لامپ رشته ای چیست و چگونه کار میکند؟

انواع لامپ ها

لامپ چیست؟

لامپ یک منبع مصنوعی نور است. بالغ بر ۱۰۰ سال است که لامپ ها به یک بخش جدایی ناپذیر از زندگی تبدیل شده اند. امروزه انواع مختلفی از لامپ ها در دسترس است. تفاوت این لامپ ها در اصول فعالیت، متریال و به طور حائز اهمیتی، بهره وری انرژی آنهاست. د

* لامپ های رشته ای

* لامپ های فلوروسنت

* لامپ های فلوروسنت فشرده

* لامپ های بخار جیوه ای

* لامپ های متال هالید

* لامپ های بخار سدیم با فشار بالا

* لامپ های بخار سدیم با فشار پایین

* لامپ های LED

گروهبندی تایپ های مختلفی از این لامپ ها به صورت دیاگرام در پایین آورده شده است:

مطالعه جامع کوتاهی از پارامترهای فتومتریک(لومن بر وات، درصد بازتاب نور و…) لامپ های مختلف در جدول زیر دسته بندی شده است.

 

لامپ	لومن/وات	CCT(کلوین)	درصد بازتاب نور	طول عمر(ساعت)	ویژگی ها
لامپ رشته ای	۲۰/۸	۲۸۰۰	۱۰۰	۱۰۰۰	روشنایی داخلی- روشنایی تزئینی
لامپ هالوژن	۲۵/۲۰	۲۸۰۰	۱۰۰	۱۲۰۰-۱۵۰۰	نورافکن-روشنایی تئاتر
فلورسنت	۷۰/۵۰	۲۷۰۰ ۴۵۰۰ ۶۵۰۰	۶۰-۹۰	۶۰۰۰-۱۰۰۰۰	روشنایی داخلی- تجاری کوچک
لامپ فلورسنت فشرده	۸۰/۶۰	۲۷۰۰ ۴۵۰۰ ۶۵۰۰	۶۰-۹۰	۶۰۰۰-۱۵۰۰۰	روشنایی داخلی- تجاری کوچک
لامپ بخار جیوه ای	۶۵/۳۵	۲۵۰۰ ۴۰۰۰	>80	۲۰۰۰۰-۲۴۰۰۰	روشنایی در فضای باز
لامپ متال هالید	۱۰۰/۷۵	>6500	۸۰-۹۰	۶۰۰۰-۱۵۰۰۰	روشنایی تجاری، صنعتی، فضاهای عمومی همچون پارکینگ، مکان های ورزشی، کارخانه، فروشگاه خرده فروشی، روشنایی امنیتی، روشنایی خودرو
لامپ بخار سدیم با فشار بالا	۱۵۰/۱۰۰	<3000	۶۵-۸۵	۱۰۰۰۰-۱۵۰۰۰	روشنایی خیابان زمانی که به نورپردازی خوب نیاز است.
لامپ بخار سدیم با فشار پایین	۲۰۰/۱۵۰	<2000	منفی	۱۸۰۰۰	روشنایی خیابان زمانی که امنیت اولویت است نه نورپردازی اشیا. اغلب در هوای مه آلود قابل استفاده است.
LED	۸۰/۳۰	۲۷۰۰ ۴۵۰۰ ۶۵۰۰	۶۰-۹۰	۵۰۰۰۰	انواع نورپردازی از جمله، نورافکن ها، نورپردازی جاده، نورپردازی داخلی

لامپ های رشته ای

منبع نور الکتریکی که بر روی اصل پدیده رشته ای کار می کند لامپ رشته ای نامیده می شود. به عبارت دیگر، لامپی که به دلیل درخشش رشته ناشی از جریان الکتریکی کار میکند، لامپ رشته ای گفته میشود.

لامپ رشته ای چگونه کار میکند؟

وقتی که یک وسیله گرم میشود، اتم های درونش از نظر حرارتی، هیجان زده شده و اگر در حین این عملیات، وسیله ذوب نشود، الکترون های مداری بیرون اتم ها به دلیل انرژی عرضه شده به سطح انرژی بالاتری می پرند. الکترون ها در این سطح انرژی ثابت نیستند و دوباره به سطح انرژی پایین تر برمیگردند. هنگامی که از سطح انرژی بالا به سطح انرژی پایین میروند، انرژی اضافی الکترون ها به شکل فوتون رها و سپس این الکترون ها به صورت تابش الکترومغناطیسی از سطح جسم ساطع می شوند.

