ثورة في الإضاءة Lighting A Revolution

ثورة في الإضاءة Lighting A Revolution



المصابيح - مكوناتها وفكرة عملها المبسطة
المصابيح المتوهجة أو المنيرة Incandescent Lamps



وهي
ذات السلك الوهاج والمعروف بالشعيرة حيث تصنع الشعيرات من مواد معدنية
تقاوم تدفق التيار الكهربائي, حيث يتدفق التيار الكهربائي خلال المادة ذات
مقاومة عالية مثل الكاربون Carbon أو التنكستن Tungsten فتتولّد حرارة عالية تجعل المادة تتوهج و تصبح ساطعة ومنيرة.
عادة
في الخطوط الكهربائية والأسلاك الرئيسية التي تصنع من مواد ذات مقاومة
منخفضة مثل نحاس أو الألمنيوم, لذلك في العادة هي لا تسخن ولا تتوهج.

مصابيح صوديوم ذات الضغط العالي High Pressure Sodium Lamps



لتصنيع
مصابيح صوديوم فقد توجب العمل بمواد غريبة فبعد اختراع وتوفر مادة تجعل من
الصوديوم أن لا يتآكل وهو نوع جديد من خزف أوكسيد الألمنيوم الذي نجح لهذا
الغرض, بالرغم من أن المادة تبدو بلون أبيض حليبي، فهي في الحقيقة غير
شفافة تماما فنسبة شفافيتها هي بنسبة 95 %.
واجهت
تصنيع هكذا مصابيح عدة صعوبات في ختم نهايات الأنابيب فهناك فقط بضعة مواد
تتماسك مع الخزف الجديد، وهي لا تذوب مثل الزجاج, ولهذا استخدمت أختام
نيوبيوم Niobium حيت كانت العلاج الناجح.
منذ
اختراع هذا المصباح في الستينات القرن الماضي، طورت مواد وطرق التصنيع
والتقنيات المستخدمة في الختم حيث استخدمت الكثير من الأساليب وطورت
تقنيات العمل مع مواد غير عادية.
في السبعينات من القرن الماضي اخترعت مادة أوكسيد الألمنيوم الشفافة من قبل Corning Glass واستعملت في تصنيع المصابيح من قبل شركة ويستينكهاوس Westinghouse, وبذلك حصلنا على مصابيح صوديوم ذات الضغط العالي High Pressure Sodium Lamps التي هي بين أيدينا الآن وتستخدم في إنارة الشوارع والطرقات والساحات العامة بلونها المصفر.

مصابيح تنكستن هالوجين Tungsten Halogen Lamps



هذه المصابيح ذات سطوع عالي وتحصل فيها دورة لغاز الهالوجين في مصباح المتوهج The Halogen Cycle in an Incandescent Lamp كما في الخطوات التالية:

1. تتبخر ذرات التنكستن من عند الشعيرة الحارة وتتحرك نحو الجدار الأبرد للبصلة.
   
2. تتحد ذرات التنكستن و الهالوجين و الأوكسجين وتجمع عند جدار البصلة لتشكل جزيئات Tungsten Oxyhalide Molecules .
   
3. تبقي درجة حرارة جدار البصلة الـ Tungsten Oxyhalide Molecules في حالة بخار, وتتحرك الجزيئات نحو الشعيرة الحارة حيث درجة الحرارة الأعلى فتكسرهم وتجزئهم كل على حدة.
   
4. تودع
   ذرات التنكستن ثانية على المناطق الأبرد للشعيرة وليست في الأماكن نفسها
   التي منها قد تبخرت, تحدث تكسرات عادة قرب نقاط الارتباطات بين شعيرة
   التنكستن وأسلاك molybdenum الموصلة حيث درجة الحرارة تهبط هناك بشدة.
   

مصابيح التفريغ Discharge Lamps



فيها تنتقل ألالكترونات بين نهاتي المصباح فتأين ذرات الغاز في أنبوبة المصباح, هذا النوع من المصابيح يحتاج إلى ملف خانق Ballast للسيطرة على التيار وكذلك يحتاج إلى بادئ للتشغيل Starter لبدء تدفق التيار خلال الغاز داخل الأنبوب الزجاجي.
استعمل العديد من الغازات والمواد في هذا النوع من المصابيح, مثل النيون و الزئبق والصوديوم في
مثل هذه المصابيح, (أن الاسم الشائع لدى الناس لهذه المصابيح هو مصابيح
النيون أو مصابيح الفلوريسنت) وجميع هذه الانواع من المصابيح تحتوي بقدر
ما على الزئبق Mercury وهو ملوث للبيئة.

