قلب مفتاح - وغرفة مظلمة في لحظةتحولت تفاصيل أصغر العناصر الداخلية أصبحت مرئية. وهكذا ، تنتشر الطاقة من جهاز صغير على الفور ، وتغمر كل شيء بالضوء. ما الذي يجعلك تصنع مثل هذا الإشعاع القوي؟ الإجابة مخفية باسم وحدة الإضاءة ، والتي تسمى المصباح المتوهج.
تاريخ إنشاء عناصر الإضاءة الأولى
أصول أول المصابيح المتوهجةيعود تاريخه إلى بداية القرن التاسع عشر. وبدلاً من ذلك ، ظهر المصباح بعد ذلك بقليل ، ولكن تمت تجربة تأثير توهج قضبان البلاتين والكربون تحت تأثير الطاقة الكهربائية بالفعل. نشأ سؤالان صعبان أمام العلماء:
- إيجاد مواد ذات مقاومة عالية ، قادرة على التسخين تحت تأثير التيار إلى حالة انبعاث ضوئي ؛
- منع الاحتراق السريع للمواد في الهواء.
كانت أكثر الأبحاث مثمرة في هذا المجال هي أبحاث واختراعات العالم الروسي ألكسندر نيكولايفيتش لودين والأمريكي توماس إديسون.
اقترح Lodygin استخدامه كـقضبان الكربون عنصر الفتيل ، والتي كانت في دورق مختوم. 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 تعرف على نفسهمن خلال أعمال Lodygin ، صنع قارورة فراغ فعالة ، وضع فيها خيطًا كربونيًا مصنوعًا من ألياف الخيزران. كما زود Edison قاعدة المصباح بوصلة ملولبة متأصلة في المصابيح الحديثة ، واخترع العديد من العناصر الكهربائية ، مثل: موصل قابس ، ومصهر ، ومفتاح دوار ، وغير ذلك الكثير. كانت كفاءة مصباح Edison المتوهج صغيرة ، على الرغم من أنه يمكن أن يعمل حتى 1000 ساعة من الوقت وكان يستخدم عمليًا.
بعد ذلك ، بدلاً من عناصر الكربون ، تم اقتراح استخدام معادن مقاومة للصهر. كما تم تسجيل براءة اختراع خيوط التنغستن المستخدمة في المصابيح المتوهجة الحديثة من قبل Lodygin.
الجهاز ومبدأ المصباح
لم يتغير تصميم المصباح المتوهج بشكل جذري لأكثر من مائة عام. ويشمل:
- دورق محكم الغلق يحد من مساحة العمل ويمتلئ بغاز خامل.
- قاعدة لها شكل حلزوني. إنه يعمل على تثبيت المصباح في المقبس وتوصيله كهربائيًا بالأجزاء الحية.
- الموصلات التي تحمل التيار من القاعدة إلى اللولب وتحمله.
- لولب متوهج ينتج عن تسخينه انبعاث طاقة ضوئية.
عندما يمر تيار كهربائي عبر اللولب ،يسخن على الفور حتى أعلى درجات حرارة تصل إلى 2700 درجة. هذا يرجع إلى حقيقة أن الملف يتمتع بمقاومة عالية للتيار 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 أكسجين ، فإن التنغستن لا يتأكسد أثناء التسخين ولا يحترق. يحافظ الغاز الخامل على جزيئات المعدن الساخن من التبخر.
ما هي كفاءة المصباح المتوهج
تظهر الكفاءة كميتم تحويل النسبة المئوية للطاقة المنفقة إلى عمل مفيد ، وما هو غير ذلك. في حالة المصباح المتوهج ، تكون الكفاءة منخفضة ، حيث يذهب 5-10٪ فقط من الطاقة إلى انبعاث الضوء ، ويتم إطلاق الباقي كحرارة.
