لامپ التهابی
لامپ التهابی، رشته ای یا حبابی، یک منبع نور مصنوعی است که با عبور جریان الکتریکی از یک رشتۀ فلزی با دمای ذوب بالا، نور سفید را می تاباند.
در این لامپ ها جریان الکتریکی از یک رشته ٔ نازک فلزی با دمای ذوب بالا (نظیر تنگستن) عبور می کند و گرمای حاصل از مقاومت الکتریکی رشتۀ مذکور (فیلامنت ملتهب) منجر به ساطع شدن نور می شود.
یک حباب شیشه ای بسته از رسیدن اکسیژن به رشتۀ ملتهب جلوگیری می کند.
چنانچه رشتۀ فلزی در معرض اکسیژن هوا قرار گیرد، به سرعت تبخیر شده و با جدایی آن از پایه ها، تولید نور متوقف می شود.
لامپ های رشته ای شامل یک حباب (محفظۀ شیشه ای) شفاف یا مات هستند که توسط گازی نجیب یا بی اثر پر شده است تا سرعت تبخیر رشتۀ تنگستن را کم کند.
از رشتۀ تنگستن که در این حباب قرار دارد جریان الکتریکی عبور داده می شود که باعث گرم شدن رشته تا دمایی بسیار بالا، در
حدود 2000 تا 3300درجه در مقیاس کلوین (بسته به نوع رشته، سایز، شکل، و مقدار جریان عبور داده شده) می شود.
رشته ملتهب، از خود نوری ساطع می کند که یک طیف موج پیوسته ای را شامل می شود.
قسمت مطلوب این طیف موج نور مرئی است، اما عمده انرژی صرف تولید نور طول موج های نزدیک به فروسرخ (مادون قرمز) می شود.
یک رشته تنگستن گرم شده تا دمای حدود 2400 کلوین،95%از انرژی دریافتی را به گرما (امواج فروسرخ) و تنها 5%از انرژی را در ناحیه نور مرئی منتشر می سازد.
بهره نوری لامپ های رشته ای در حدود 9 تا 13 لومن بروات (Im/W) است.
لمپ های رشته ای بارهایی مقاومتی با ضریب توان یک هستند.یعنی در این لامپ ها توان حقیقی (وات) استفاده شده با توان ظاهری (ولت آمپر) یکسان است.
مقاومت واقعی رشته به دمای آن وابسته است. دمای رشته سرد یک پانزدهم لامپ روشن است.
مثلا یک لامپ رشته ای 100وات با ولتاژ تغذیه 120ولت حدودا 144 اُهم مقاومت دارد، در حالی که مقاومت لامپ سرد بسیار پایین تر بوده و حدود 9/5 اُهم است.
از آنجایی که لامپ های رشته ای بارهای مقاومتی هستند، به راحتی می توان از دیمرهای ترایاکی ساده به عنوان مدار کنترل روشنایی آن ها استفاده کرد.
مزایای لامپ های رشته ای
معایب لامپ های رشته ای
متداول ترین لامپ های رشته ای لامپ های رشته ای مناسب برای روشنایی عمومی هستند که با کلاهک های E14 و E27 مورد استفاده قرار می گیرند.
نوع دیگری از لامپ های رشته ای به لامپ های رفلکتور دار معروف هستند.
این لامپ ها شار را در جهت معینی انتشار می دهند. لامپ های هالوژنی نیز گروهی دیگر از لامپ های رشته ای محسوب می شوندکه
در دو نوع ولتاژ پایین و ولتاژ بالا دسته بندی می شوند.
در لامپ های هالوژن برای جلوگیری از تبخیرسطحی تنگستن و افزایش طول عمر لامپ،مقدار کمی از یکی از گازهای هالوژن نظیر ید یا برم را به حباب لامپ اضافه می کنند.
در حین کارکرد لامپ، سطح داخلی حباب لامپ به دمایی در حدود 200تا 250 درجه سیلسیوس می رسد، تنگستن تبخیر شده با ید ترکیب می شود و گاز یدید تنگستن را به وجود می آورد.
در حوالی رشته که درجه حرارت بیشتری نسبت به مجاورت حباب لامپ دارد، یدید تنگستن تجزیه شده و فلز تنگستن مجددا روی رشته می نشیند.
به واسطه این فرایند که به آن چرخه هالوژن گفته می شود،از نشستن تنگستن بر حباب لامپ و کاهش شار نوری خروجی لامپ جلوگیری می شوند.
