في حالة المصباح المتوهج ، تكون الكفاءة منخفضة ، حيث يتم إصدار 5-10٪ فقط من الطاقة للضوء ، ويتم إطلاق الباقي كحرارة.
كانت كفاءة المصابيح المتوهجة الأولى ، حيث كان قضيب الكربون بمثابة الفتيل ، أقل مقارنة بالأجهزة الحديثة. هذا بسبب الخسائر الإضافية بسبب الحمل الحراري. تحتوي الخيوط الحلزونية على نسبة أقل من هذه الخسائر.
تعتمد كفاءة المصباح المتوهج بشكل مباشر على درجة حرارة تسخين اللولب. كمعيار ، يتم تسخين ملف مصباح 60 واط حتى 2700 درجة مئوية ، فيهذه الكفاءة 5٪ فقط. من الممكن زيادة قيمة التسخين إلى 3400 درجة مئوية عن طريق زيادة الجهد ، لكن هذا سيقلل من عمر الجهاز بأكثر من 90٪ ، على الرغم من أن المصباح سوف يلمع أكثر وستزيد الكفاءة إلى 15٪.
من الخطأ الاعتقاد بأن زيادة طاقة المصباح (100 ، 200 ، 300 واط) تؤدي إلى زيادة الكفاءة فقط بسبب زيادة سطوع الجهاز. بدأ المصباح يلمع أكثر بسبب القوة الأكبر للولب نفسه ، ونتيجة لإخراج ضوء أكبر. لكن تكاليف الطاقة زادت أيضًا. لذلك ، فإن كفاءة المصباح المتوهج 100 وات ستكون أيضًا في حدود 5-7٪.
أصناف من المصابيح المتوهجة
تأتي المصابيح المتوهجة في تصميمات مختلفة وأغراض وظيفية. وهي مقسمة إلى تركيبات الإضاءة:
- الاستخدام العام. وتشمل هذه المصابيح للاستخدام المنزلي للطاقة المختلفة ، والمصممة لجهد التيار الكهربائي 220 فولت.
- تصميم زخرفي. لديهم أنواع غير قياسية من القوارير على شكل شموع وكريات وأشكال أخرى.
- نوع الإضاءة. مصابيح ملونة منخفضة الطاقة للإضاءة الملونة.
- وجهة محلية. أجهزة الجهد الآمن حتى 40 فولت ، يتم استخدامها على طاولات الإنتاج ، لإضاءة أماكن عمل الأدوات الآلية.
- مرآة مطلية. مصابيح تولد ضوء اتجاهي.
- نوع الإشارة. يُستخدم للعمل في لوحات العدادات الخاصة بالأجهزة المختلفة.
- للنقل. مجموعة واسعة من المصابيح ذات مقاومة وموثوقية متزايدة للتآكل. يتميز بتصميم سهل الاستخدام للاستبدال السريع.
- للأضواء. مصابيح ذات قدرة متزايدة تصل إلى 10000 وات.
- للأجهزة البصرية. مصابيح لأجهزة عرض الأفلام والأجهزة المماثلة
- العاكس. تستخدم كأجزاء من العرض الرقمي لأدوات القياس.
الجوانب الإيجابية والسلبية للمصابيح الفتيلية
أجهزة الإضاءة من النوع المتوهج لها خصائصها الخاصة. تشمل الإيجابيات:
- الاشتعال الفوري للملف
- سلامة البيئة
- حجم صغير
- السعر العادل
- القدرة على إنشاء أجهزة ذات طاقة مختلفة وجهد تشغيل لكل من التيار المتردد والتيار المستمر ؛
- براعة التطبيق
إلى سلبي:
- مصباح وهاج منخفض الكفاءة
- القابلية للارتفاعات المفاجئة في الطاقة المنقذة للحياة ؛
- ساعات عمل قصيرة لا تتجاوز 1000 ؛
- خطر الحريق من المصابيح بسبب التسخين القوي للمصباح ؛
- تصميم هش.
أنواع أخرى من تركيبات الإضاءة
توجد مصابيح إضاءة يختلف مبدأها اختلافًا جوهريًا عن تشغيل المصابيح المتوهجة. وتشمل هذه تفريغ الغاز ومصابيح LED.