این تابش ها، طول موج های متفاوتی دارند. بخشی از طول موج ها در محدوده قابل مشاهده طول موج است، در صورتی که بخش قابل توجهی از طول موج ها در محدوده مادون قرمز هستند. موج الکترومغناطیسی با طول موج در محدوده مادون قرمز، گرم کننده است و موج الکترومغناطیسی با طول موج در محدوده مرئی انرژی نور است.

Incandescent به معنای تولید نورهای در دسترس به وسیله گرم شدن یک شی است.

به طور کلی، از جریان الکتریکی برای جریان در یک رشته نازک و ریز برای تولید نور مرئی استفاده می کنیم. جریان دمای رشته ها را به حدی بالا میبریم که نورانی می شوند.

تاریخچه لامپ های رشته ای

به طور کلی همواره توماس ادیسون را مخترع برق مینامند اما تمام داستان این نیست. در واقع دانشمندان زیادی قبل از ادیسون، بر روی طراحی لامپ های رشته ای، فعالیت میکردند. یکی از این دانشمندان، جوزف ویلسون، یک دانشمند بریتانیایی بود. او اولین حق ثبت اختراع برای لامپ رشته ای را دریافت کرده است. بعدها ادیسون و ویلسون برای تولید لامپ های رشته ای در مقیاس تجاری با هم ادغام شدند.

ساختار لامپ رشته ای:

رشته ای در سراسر دو سیم سرب متصل شده است. یکی از سیم های سرب به تماس پا متصل است و دیگری در پایه فلزی لامپ خاتمه یافته است. هر دو سیم سرب، به شیشه ای که در قسمت پایینی حباب لامپ است، سوار شده اند. دو سیم پشتیبانی نیز متصل به پشتیبانی شیشه ای, برای حمایت از رشته در بخش میانی آن، استفاده می شود. کل سیستم توسط یک لامپ شیشه ای رنگی یا phasphare پوشش داده شده یا شفاف محصور شده است. لامپ شیشه ای یا با خلاء نگه داشته می شود یا با گازهای بی اثر مانند آرگون با درصد کمی نیتروژن در فشار کم پر می شود. از گازهای بی اثر برای به حداقل رساندن تبخیر فیلامنت در حین سرویس دهی لامپ ها استفاده می شود. اما به دلیل جریان هم رفتی گاز بی اثر در داخل لامپ، شانس بیشتری برای از دست دادن گرمای فیلامنت در طول عمل وجود خواهد داشت. باز هم خلاء عایق بزرگی از گرما است، اما تبخیر فیلامنت را در طول عمل تسریع می کند. در مورد لامپ های رشته ای پر از گاز از ۸۵٪ آرگون مخلوط با ۱۵٪ نیتروژن استفاده می شود. گهگاه می توان از کریپتون برای کاهش تبخیر فیلامنت استفاده کرد زیرا وزن مولکولی گاز کریپتون کاملاً بیشتر است. با توان ۴۰ وات، گاز در فشار جوی ۸۰ درصد، در درون حباب،  پر میشود. در توان کمتر از ۴۰ وات، گازی وجود ندارد.

بخش های مختلف لامپ های رشته ای شامل

 

رشته های لامپ های رشته ای

امروزه، لامپ های رشته ای، در رنج واتی مختلف شامل، ۲۵،۴۰،۶۰،۷۵،۱۰۰،۲۰۰و…. وجود دارند. حباب ها در شکل های مختلفی قرار دارد اما عموما همه آنها گرد هستند. به طور اساسی، از سه متریال کربن، تانتالوم و تانگستن برای تولید رشته ها در لامپ های رشته ای، استفاده میشود.