به عبارتی دیگر، در طی طول عمر لامپ رشته ای هالوژنی، شار نوری ثابت باقی می ماند.
مکانیسم چرخه هالوژن،امکان ساخت لامپ هایی با حباب کوچک تر را ممکن می سازد که در آن ها فشار گازهای پرکننده به خاطر استحکام مکانیکی بالاتر شیشه می تواند افزایش یابد.
این لامپ ها با ولتاژ کارکرد پایین که غالبا 12 ولت است تغذیه می شوند و در لامپ های با توان 10تا 100وات،شدت جریان بیشتری نسبت به لامپ 230 ولت خواهند داشت.
درنتیجه، از رشتۀ ضخیم تری استفاده می شود. این موضوع منجر به افزایش تلفات حرارتی رشتۀ تنگستن می شود و درنتیجه با فشار باالی گاز داخل
حباب، رشتۀ تنگستن بیشتر گرم می شود که منجر به حصول دمای رنگی حدود 3000 تا 3200 کلوین خواهد شد.
این در حالی است که در لامپ های رشته ای معمولی، دمای ٔ رنگ گرم تر و در حدود 2700 کلوین است.
در این لامپ ها به علت کم بودن نگرانی از تبخیر تنگستن میتوان رشته را در درجه ٔ نوری حرارت بالاتری به کار برد.
به این ترتیب لامپ های هالوژنی با توان 1000 وات با بهره در حدود 25 لومن بر وات و عمری حدود دو برابر لامپ های رشته ای معمولی قابل تولید است.
لازم به ذکر است که تنگستن تجزیه شده همیشه در قسمتی از رشته که نازک شده است نمی نشیند و سرانجام لامپ در اثر تبخیر سطحی تنگستن خواهد سوخت و به منظور داشتن
حرارت ۲۵۰ درجه سلسیوس در این حوالی حباب لامپ باریک و دراز می شود و به شکل لوله ای درمی آید.
با توجه به معایب ذکر شده برای لامپ رشته ای میتوان به این نتیجه رسید که استفاده از این لامپ ها، ا گرچه نسبت به لامپ های دیگر قیمتی پائین تر دارند، به هیچ وجه مقرون به صرفه نیست.
همچنین به علت مصرف بسیار زیاد انرژی و انتشار مقدار زیادی حرارت در محیط، هزینه های مضاعفی بابت مصرف انرژی الکتریکی برای خنک کردن محیط تحمیل می شود.
این را هم باید در نظر گرفت که چنین لامپ هایی طول عمر پایینی دارند و هزینه های تعویض را هم باید بر موارد فوق افزود.
بااین حال، مزایای این لامپ ها باعث شده است که بسیاری از مصرف کنندگان، به ویژه مصرف کنندگان خانگی، استفاده از آن ها را ترجیح بدهند، اما نباید فراموش کرد که با توجه
به اهمیت انرژی در دنیای امروز، ضروری است تا نسبت به آگاه سازی مصرف کنندگان و ترغیب آن ها به استفاده از لامپ هایی با مصرف انرژی کمتر اقدام شود.
لامپ فلورسنت
لامپ فلورسنت یا لامپ مهتابی نوعی لامپ بخار جیوه با تخلیه الکتریکی در گاز کم فشار است که ولتاژ اعمال شده به دو سر لامپ باعث داغ شدن گاز داخل آن (که غالباگاز خنثای آرگون است) و نیز ساطع شدن الکترون از الکترودهای درون لامپ می شود.
الکترونهای آزاد شده از الکترودهای گرم شده به اتم های بخار جیوه برخورد کرده و منجر به ایجاد جیوهی برانگیخته می شود.
با تحریک اتم های جیوه توسط برانگیختگی اولیه، فرایندی زنجیرهای شکل میگیرد که حاصل آن تخلی های الکتریکی است که از خود پرتو فرابنفش ساطع میکند.
سپس این پرتو توسط ماده فلورسنت (فسفر) پوشش تیوب لامپ به نور مرئی تبدیل میشود.
لامپ فلورسنت در توان ها و اشکال مختلف ساخته می شود و در مکان های گونا گونی قابل استفاده است.
این لامپ ها در اشکال استوانهای (تیوبی) و حلقه ای شکل به بازار عرضه میشوند.
لامپ های فلورسنت در مقایسه با لامپ رشته ای درصد بالایی از انرژی الکتریکی را به نور مرئی تبدیل میکنند.
