المپياد جهاني فيزيك
 پيوندهاي المپياد فيزيك
 
 لامپ (زنگ تفريح 228)
لامپ (زنگ تفريح 228)زنگ تفريح فيزيك
ساختار لامپ حبابي

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

لامپ حبابي

 

 

قبل از اختراع لامپ حبابي،‌ دنياي روشنايي كمي كثيف‌كاري داشت! تعداد زيادي شمع و مشعل كه مي‌توانست اتاق نسبتاً بزرگي را روشن كند. بعد از آن چراغ نفتي روش مؤثري بود و نياز به تعداد زيادي شمع و مشعل و دوده‌هاي آنها را كمتر مي‌كرد. وقتي دانش الكتريستيه تازه در قرن 19 اختراع شد، عده‌ي زيادي از آن استفاده كردند. سر ژوزف سووآن انگليسي و تواس اديسون آمريكايي هردو تقريباً در يك زمان(1878 و 1879) ظرف 25 سال نور را به خانه‌هاي مردم سرتاسر دنيا بردند. اين فناوري بسيار ساده بود و سريع قابل گسترش بود و روش‌هاي كهن را براي هميشه كنار زد.

نكته‌ي جالب در مورد اين نقطه عطف تاريخي اين است كه لامپ حبابي شكل ساده‌تري هم نمي‌تواند به خود بگيرد و از نظر ظاهر و تكنيك به همين صورتي‌ست از قديم هم بوده. از زمان اديسون تا الان شكل لامپ‌ها فرقي نكرده است. دراين مطلب لامپ حبابي را معرفي و اجزاي آن را توضيبح مي‌دهيم.

 

اساس نور

 

 

نور شكلي از انرژي است كه از اتم گسيل مي‌شود. نور به خودي خود از ذرات ريزتري تشكيل شده است كه تكانه و انرژي دارند ولي جرم ندارند. اين ذرات فوتون ناميده شدند. وقتي الكترون‌ها برانگيخته مي‌شوند فوتون ساطع مي‌شود. اگر در مورد اتم‌ها اطلاع داريد حتماً مي‌دانيد كه الكترون‌ها بار منفي دارند و دور هفته اتم مي‌گردند. هسته بار مثبت دارد. الكترون‌هاي اتم ترازهاي انرژي متفاوت دارند. اين بستگي به سرعت و فاصله‌شان از هسته دارد. الكترون‌هاي ترازهاي مختلف انرژي اوربيتال‌هاي متفاوتي را اشغال مي‌كنند. عموماً الكترون‌هايي كه انرژي بيشتري دارند در اوربيتال‌هاي دورتر از هسته حركت مي‌كنند.

 

 

وقتي اتمي انرژي مي‌گيرد يا از دست مي‌دهد، اين تغيير با حركت الكترون بيان مي‌شود. وقتي مقداري انرژي به الكترون مي‌رسد، الكترون ممكن است به اوربيتال بالاتري برود (دورتر از هسته). الكترون اين مكان را براي مدت كسري از ثانيه نگه  مي‌دارد و تقريباً خيلي فوري به محل قبلي خودش برمي‌گردد. دريحن برگشتن به محل قبلي انرژي اضافي به‌صورت فوتون توليد مي‌شود. در بعضي‌ موارد اين فوتون‌ها مرئي هستند (يعني در گستره‌ي مرئي طيف هستند كه ما با چشم مي‌بينيم).

طول‌موج نور گسيلي (رنگ)‌ بستگي به ميزان انرژي گسيلي دارد كه آنهم به مكان الكترون در هسته بستگي دارد. در نيتجه، اتم‌هاي مختلف انواع مختلف فوتون‌هاي نوري گسيل مي‌‌كنند. به عبارت ديگر، رنگ نور بستگي به نوع برانگيختگي اتم دارد.

 

ساختار لامپ حبابي

 

لامپ‌ها ساختار بسيار ساده‌اي دارند. در قسمت پايه،‌ دو اتصال فلزي دارند كه به جريان الكتريكي متصل مي‌شوند. اين اتصال‌ها به دو سيم سفت وصل شده كه خود آنها به فيلامان فلزي نازكي  متصل هستند. فيلامان در بخش مياني حباب قرار مي‌گيرد كه با پايه‌ي شيشه‌اي نگه داشته مي‌شود. سيم‌ها و فيلامان درون حباب هستند كه پُر از ساكن مثل آرگون است.

 

 

وقتي از لامپ مي‌خواهيم استفاده كنيم، جريان برق در محل تماس و سيم‌ها و فيلامان برقرار مي‌شود. جريان برق در رساناي جامد حركت الكترون‌هاي آزاد زيادي است كه به اتم‌ چندان مقيد نيستند و از منطقه‌اي با بار منتفي به بار مثبت مي‌روند. دراين حين كه الكترون‌ها در فيلامان جريان دارند،‌ به‌طور پيوسته به اتم ضربه مي‌زنند. انرژي هر ضربه اتم را مرتعش مي‌كند. به عبارت ديگر،‌جريان اتم‌ را گرم مي‌كند. رساناي نازگ‌تر سريع‌تر گرم مي‌شود چون مقاومت بيشتري نسبت به نوع ضخيم‌تر خود دارد.

 الكترون‌هاي مقيد در اتم‌ها مرتعش مي‌شوند و ممكن است باعث تغيير تراز شوند. وقتي به تراز پايين‌تر يا اصلي خود برمي‌گردند، فوتون نوري منتشر مي‌كنند. اتم‌هاي فلزي بيشتر در طول ‌موج فروسرخ گسيل دارند. ولي اگر گرم شوند، و به تراز بالاتر بروند( حدود4000 درجه فارنهايت يا 2200 درجه سانتيگراد)، به اندازه كافي نور مرئي گسيل مي‌كنند (اين دما حدود دمايي لامپ است).

