لامپ رشته ای انواع، تاریخچه و اجزا
لامپ رشته ای، یا لامپ التهابی
اولین نوع لامپ هایی هستند که حدود صد سال پیش تولید و در دسترس عموم قرار گرفتند. در این لامپ‌ها جریان الکتریکی از یک رشته سیم نازک فلزی که مقاومت الکتریکی نسبتاً زیادی دارد (تَنگستَن) عبور کرده و آن را به شدت داغ و باعث ساطع شدن نورمی شود. جهت جلوگیری از رسیدن اکسیژن و اکسید شدن رشته سیم، آن را درون یک حباب شیشه‌ای بسته قرار می دهند.
ولتاژ لامپ رشته ای:
در اندازه‌ها، ولتاژها و توان‌های مختلف بر اساسنیاز و کارد برد ساخته می شود. این نوع لامپ نیازی به تجهیزات اضافی نداشته و قیمت بسیار پایینی دارند، علاوه بر این با هر دو نوع جریان مستقیم و متناوب می تواند روشن شود. و به همین دلیل لامپ رشته‌ای به صورت وسیعی در انواع مصارف خانگی و تجاری در دسترس عموم قرار گرفت.
کاربرد:
رنج وسیعی از کاربرد ها مانند نورهای غیر ثابت، چراغ‌های مطالعه، چراغ‌های اتومبیل‌ها، چراغ‌قوه‌ها، نورپردازی، مصارف تبلیغاتی و دکوراسیون، مصارف صنعتی از جمله دستگاه جوجه کشی جهت گرم نگه داشتن تخم مرغ، نور گرمایی یا فروسرخ برای تانک‌های خزنده، گرمایش از راه دور، گرمایش صنعتی و مصارف خشک کردن، و در فرهای پخت آسان و …
همچنین از گرمای ناشی از لامپ‌های رشته‌ای می توان به عنوان منبع گرمایش استفاده کرد.
امروزه جهت بالا بردن بازده نوری و کاهش مصرف انرژی، تلاش می شود این لامپ ها که مصرف انرژی زیادی دارند از رده خارج شوند.
تاریخچه لامپ رشته ای
اگرچه عموماً اختراع لامپ رشته ای را به توماس ادیسون نسبت می دهند، اما مورخین ۲۲ مخترع را پیش از توماس ادیسون به عنوان مخترعان لامپ رشته‌ای نام می برند. البته آن ها این نکته را بیان بیان می کنند که توماس ادیسون توانست با استفاده از مواد مناسب تر، ایجاد خلأیی بهتر و مقاومت بیشتر که باعث توزیع بهتر نیرو از منبع انرژی مرکزی مقرون به صرفه می شود از بقیه پیشی بگیرد و با تولید یک منبع نوری ابتدائی ولی جمع و جور آن را در دسترس همگان قرار دهد.
مزایای لامپ های رشته ای:
- نوری گرم و آرامش بخش دارد و به همین دلیل مناسب استفاده در محیط های مسکونی و محل های استراحت است.
- امکان استفاده با برق AC و DC
- امکان نصب و راه اندازی آسان بدون نیاز به مدارات جانبی
- عدم تغییر شکل موج ولتاژ در شبکه برق
- نمود رنگ مناسب
- معایب لامپ های رشته ای
- راندمان حدود ۱۲ لومن بر وات که به نسبت دیگر منابع روشنایی بسیار پایین است
- طول عمر کم
- افت شار نوری زیاد
- تولید حرارت زیاد در حین کار کردن
اگرچه این نوع لامپ قیمت بسیار پایینی دارند اما اصلاً مقرون بصرفه نبوده و هزینه مصرف انرژی را بالا می برند.
انواع لامپ های رشته ای
نوع کلاسیک: این نوع از شناخته شده ترین لامپ های رشته ای، هستند و سالهاست که در روشنایی داخلی و حتی در برخی موارد در روشنایی خیابانی مورد استفاده قرار می گیرند. این لامپ ها قیمت پایینی دارند و اشکال مختلف، تولید و به بازار عرضه می شوند.
لامپ های رفلکتوردار: با پوشان قسمتی از لایه داخلی حباب، با استفاده از یک ماده منعکس کننده نور (معمولاً جیوه) باعث می شود نور لامپ در زوایای معینی تابیده شود.
لامپ های کریپتون: در این لامپ ها با استفاده از گاز کریپتون سعی شده تا با انتقال کمتر گرما به بیرون لامپ، نور آنها %۱۰ تا بیشتر شود.
لامپ های فانتزی: این لامپ ها با ظاهر زیبایی ساخنه شده و نور منتشر شده از آنها یکنواخت و خیرگی کمتری دارد. در مواردی که منبع نور کاملاً پوشیده نمی شود و شکل ظاهری لامپ در معرض دید است از این نوع لامپ ها استفاده می شود.