كفاءة المصابيح المتوهجة الأولى حيث يكون الجسم المتوهجكان قضيب الكربون البارز أصغر حتى من الأجهزة الحديثة. هذا بسبب الخسائر الإضافية بسبب الحمل الحراري. تحتوي الخيوط الملفوفة على نسبة أقل من هذه الخسائر.
كفاءة المصباح المتوهج تعتمد بشكل مباشر علىلفائف التسخين. كمعيار ، يتم تسخين المصباح الحلزوني 60 وات حتى 2700 درجة مئوية ، بينما تبلغ الكفاءة 5 ٪ فقط. يمكنك رفع قيمة التسخين إلى 3400 درجة مئوية عن طريق زيادة الجهد ، لكن هذا سيقلل من عمر الجهاز بأكثر من 90٪ ، على الرغم من أن المصباح سيضيء أكثر ، وستزيد الكفاءة إلى 15٪.
من الخطأ الاعتقاد بأن زيادة طاقة المصباح(100 ، 200 ، 300 وات) يؤدي إلى زيادة الكفاءة فقط بسبب زيادة سطوع الجهاز. بدأ المصباح يلمع بشكل أكثر إشراقًا نظرًا للقوة الأكبر للولب نفسه ، وبسبب ناتج الضوء الأكبر. لكن تكاليف الطاقة زادت أيضًا. لذلك ، فإن كفاءة المصباح المتوهج 100 W ستكون أيضًا في حدود 5-7٪.
أنواع المصابيح المتوهجة
تأتي المصابيح المتوهجة في تصميمات ووظائف مختلفة. وهي مقسمة إلى أجهزة إضاءة:
- استخدام عام. وتشمل هذه المصابيح للاستخدام المنزلي بمختلف القوى ، والمصممة لجهد رئيسي 220 فولت.
- تنفيذ الديكور. لديهم أنواع غير قياسية من القوارير على شكل شموع وكريات وأشكال أخرى.
- نوع مضيئة. مصابيح مطلية بالألوان منخفضة الطاقة للإضاءة الملونة.
- وجهة محلية. أجهزة سلامة الجهد تصل إلى 40 فولت ، وتستخدم على طاولات الإنتاج ، لإضاءة أماكن عمل أدوات الآلات.
- الانتهاء من المرآة. مصابيح توفر ضوء اتجاهي.
- نوع الإشارة. تخدم للعمل في لوحات القيادة لمختلف الأجهزة.
- للنقل. مجموعة واسعة من المصابيح ذات مقاومة وموثوقية متزايدة. تتميز بتصميم مناسب يسمح بالاستبدال السريع.
- لأضواء كاشفة. لمبات عالية الطاقة حتى 10000 وات.
- للأجهزة البصرية. مصابيح لأجهزة عرض السينما والأجهزة المماثلة.
- تبديل الغرف. تستخدم كأجزاء من العرض الرقمي لأدوات القياس.
الجوانب الإيجابية والسلبية للمصابيح المتوهجة
أجهزة الإضاءة المتوهجة لها خصائصها الخاصة. الإيجابيات تشمل:
- الاشتعال الفوري للولب.
- سلامة البيئة؛
- أحجام صغيرة
- سعر معقول
- القدرة على إنشاء أجهزة ذات طاقة مختلفة وجهد تشغيل ، سواء AC أو DC ؛
- عالمية التطبيق.
إلى سلبي:
- كفاءة منخفضة للمصباح المتوهج ؛
- الحساسية لارتفاعات الجهد التي تقلل من عمر الخدمة ؛
- ساعات عمل قصيرة لا تزيد عن 1000 ؛
- خطر الحريق من المصابيح بسبب التسخين القوي للمبة ؛
- هشاشة الهيكل.
أنواع أخرى من تركيبات الإضاءة
توجد مصابيح إضاءة ، يختلف مبدأها اختلافًا جوهريًا عن تشغيل المصابيح المتوهجة. وتشمل هذه تفريغ الغاز ومصابيح LED.