از جمله معایب این لامپ ها میتوان به تولید اشعه فرا بنفش اشاره کرد. حد مجاز اشعه فرابنفش توسط استانداردهای ملی و بین المللی تعیین شده است.
معمولاً یک لامپ فلورسنت با پوشش فسفر سالم تابش فرابنفشی در محدوۀ مجاز دارد. در صورتی که پوشش فسفر تیوب لامپ زدگی داشته باشد این اشعه به میزان بیشتری به بیرون ساطع شده و برای سلامت انسان مضر است.
همان طور که پیش تر ذکر شد، این لامپ های از بخار جیوه ای که درون لامپ تعبیه شده برای تولید نور فرابنفش استفاده می کنند.
اگر به هر دلیلی این لامپ در حالت روشن شکسته شود بخار جیوه و یا ترکیبات آن برای انسان مشکل ساز خواهد شد. بنابر این حمل و نقل و استفاده از این لامپ ها باید با احتیاط صورت گیرد.
کلید زنی در کاهش طول عمر این لامپ ها اثر گذار است به این معنی که اگر مدت زمان روشن ماندن این لامپ ها در هر بار تنها چند دقیقه باشد، طول عمر آنها به شدت کاهش می یابد.
به طوری که دوره های 5 دقیق های روشن ماندن لامپ ها، طول عمر این لامپ ها را به میزان 85 درصد کاهش میدهد.
برای پیشگیری از چنین مشکلی باید هر بار حداقل به مدت 15 دقیقه لامپ های کم مصرف را روشن نگه داشت.
به همین خاطر استفاده از این لامپ ها در مکان هایی که لازم است مدت زمان کوتاهی روشن شوند به صرفه نیست.
همچنین کاهش یا افزایش دمای محیط نسبت به دمای 25 ٔ سلسیوس منجر به کاهش شار نوری لامپ می شود.
با پیش گرمایش الکترودهای لامپ با اعمال ولتاژ و جریان به آنها، الکترون هایی از الکترودها ساطع می شود که این الکترون ها با اتم های بخار جیوه داخل لامپ برخورد کرده و باعث بر انگیختگی اتم های جیوه می شوند.
با بازگشت اتم های جیوده از حالت برانگیخته به حالت پایه، تابش فرابنفش در داخل تیوب ایجاد می شود.
پرتوهای فرابنفش با ماده فلورسنت که دیواره لوله از آن پوشیده شده، برخورد کرده و موجب خروج نور با طول موج بلندتر و در ناحیه قابل رؤیت طیف می شود.
به عبارت دیگر پوشش داخلی لامپ که معمولاً از فسفر تشکیل شده است، پرتوهای نامرئی را به نور مرئی تبدیل میسازد.
برای راه اندازی این لامپ ها به صورت پایدار، نیاز به بالاست ِ مغناطیسی به همراه استارتر (راه انداز)است.
پس از اعمال ولتاژ باال توسط استارتر (راه انداز) و یونیزه شدن اتم های جیوه و راه اندازی لامپ، بالاست ِ مغناطیسی با ایجاد یک مقاومت در مسیر لامپ، جریان کاری لامپ را محدود می کند و از بروز اتصال کوتاه بین فاز و نول متصل به لامپ جلوگیری می کند.
امروزه با پیشرفت مدارهای الکترونیکی، به جای بالاست ِ مغناطیسی از بالاست ِ های الکترونیک مبتنی بر فناوری سوییچینگ استفاده می شود که علاوه بر افزایش
راندمان نوری، طول عمر لامپ را نیز افزایش داده و نوری بدون سوسو زدن محسوس ایجاد میکند. ضمنا ً این نوع بالاست در مدار سیم کشی لامپ به استارتر هم نیاز ندارد.
لازم به ذکر است که فرکانس سوییچینگ باالست های الکترونیکی بسیار بالاتر از فرکانس کاری بالاست مغناطیسی است.
هنگامی که لامپ فلورسنت با بالاست مغناطیسی و با فرکانس برق شهر (Hz 50) راه اندازی شود، نور لامپ با فرکانس 100Hz انتشار می یابد.
در اثر پدیدهای که به آن اثر استروبوسکوپیک می گویند، المان های دوار با فرکانس برق شهر، تحت تابش نوری با100Hz فرکانس برق شهر به صورت ساکن به نظر می رسند.