مصابيح الفلوريسنت المضغوطة Compact Fluorescent Lamps



هذا النوع الجديد من المصابيح صغيرة الحجم وململمة, هذا من المصابيح يعرف بـ CFLs وهي تشتغل بنفس مبدأ وطريقة مصابيح الأنابيب المشعة التقليدية (مصابيح الفلوريسنت), على أية حال لم تصبح هذه المصابيح عملية حتى تم اختراع الـ Rare-Earth / Aluminate Phosphors في أواخر سبعينات القرن الماضي, لأنه في الوقت السابق لم يكن بإمكان الفسفور Phosphors مقاومة أجهاد قوس التفريغ.
تحتاج مصابيح CFLs دوائر إلكترونية, وهذا مهم جدا خصوصا لـمصابيح الـ CFLs التي استخدمت لاستبدال المصابيح المتوهجة Incandescent Lamps (المكلفة والتي تستهلك الكثير من الطاقة الكهربائية), والتي تعرف في الأسواق بالمصابيح التكاملية Integral Lamps
الموفرة للطاقة وتجهز بالأسواق كقطعة واحدة, فعند تلف الأقطاب الكهربائية
فيها وفشل الأنبوب، يستوجب استبدال كامل المصباح كما هو الحال في المصابيح
المتوهجة العادية, كما تجهز المصابيح الموفرة هذه بتصميم الموديولار Modular Designs وهو
يكون من قطعتين أو جزئيين (كما في الصورة أدناه) فعندما تفشل الأقطاب
الكهربائية يستبدل ذلك الجزء الذي يحوي على قسم الأنبوب فقط ويبقى الجزء
الذي يحوي على الدوائر الالكترونية ليستعمل ثانية (لان الأجزاء
الإلكترونية عادة قيمة وغالية الثمن).

وهناك نموذج آخر تغطى به الأنابيب والمكونات بزجاجة جامعة كما في الصورة التالية.

مصابيح سيليكا كاربيد Silica Carbide Lamps



في هذا المصباح المتوهج Incandescent Lamp يستعمل بلور مفرد من السيليكا كاربيد كشعيرة Filament بدلا من سلك التنكستن Tungsten Wire المعتاد, وهناك مادة أخرى تستخدم هي هافنيوم كاربيد Hafnium Carbide ، جربت لهذا الغرض.
تعتبر هذه الشعيرة الرقيقة والتي تعرف بـ " "Whisker Filament فهي أقوى جدا من التنكستن ولها مقاومة عالية فهي لا تتأثر ولكنها تتغير قليلا فقط أثناء العمر التشغيلي للمصباح, ولكن عموما الصعوبة تكمن في عملية تصنيع وتنمية البلورات حيث تستغرق البلورات وقتا طويلا لنمو وتحت شروط دقيقة في الفرن حيث يجب أن تبقى مستقرة خلال عملية التصنيع.

مصابيح معدن هاليد Metal Halide Lamps



تحصل فيها دورة للهاليد في مصباح التفريغ The Halide Cycle in a Discharge Lamp كما في الخطوات التالية:

1. تتحرك الذرات المعدنية من القوس الكهربائي الحار نحو جدار القوس الأبرد حيث الهاليد Halides.
   
2. قرب الجدار تسمح درجة الحرارة و ضغط البخار للمعادن و للهاليد halides لتشكيل جزيئة مستقرة والتي سوف لن تسبب للأنبوب القوسي بالتآكل.
   
3. تتفكك جزيئة معدن الهاليد عندما تصل القوس الحار.
   
4. يبتعد الهاليد عن القوس، بينما تنشط وتشع المعادن ضوءا.
   

أحيانا الذرات المعدنية سوف لن تندمج مع الهاليد Halide، لكن بدلا من ذلك تهاجر خلال الأنبوب القوسي, و بمرور الوقت تفقد ذرات معدنية بما فيه الكفاية و سيؤدي ذلك إلى فشل المصباح.

المصابيح الكبريتية Sulfur Lamps



ضوء من المايكروويف - يعطي المايكروويف طاقة إلى ذرات الكبريت التي تبعث ثم تبعث الضوء.

الماكنترون Magnetron يولّد مايكروويف الذي يحتوى من قبل الشبكة السلكية وتستخدم مروحة لتبريد البصلة Bulb
و المحرك بسرعة لكي تبقى درجة الحرارة على سطح البصلة وبصورة منتظمة فليس
هناك أقطاب كهربائية داخل البصلة، وحيث أن الكبريت مستقر جدا, فهذه
الأبصال التي هي بحجم كرة الكولف يمكن أن تدوم لوقت طويل جدا, الحقيقة، في
النماذج الحالية من المصابيح يفشل ويعطب الماكنترون Magnetron قبل أن تعطب وتفشل البصلة.