لامپ های تزئیناتی: شکل حباب این نوع متفاوت و خاص بوده و با لایه ای از آب طلا پوشانیده می شود.
لامپ های رشته ای با کاربرد خاص: این لامپ ها جهت استفاده در کاربردهای خاص مانند استفاده در چراغ های ضد انفجار، داخل یخچال، لامپ های رنگی برای دفع حشرات، لامپ های مقاوم در برابر لرزش (جهت استفاده در چراغ های دستی) و لامپ های با سایز بسیار کوچک جهت استفاده های خاص و یا تزئین ساخته شده اند.
اجزای لامپ رشته ای
شامل حباب (محفظه شیشه ای) که توسط گازبی اثر پر می شود تا تبخیر و اکسید شدن رشته را کم کند. داخل حباب یک رشته سیم تنکستن جهت عبور جریان الکتریکی وجود دارد که این جریان باعث گرم شدن رشته به دمایی بسیار بالا می‌شود. رشته سیم تنکستن با داغ شدن نوری ساطع می‌کند که تقریباً یک طیف موج پوسته‌ای را ایجاد می کند. این نور شامل طیف های مرئی و نامرئی می شود اما قسمت عمده انرژی صرف تولید نور نزدیک به مادون قرمز می شود که قابل دیدن نیست
اجزای اصلی لامپ رشته ای عبارتند از:
- حباب شیشه‌ای
- گاز بی‌اثر کم فشار
- رشته تنگستن
- سیم اتصال
- سیم اتصال
- سیم‌های محافظ
- ساقه (پایه شیشه‌ای)
- سیم اتصال
- کلاهک
- عایق (ویترایت)
- اتصال الکتریکی
لامپ‌های رشته‌ای دارای پایه شیشه‌ای هستند که از سیم های محافظ، حفاظت کرده و اجازه می دهد سیم‌های اتصال بدون نشت گاز/هوا به داخل حباب عبور کنند. در برخی از لامپ های بزرگ پایه بصورت پیچ دار است. (یک یا چند اتصال در نوک و یک اتصال در پوسته) یا یک پایه لامپ میخی (یک یا چند اتصال در نوک، پوسته به عنوان اتصال یا صرفاً به عنوان اتصال مکانیکی).
برخی از لامپ های لوله ای یک اتصال الکتریکی در هر انتهای آنها وجود دارد. لامپ‌های کوچک ممکن است دارای یک پایه سه گوش با سیم‌های اتصال باشند، همچنین برخی از لامپ‌های خودرو یا لامپ‌هایی مخصوص دارای ترمینال‌های پیچی برای ایجاد اتصال الکتریکی هستند. این اتصالات در سوکت لامپ اجازه عبور جریان از میدان رشته را می دهند.
معمولاً جهت بهبود بازدهی لامپ، رشته توسط سیم پیچی از سیم نوع مرغوب ساخته شده که فنر پیچیده شده (coiled coil) نام دارد. برای لامپ ۱۲۰ وات ۱۲۰ ولتی، معمولاً طول رشته در حالت پیچیده نشده ۵۸۰ میلیمتر و قطر رشته ۰٫۰۴۵ میلیمتر می باشد.
یکی از مشکلات عمده این نوع لامپ تبخیر رشته است. تفاوت های کوچک در مقاومت طول رشته باعث می شود نقاط داغ در مناطقی که مقاومت بیشتری دارند ایجاد شود. تفاوت ۱٪ در قطر رشته باعث کاهش ۲۵٪ عمر آن می شود. این اتفاق باعث می شود نقاط داغ سریع تر از نقاط دیگر رشته بخار شود و این باعث بوجود آمدن شکاف در یک رشته ناسالم می شود.
ایروینگ لانگمویر کشف کرد یک گاز بی اثر به جای خلأ باعث می شود تبخیر با سرعت کمتری اتفاق بیوفتد. امروزه لامپ های مصرف عمومی با توان بیشتر از ۲۵ وات توسط مخلوطی از مقدار زیادی آرگون و کمی نیتروژن یا کریپتون پر می شوند. در صورتی که رشته ای که در حباب پر شده با گاز وجود دارد پاره شود، باعث ایجاد یک قوس الکتریکی می شود که ممکن است به ترمینال‌ها منتقل شده و شار جریان بسیار زیادی ایجاد کند. رشته های هادی داخلی نازک و محافظت های ساخته شده دیگر به عمد قرار داده شده تا در این صورت به عنوان فیوز عمل کنند. در لامپ‌های ولتاژ بالاتر جهت جلوگیری از جرقه زدن نیتروژن بیشتری به کار برده می شود.