این مسئله ممکن است در محیط های کاری صدمات جبران ناپذیری را به همراه داشته باشد. درحالی که استفاده از بالاست ها الکترونیکی با فرکانس سوییچینگ چند ده کیلوهرتز، فاقد اثر استروبوسکوپیک است.
لامپ فلورسنت فشرده (CFL)
لامپ های فلورسنت فشرده از ابتدای دهه ٔ هشتاد میلادی تجاری شده اند. هدف از تولید لامپ های فلورسنت فشرده، جایگزینی لامپ های التهابی پر مصرف با این لامپ ها بود.
از این رو، به این لامپ ها، لامپ کم مصرف نیز گفته می شود. به طور سرانگشتی شار نوری یک لامپ 20 وات کم مصرف(فلورسنت فشرده) معادل یک لامپ 100 وات است.
تیوب این لامپ ها به شکل U ،تمام مارپیچی، نیم مارپیچی، لوتوس (اتحاد) و… ساخته می شوند و مکانیسم کارکرد آن ها همانند لامپ های فلورسنت خطی است.
در این لامپ ها بالاست الکترونیکی منجر به کاهش ابعاد و وزن لامپ و نیز عدم سوسو زنی لامپ می شود.
طول عمر یک لامپ فلورسنت فشرده حدود 8000 تا 15000 ساعت است.
به منظور استفاده از کم سو ساز نوری در مدار لامپ های فلورسنت فشرده، حتماً باید بالاست الکترونیکی طراحی شده، قابلیت کار با کمسو ساز را داشته باشد.
در غیراین صورت طول عمر لامپ کاهش می یابد و لامپ سو سو می زند و عملکرد ناپایداری از خود بروز می دهد.
مزایای لامپ فلورسنت
معایب لامپ های فلورسنت
نکته
وقتی یک لامپ فلورسنت یا فلورسنت فشرده می شکند، بخار جیوه موجود در آن که گازی سمی و خطرنا ک است، در فضا پرا کنده می شود. لذا نباید به خرده های لامپ دست زد و نیز نباید برای جمع کردن خرده های لامپ از جارو برقی استفاده کرد. باید بالفاصله پنجره ها را باز و به مدت 15 دقیقه اتاق را تخلیه کرد تا بخارهای جیوه از محیط خار ج شود و سپس با ماسک و دستکش، خرده های لامپ را در ظرفی محکم و در دار یا دو الیه کیسه ٔ پالستیکی قرارداد و در آن را محکم بست.
لامپ بخارسدیم پرفشار
اساس عملکرد این لامپ و سایر لامپ های گازی، تخلیه الکتریکی است. در این لامپ ها اتم گاز تحریک شده و نتیجتا ً الکترونی از یک مدار پایین به مدار بالاتر که ناپایدارتر است، حرکت می کند.
الکترون جهت پیدا کردن یک موقعیت پایدارتر مجددا به حالت اولیه یا یک مدار پایین تر برمی گردد. این عمل با آزاد شدن انرژی به صورت انرژی نورانی و گرمایی همراه است.
لامپ های گازی بخار سدیم پرفشار به علت اینکه فشار درون محفظه ٔ آن ها بیش از 0/1 بار(10000 پاسگال) است به پرفشار معروف هستند.
البته هنگام روشن شدن، فشار گاز داخل آن ها تا 10MPa افزایش می یابد. درون محفظه از بخار گاز سدیم و گزنون (گاز بی اثر) پر شده است.
جهت تخلیه اولیه ٔ ولتاژی حدود 5kv نیاز است و جریان تخلیه بین 1 تا 10 آمپر است. دمای محفظه ٔ تخلیه تا چندین هزار درجه ٔ سلسیوس بالا می رود.
بهره ٔ نوری این لامپ ها در حالت معمول تا 130 و در شرایط خاص تا 150 لومن بر وات ثبت شده است.
طول عمر این لامپ ها نسبتا بالا است، به طوری که لامپ هایی با طول عمر متوسط 32000 ساعت نیز ارائه شده است.با توجه به درجه ٔ حرارت داخلی باالی این لامپ ها، درجه ٔ حرارت محیط بر عملکرد آن ها بی تأثیر است.
ضریب نمود رنگ (CRI)این لامپ ها پایین و دارای طیف زرد و کمی طیف آبی است؛ درنتیجه رنگ قرمز زیر این لامپ ها به خوبی قابل رؤیت نیست. کاربرد اصلی این لامپ ها روشنایی خیابان ها است و برای این کار بسیار مناسب هستند.