فيلامان در لامپ از فلز بسيار نازك و طويل تنگستن درست شده است. در لامپ‌هاي 60وات، فيلامان 65 فوتي(2متر) طول دارد كه يك هزارم اينچ ضخامت دارد. تنگستن سيم‌پيج دولايه‌اي شده در لامپ جا شود. يعني فيلامان نقش يه سم‌پيچ را بازي مي‌كند و سپس سيم‌پيچ بزرگتر مي‌شود. در لامپ 60 واتي سيم‌پيچ كمي كوتاه‌تر است. تنگستن تقريباً در تمام لامپ‌ها به كار مي‌رود چون ماده‌ي مناسبي براي فيلامان است.

 

فيلامان

 

 

همانطور كه ديديم فلز بايد گرم شود تا بتواند نور مرئي توليد كند. بيشتر فلزات به دماي لازم كه مي‌رسند ساختار جامدشان را از دست مي‌دهند و مايع مي‌شوند؛ بهمين دليل تنگستن انخاب شد چون رفتار غيرعادي داشت.

ولي اگر شرايطي فراهم باشد، تنگستن در دماهاي بسيار بالا آتش مي‌گيرد. دليل اشتعال كنش بين دو ماده شيميايي است كه وقتي يكي به دماي بحراني مي‌رسد اين اتفاق مي‌افتد. روي زمين اشتعال بين اكسيژن در جو و ماده گرم شده روي زمين اتفاق مي‌افتد منتهي ديگري تركيبات شيميايي هم ممكن است مشتعل شوند.

 

فيلامان لامپ در چنبره‌ي خالي از اكسيژن مهروموم شده كه از اشتعال جلوگيري كند. در لامپ‌هاي اوليه، تمام هوا گرفته مي‌شد تا محيطي نزديك خلأ ايجاد شود. ولي مشكل اينجا بود كه اتم‌هاي تنگستن در دماهاي بالا بخار مي‌شدند و هر اتم تنگستن به اندازه‌اي مرتعش مي‌ود كه از اتم جدا شده و در هوا حركت كند. در لامپ خلأ اتم‌هاي آزاد در مسير مستقيم حركت كرده و  در يك طرف لامپ جمع شود. اتم‌هاي بيشتر و بيشتر باعث ضعيف‌تر شدن تنگستن مي‌شوند. همين يعني كوتاه شدن عمر لامپ.

درلامپ‌هاي امروزي گاز داخلي، آرگون است كه باعث مي‌شود تنگستن كمتري از بين برود. وقتي تنگستن بخار مي شود،‌شانس اينكه با اتم آرگون برخورد كند و به فيلامان برگردد زياد است. وقتي گازهاي داخلي كنشي با ديگر عناصر نداشته باشد، هيچ شانسي براي تركيب كنش در ايجاد حريق هم ندارد.

لامپ‌هاي ارزان و ساده‌ موفقيت عجيبي داشته‌اند. هنوز هم پُرفروش‌ترين نوع روشنايي داخلي هستند. ولي با تمام اين شواهد، به تدريج بايد از فناوري‌هاي نوين استفاده كرد.

لامپ‌هاي رنگ سيماب بيشتر انرژي‌شان را به‌صورت فروسرخ گسيل مي كنند و فقط حدود 10 درصد نور مرئي توليد مي‌شود. اين يعني از دست دادن انرژي و مصرف برق زياد. منابع سرد نور مثل فلووئورسانت و LED به اين اندازه انرژي از دست نمي‌دهند و نور بيشتري توليد مي كنند. به همين دليل زياد استفاده مي‌شوند.

 

نوراني‌ و نوراني‌تر و نوراني‌ترين!

 

لامپ‌ها براساس توان‌ الكتريكي‌شان دسته‌بندي مي‌شوند. لامپ‌هاي با وات (واحد توان الكتريكي) بيشتر فيلامان‌هاي بزرگتري هم دارند و نور بيشتري توليد مي‌كنند. لامپ سه راهي دو فيلامان با ولتاژهاي متفاوت دارد. يك 50 واتي يك 100 واتي. فيلامان‌ها دو مدار جداگانه‌ دارند كه مي‌تواند به سوكت‌هاي سه‌تايي هم متصل شود.

سوئيچ سوكت سه راهي اين امكان را مي‌دهد كه سه تراز مختلف نور منتشر شود. در پايين‌ترين تراز،‌ سوئيچ به فيلامان 50 واتيس نزديك است. در تراز مياني به 100 واتي نزديك است. و روشن‌ترين تراز به هردو. به اين ترتيب لامپ 150 واتي عمل مي‌كند.

 

 

 

1390/10/12لينک مستقيم

نظر شما پس از تاييد در سايت قرار داده خواهد شد
نام :
پست الکترونيکي :
صفحه شخصي :
نظر:
تاییدانصراف
 
 المپياد فيزيك

 

     

 

 

صفحه‌ي اصلي

     

 

راهنماي سايت

     

 

 

آموزش

     

 

بانك سوال

     

 

 

مسابقه

     

 

 

زنگ تفريح

     

 

 

مصاحبه و گزارش

     

 

 

معرفي كتاب

     

 

 

مشاوره

     

 

 

پرسش‌و‌پاسخ‌علمي

     

 

اخبار

 

فعاليت‌هاي علمي

 سايت‌هاي المپياد فيزيك
 بازديدها
كاربران غيرعضو آنلاينكاربران غيرعضو آنلاين:  2489
 كاربران عضو آنلاين:  0
  کل كاربران آنلاين:  2489