يوجد الكثير من مصابيح التفريغ القوسي أو الغازي ، لكنها تعتمد جميعها على وهج الغاز عند حدوث قوس بين الأقطاب الكهربائية. يحدث التوهج في الطيف فوق البنفسجي ، والذي يتحول بعد ذلك إلى مرئي للعين البشرية.بالمرور عبر طلاء الفوسفور
تتضمن العملية التي تحدث في مصباح تفريغ الغاز مرحلتين من العمل: إنشاء تفريغ قوسي وصيانة تأين وتوهج الغاز في المصباح. لذلك ، جميع أنواع تركيبات الإضاءة هذه لديها نظام تحكم حالي. تتمتع الأجهزة الفلورية بكفاءة أعلى من المصابيح المتوهجة ، ولكنها غير آمنة لأنها تحتوي على بخار الزئبق.
أجهزة إضاءة LED من أحدث الأنظمة. كفاءة المصباح المتوهج ومصباح LED لا تضاهى. في الأخير تصل إلى 90٪. يعتمد مبدأ تشغيل LED على توهج نوع معين من أشباه الموصلات تحت تأثير الجهد.
ما لا تحبه المصباح المتوهج
سيتم تقصير عمر المصباح المتوهج العادي إذا:
- الجهد في الشبكة مبالغ فيه باستمرار عن الجهد الاسمي ، الذي تم تصميم جهاز الإضاءة من أجله. ويرجع ذلك إلى زيادة درجة حرارة التشغيل لجسم التسخين ، ونتيجة لذلك ، زيادة تبخر السبيكة المعدنية ، مما يؤدي إلى فشلها. على الرغم من أن كفاءة المصباح المتوهج ستكون أكبر.
- هز المصباح بحدة أثناء التشغيل. عندما يتم تسخين المعدن إلى حالة قريبة من الذوبان ، وتقل المسافة بين لفات اللولب بسبب تمدد المادة ، يمكن أن تؤدي أي حركة ميكانيكية مفاجئة إلى دائرة غير مرئية للعين. هذا يقلل من المقاومة الكلية للملف للتيار ، ويساهم في تسخينه وسرعة أكبرالإرهاق.
- سيحصل الماء على القارورة الساخنة. يحدث اختلاف في درجة الحرارة عند نقطة التأثير ، مما يؤدي إلى كسر الزجاج.
- المس أصابعك على لمبة مصباح الهالوجين. مصباح الهالوجين هو نوع من المصابيح المتوهجة ، ولكن لديه ضوء أعلى بشكل ملحوظ ومخرج حراري. عند لمسها ، تبقى بقعة دهنية غير مرئية من الإصبع على القارورة. تحت تأثير درجة الحرارة ، تحترق الدهون مكونة رواسب كربونية تمنع انتقال الحرارة. نتيجة لذلك ، عند نقطة التلامس ، يبدأ الزجاج في الذوبان وقد ينفجر أو ينتفخ ، مما يؤدي إلى تعطيل نظام الغاز بالداخل ، مما يؤدي إلى احتراق اللولب. مصابيح الهالوجين المتوهجة ذات كفاءة أعلى من المصابيح العادية.
كيفية تغيير المصباح
إذا احترق المصباح ، لكن المصباح لم ينهار ، فيمكنك استبداله بعد أن يبرد تمامًا. في هذه الحالة ، قم بإيقاف تشغيل الطاقة. عند شد المصباح لا تحتاج العينان للتوجيه في اتجاهه خاصة اذا لم يكن من الممكن فصل الكهرباء.
عندما تنفجر اللمبة ، لكنها تحتفظ بشكلها ، يُنصح بأخذ قطعة قماش قطنية ، وطيها في عدة طبقات ، ولفها حول المصباح ، وحاول إزالة الزجاج. بعد ذلك ، باستخدام الزردية ذات المقابض المعزولة ، قم بفك القاعدة بعناية والمسمار في مصباح جديد. يجب تنفيذ جميع العمليات مع انقطاع التيار الكهربائي.
الخلاصة
على الرغم من حقيقة أن كفاءة المصباح المتوهج هي نسبة صغيرة ولديه المزيد والمزيد من المنافسين ، إلا أنه مهم في العديد من مجالات الحياة. حتى أن هناك أقدم مصباح كهربائي ، يعمل باستمرار لأكثر من مائة عام.أليس هذا تأكيدًا واستمرارًا لعبقرية فكر شخص يسعى لتغيير العالم؟