در گذشته بیشتر از کربن،اما امروزه از تنگستن برای این دسته از لامپ ها استفاده میشود. در واقع اثر رشته های کربن، چندان جالب نیست و حدود ۴٫۵ لومن در هر وات است، تانتالوم نیز اثرات ضعیفی دارد و حدودا ۲ لومن در هر وات است که این مسئله حاکی از استفاده بسیار محدود از تانتالوم است. نقطه ذوب رشته های کربن حدود ۳۵۰۰ درجه سانتی گراد است. دمای عملیاتی این فیلامنت حدود ۱۸۰۰درجه سانتی گراد است از این رو، شانس تبخیر کاملا کمتر است. به دلیل وجود رشته های کربن، لامپ های رشته ای از تیره شدن آزاد هستند. تیره شدن لامپ فیلامنت زمانی رخ می دهد که مولکول های ماده فیلامنت بر روی دیواره داخلی لامپ شیشه ای به دلیل تبخیر فیلامنت در حین عملیات، رسوب می کنند. تنگستن به دلیل اثر نورانی بالا، بسیار محبوب است. در دمای ۲۰۰۰ درجه سانتی گراد، ۱۸ لومن در هر وات است. این اثر میتواند در دمای ۲۵۰۰ درجه سانتی گراد، بالای ۳۰ لومن در هر وات باشد. نقطه ذوب بالا معیار عمده ای برای مواد رشته ای است چرا که باید در دمای بسیار بالا بدون اینکه تبخیر شود کار کند. با وجود اینکه نقطه ذوب تنگستن از نقطه ذوب کربن پایین تر است اما همچنان محبوب ترین متریال در رشته ها است و این  مسئله به دلیل درجه حرارت بالا است که باعث می شود تنگستن بسیار نورانی کارآمد است. قدرت مکانیکی رشته تنگستن کاملا بالا برای مقاومت در برابر ارتعاشات مکانیکی است.

طول عمر لامپ های رشته ای

هر مدل متفاوتی از لامپ های رشته ای، دارای طول عمر تقریبی است که این مسئله به دلیل پدیده تبخیر فیلامنت است که میتواند به حداقل برسد اما نمیتوان از آن اجتناب کرد. به دلیل تبخیر فیلامنت، لامپ شیشه ای در طول یک دوره تیره می شود. به دلیل تبخیر فیلامنت، فیلامنت نازک تر می شود که این مسئله کاهش نور شده در نهایت، فیلامنت شکسته می شود. از آنجا که لامپ های فیلامنت مستقیماً به خط تأمین برق متصل هستند، نوسانات ولتاژ در خط، بر عملکرد لامپ تأثیر می گذارد. مشخص می شود که اثربخشی نورانی یک لامپ رشته ای مستقیماً متناسب با مربع ولتاژ تأمین است اما در عین حال، طول عمر لامپ به طور معکوس متناسب با توان ۱۳ تا ۱۴ ولتاژ تأمین است . مزایای اصلی لامپ های رشته ای این است که به اندازه کافی ارزان و برای روشنایی در مناطق کوچک بسیار مناسب هستند. اما این لامپ ها انرژی کارآمدی ندارند و حدود ۹۰٪ انرژی الکتریکی ورودی به عنوان گرما از دست می رود.

مطالب حائز اهمیت درباره لامپ های رشته ای به شرح زیر است:

وات	دمای رشته	لومن	لومن/وات	طول عمر(ساعت)	طول فیلامنت بدون کلاف	قطر فیلامنت
۲۵	۲۵۶۰	۲۳۵	۹٫۴	۲۵۰۰	۵۶٫۴	۳۰٫۵
۴۰	۲۷۴۰	۴۵۵	۱۱٫۴	۱۵۰۰	۳۸٫۱	۳۳
۶۰	۲۷۷۰	۸۷۰	۱۴٫۵	۱۰۰۰	۵۳٫۳	۴۵٫۷
۷۵	۲۸۴۰	۱٫۱۹۰	۱۵٫۹	۷۵۰	۵۴٫۹	۵۳٫۳
۱۰۰	۲۸۶۰	۱٫۷۵۰	۱۷٫۵	۷۵۰	۵۷٫۹	۶۳٫۵
۲۰۰	۲۸۹۰	۳٫۷۱۰	۱۸٫۵	۷۵۰	۶۳٫۵	۹۶٫۵
۳۰۰	۲۹۲۰	۵٫۸۲۰	۱۹٫۴	۱۰۰۰	۷۶٫۲	۱۲۹٫۵
۵۰۰	۳۰۰۰	۱۰٫۸۵۰	۲۱٫۷	۱۰۰۰	۸۷٫۴	۱۸۰٫۳

با تشکر از همراهی شما.