به منبع نور الکتریکی که بر اساس رشته ای از سیم های هادی کار می کند، لامپ رشته ای گفته می شود. به عبارت دیگر نیز به لامپی که به دلیل درخشش رشته ای ناشی از جریان الکتریکی از طریق آن کار می کند، لامپ رشته ای گفته می شود.
تاریخچه لامپ رشته ای
به طور معمول تصور می شود که توماس ادیسون مخترع لامپ رشته ای بوده است، اما تاریخ واقعی چنین نبود. تعداد زیادی از دانشمندان بودند که قبل از ادیسون کار کردند و نمونه اولیه لامپ رشته ای را طراحی کردند. یکی از آنها فیزیکدان بریتانیایی جوزف ویلسون سوان بود. از سوابق، مشخص شده است که او اولین اختراع لامپ رشته ای را به دست آورده است. بعداً ادیسون و سوان برای تولید لامپ های رشته ای در مقیاس تجاری ادغام شدند.
لامپ های رشته ای چگونه کار می کنند؟
هنگامی که یک جسم داغ می شود، اتم های درون جسم از نظر حرارتی برانگیخته می شوند. اگر جسم ذوب نشود، الکترون های مدار بیرونی اتم ها به دلیل انرژی داده شده به سطح انرژی بالاتری می پرند. الکترون های این سطح انرژی، پایدار نیستند، آنها دوباره به سطوح انرژی پایین تر سقوط می کنند. در حین سقوط از سطوح بالاتر به پایین تر، الکترون ها انرژی اضافی خود را به شکل فوتون آزاد می کنند. این فوتون ها به شکل تابش الکترومغناطیسی از سطح جسم ساطع می شوند.
این تابش طول موج های متفاوتی خواهد داشت. بخشی از طول موج ها در محدوده طول موج های مرئی و بخش قابل توجهی از طول موج ها در محدوده مادون قرمز قرار دارند. موج الکترومغناطیسی با طول موج در محدوده مادون قرمز انرژی گرمایی و موج الکترومغناطیسی با طول موج در محدوده مرئی انرژی نور است.
لامپ رشته ای، به معنای تولید نور مرئی با گرم کردن یک جسم است. ساده ترین شکل منبع مصنوعی نور با استفاده از الکتریسیته یک لامپ رشته ای است. در اینجا از جریان الکتریکی برای عبور از یک رشته نازک و ظریف برای تولید نور مرئی استفاده می کنیم. جریان دمای رشته را به حدی افزایش می دهد که نورانی می شود.
آموزش تصویری ساخت و تعمیر لامپ ال ای دی LED
ساخت لامپ رشته ای
فیلامنت روی دو سیم سربی وصل شده است. یکی از سیم های سربی به کنتاکت پا و دیگری به پایه فلزی لامپ ختم می شود. هر دو سیم سربی از پشتیبان شیشه ای نصب شده در وسط پایین لامپ عبور می کنند. دو سیم نگهدارنده نیز که به تکیه گاه شیشه ای متصل شده اند، برای پشتیبانی از رشته در قسمت میانی آن استفاده می شود. تماس پا با مواد عایق از پایه فلزی جدا می شود. کل سیستم توسط یک لامپ شیشه ای رنگی یا با پوشش فسفار یا شفاف محصور شده است. لامپ شیشه ای ممکن است با گازهای بی اثر پر شود یا بسته به درجه بندی لامپ رشته ای در خلاء نگه داشته شود
لامپ شیشه ای یا در خلاء نگه داشته می شود یا با گازهای بی اثر مانند آرگون با درصد کمی نیتروژن در فشار کم پر می شود. گازهای بی اثر برای به حداقل رساندن تبخیر فیلامنت در حین روشنایی لامپ ها استفاده می شود.
بااین که خلاء یک عایق عالی گرما است، اما تبخیر رشته را در حین کار تسریع می کند. در مورد لامپ های رشته ای پر از گاز، 85 درصد آرگون مخلوط با 15 درصد نیتروژن استفاده می شود. گاهی اوقات می توان از کریپتون برای کاهش تبخیر رشته استفاده کرد زیرا وزن مولکولی گاز کریپتون بسیار بالاتر است.
اما هزینه آن بیشتر است. حدود 80 درصد فشار اتمسفر، فشار گازهای پر شده در لامپ است. گاز درلامپ های با قدرت بیش از 40 وات پر می شود. اما برای لامپ کمتر از 40 وات. گاز استفاده نشده است
قسمت های مختلف یک لامپ رشته ای در زیر نشان داده شده است.
رشته لامپ رشته ای
امروزه لامپ های رشته ای در توان های مختلف مانند 25، 40، 60، 75، 100 و 200 وات و غیره در دسترس هستند. لامپ ها اشکال مختلفی دارند، اما اساساً همه به شکل گرد هستند. عمدتاً از سه ماده برای تولید رشته لامپ های رشته ای استفاده می شود که عبارتند از کربن، تانتالیوم و تنگستن. کربن قبلا استفاده می شد، اما در حال حاضر تنگستن بیشتر برای این منظور استفاده می شود.
نقطه ذوب فیلامنت کربن حدود 3500 درجه سانتیگراد و دمای عملیاتی این فیلامنت حدود 1800 درجه سانتیگراد است، بنابراین احتمال تبخیر بسیار کمتر است. تیره شدن لامپ رشته ای زمانی اتفاق می افتد که مولکول های مواد رشته بر روی دیواره داخلی حباب شیشه ای به دلیل تبخیر رشته در حین عملیات رسوب می کنند.
این تیرگی پس از طول عمر طولانی لامپ برجسته می شود. راندمان لامپ رشته کربن خوب نیست و حدود 4.5 لومن بر وات است. تانتالیوم به عنوان رشته استفاده شد، اما کارایی آن بسیار ضعیف است، حدود 2 لومن در هر وات است.
در حال حاضر پرمصرف ترین ماده رشته ای تنگستن است زیرا کارایی درخشان بالایی دارد. هنگامی که در دمای 2000 درجه سانتیگراد کار می کند می تواند 18 لومن در هر وات بدهد. این راندمان زمانی که در دمای 2500 درجه سانتیگراد کار می کند می تواند تا 30 لومن بر وات باشد. نقطه ذوب بالا یک معیار اصلی برای استفاده از آن است زیرا باید در دمای بسیار بالا بدون تبخیر کار کند.
اگرچه تنگستن نقطه ذوب کمی ضعیف تری نسبت به کربن دارد، اما همچنان تنگستن به عنوان ماده رشته ای ترجیح داده می شود. این به دلیل دمای عملیاتی بالا است که تنگستن را بسیار کارآمد می کند. استحکام مکانیکی رشته تنگستن برای مقاومت در برابر ارتعاشات مکانیکی بسیار بالا است.