در لامپ های معمولی رشته تنگستن بخار می شود و در لامپ‌های با بازدهی بالاتر این تبخیر سریعتر است. به همین دلیل عمر لامپ رشته ای رابطه‌ای جایگزینی بین بازده و طول عمر دارد. این رابطه اکثراً برای لامپ های معمولی به سمتی می رود که طول عمر از ۱۰۰ها ساعت تا ۲۰۰۰ ساعت کمتر نشود.
لامپ‌های پروژکتورها و لامپ های عکاسی و طول عمر مفیدی در حد چندین ساعت دارند. لامپ‌های معمولی با طول عمر بالا و بازده کمتر معمولاً در مکان هایی مورد استفاده قرار می گیرند که هزینه تعویض به نسبت هزینه انرژی که هدر می رود بیشتر باشد.
در لامپ های تنگستن تبخیر شدن رشته باعث کدر شدن سطح داخلی حباب شده، در صورتی لامپ از یک گاز بی اثر پر شده باشد، تنگستن تبخیر شده توسط جریان گاز گرم حمل شده و معمولاً در بالاترین قسمت حباب جمع می‌شود و باعث تیره شدن فقط آن قسمت حباب می شود، اما در لامپ های خلأ این تیرگی بصورت یکنواخت در تمام سطح حباب ایجاد می شود.
زمانی که ۷۵٪ عمر لامپ سپری شده باشد، فقط ۹۳٪ یا بیشتر از نور ابتدائی خود را ساطع می کند و بنا بر تستی که نشریه ۶۰۰۶۴ IEC انجام داده این لامپ دیگر مناسب نیست. لازم به ذکر است که کم شدن نور به دلیل تبخیر رشته و در نتیجه سیاهی حباب است.
شکاف رشته پدیده دیگری است که باعث کاهش طول عمر لامپ می شود. در لامپ‌هایی که با جریان ثابت کار می کنند اختلالات پله ای شکل در رشته آن ها ایجاد می‌شود که باعث کاهش سطح جریان عبوری عرضی و در نتیجه گرمای بیشتر شده و این امر باعث و تبخیر سریع تر در این نقاط می شود. لامپ های کوچک در صورتی که با جریان مستقیم کار کنند احتمال دارد این کاهش تا نصف شدن طول عمر لامپ به نسبت جریان متناوب باشد. از آلیاژهای متفاوتی از تنگستن و رهنیوم جهت بی اثرکردن این اتفاق استفاده می شود.
مقدار بسیار کمی بخار آب می تواند باعث ایجاد تیرگی زیاد حباب و کم شدن نور شود. زمانی که آب بر روی حباب باشد، باعث تجزیه شدن رشته داغ به هیدروژن و اکسیژن می شود. اکسیژن به فلز تنگستن حمله ور شده و ذرات اکسید تنگستن را می سازد که در نقاط سردتر لامپ قرار می‌گیرند. هیدروژن تشکیل شده نیز اکسید را کاهش داده و دوباره بخار آب ایجاد می شود و این اتفاق آن قدر تکرار می شود که لامپ بسوزد.
در لامپ هالوژن تبخیر ناخواسته رشته و تیرگی حباب را با پر کردن حباب از یک گاز هالوژن در فشار پایین کاهش می دهند. به همین دلیل لامپ ها هالوژن توانایی کار کردن در دماهای بالاتری دارند بدون این که مقدار غیرقابل قبولی از عمرشان کم شود. همچنین این امر که باعث می شود بازدهی نوری بیشتری داشته باشند.
در گذشته برخی از لامپ هایی که در سالن تئاتر، پروژکتورها، نورهای جستجو و فانوس‌های دریایی استفاده می شدند، از رشته‌ای ضخیم و سنگین ساخته می شدند که در خود پودر تنگستن آزاد میان یک جام داشتند. هر چند وقت یک بار اپراتور حباب را جدا کرده و آن را تکان می‌داد تا به پودر تنگستن اجازه دهد تا تنگستنی را که در درون حباب جمع شده را پاک کند تا سیاهی را از بین رفته و لامپ را دوباره روشن می کرد.
در صورتی که حباب ترک بردارد، تنگستن داغ با هوا ترکیب، و تعلیقی از نیتراد تنگستن قهوه‌ای، اکسید تنگستن قهوه‌ای ، پنتا اکساید تنگستن نیلی رنگ و تری اکساید تنگستن زرد رنگ ایجاد شده و در نزدیک سطح حباب ته نشین می شود.
حباب شیشه‌ای لامپ می تواند تا دمایی بین ۲۲۰ تا ۲۶۰ درجه سانتیگراد برسد. به همین دلیل در گذشته از لامپ های با توان بالا یا به منظور گرمایش تولید و استفاده می شدند. حباب این لامپ ها از جنس شیشه سخت یا کوارتز سیم گزاری شده ساخته می شود.