مصابيح القوس أو تصريف الغاز كبيرةكثيرة ، لكنها كلها تستند إلى وهج الغاز عندما يحدث قوس بين الأقطاب الكهربائية. يحدث التوهج في الطيف فوق البنفسجي ، والذي يتحول بعد ذلك إلى مرئي للعين البشرية عن طريق تمرير طبقة من الفوسفور.
تتم العملية في مصباح تفريغ الغازتشمل مرحلتين من العمل: إنشاء تصريف قوسي والحفاظ على تأين وتوهج الغاز في القارورة. لذلك ، جميع أنواع تركيبات الإضاءة هذه لديها نظام تحكم حالي. تتمتع الأجهزة الفلورية بكفاءة أعلى مقارنة بكفاءة المصباح المتوهج ، ولكنها غير آمنة لأنها تحتوي على بخار الزئبق.
أجهزة الإضاءة LEDأحدث 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 يحبه المصباح المتوهج
سيتم تقصير عمر المصباح المتوهج التقليدي إذا:
- الجهد الكهربائي مبالغ فيه باستمرار منالاسمي الذي تم تصميم جهاز الإضاءة من أجله. ويرجع ذلك إلى زيادة درجة حرارة عمل جسم التسخين ، ونتيجة لذلك ، زيادة تبخر السبيكة المعدنية ، مما يؤدي إلى فشلها. على الرغم من أن كفاءة المصباح المتوهج ستكون أكبر.
- هز المصباح بعنف أثناء التشغيل.عندما يتم تسخين المعدن إلى حالة قريبة من الانصهار ، وتقل المسافة بين لفات اللولب بسبب تمدد المادة ، يمكن أن تؤدي أي حركة ميكانيكية حادة إلى إغلاق متداخل غير محسوس للعين. هذا يقلل من المقاومة الكلية للملف للتيار ، ويساهم في زيادة تسخينه وحرقه السريع.
- سوف تدخل الرطوبة في القارورة الساخنة. عند نقطة التلامس ، يحدث اختلاف في درجة الحرارة ، مما يؤدي إلى تدمير الزجاج.
- المس لمبة الهالوجين بأصابعك.مصباح الهالوجين هو نوع من المصابيح المتوهجة ، ولكن له إضاءة وحرارة أعلى بشكل ملحوظ. عند لمسها ، تبقى بقعة شحم غير مرئية من الإصبع على القارورة. تحت تأثير درجة الحرارة ، يتم حرق الدهون ، مما يشكل ترسبًا كربونيًا يمنع انتقال الحرارة. نتيجة لذلك ، عند نقطة التلامس ، يبدأ الزجاج في الذوبان ويمكن أن ينفجر أو ينتفخ ، مما يؤدي إلى تعطيل نظام الغاز في الداخل ، مما يؤدي إلى احتراق اللولب. تتميز مصابيح الهالوجين المتوهجة بكفاءة أعلى من المصابيح العادية.
كيفية استبدال المصباح
إذا احترق المصباح ولم ينهار المصباح ،ثم يمكن استبداله بعد أن يبرد تمامًا. عند القيام بذلك ، قم بإيقاف تشغيل الطاقة. عند شد المصباح ، لا داعي لتوجيه عينيك نحوه ، خاصة إذا لم يكن من الممكن فصل الكهرباء.
عندما تنفجر القارورة لكنها تحافظ على شكلها ،يُنصح بأخذ قطعة قماش قطنية ، ولفها في عدة طبقات ، وشبكها 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 فصل جهد الإمداد.
استنتاج
على الرغم من أن كفاءة المصباح المتوهجهي نسبة صغيرة ولديها المزيد والمزيد من المنافسين ، فهي ذات صلة بالعديد من مجالات الحياة حتى أن هناك أقدم مصباح كهربائي ظل قيد التشغيل المستمر منذ أكثر من مائة عام. أليس هذا تأكيدًا واستمرارًا لعبقرية الفكر لدى شخص يسعى إلى تغيير العالم؟
