לחיצה על המתג - והחדר החשוך השתנה באופן מיידי, הפרטים של האלמנטים הקטנים ביותר של הפנים נראו גלויים. כך מתפשטת אנרגיה ממכשיר קטן באופן מיידי, ומציפה הכל מסביב באור. מה גורם לך ליצור קרינה כל כך חזקה? התשובה מוסתרת בשם מכשיר התאורה, הנקרא מנורת ליבון.
ההיסטוריה של יצירת אלמנטי התאורה הראשונים
המקור של מנורות הליבון הראשונות מתחילת המאה ה-19. או ליתר דיוק, המנורה הופיעה קצת מאוחר יותר, אבל ההשפעה של זוהר של מוטות פלטינה ופחמן תחת פעולת אנרגיה חשמלית כבר נצפתה. שתי שאלות קשות עלו בפני מדענים:
- למצוא חומרים בעלי התנגדות גבוהה המסוגלים להתחמם בהשפעת זרם למצב של פליטת אור;
- מניעת בעירה מהירה של החומר באוויר.
מחקר והמצאות של המדען הרוסי אלכסנדר ניקולאביץ' לודיגין ושל תומס אדיסון האמריקאי.
Lodygin הציע להשתמש במוטות פחמן כיסוד ליבון, שהיו בבקבוק אטום. החיסרון של העיצוב היה הקושי לשאוב אוויר, ששאריותיו תרמו לבעירה מהירה של המוטות. אבל עדיין, המנורות שלו בערו במשך כמה שעות, והפיתוחים והפטנטים הפכו לבסיס ליצירת מכשירים עמידים יותר.
המדען האמריקאי תומס אדיסון, לאחר שהכיר את יצירותיו של לודיגין, הכין בקבוק ואקום יעיל, שבו הניח חוט פחמן עשוי סיבי במבוק. אדיסון גם סיפקה לבסיס המנורה חיבור הברגה הטבוע במנורות מודרניות, והמציא אלמנטים חשמליים רבים, כגון: תקע, נתיך, מתג סיבובי ועוד ועוד. היעילות של מנורת הליבון אדיסון הייתה קטנה, אם כי היא יכלה לעבוד עד 1000 שעות זמן וקיבלה שימוש מעשי.
לאחר מכן, במקום יסודות פחמן, הוצע להשתמש במתכות עקשנות. חוט הטונגסטן המשמש במנורות ליבון מודרניות היה גם רשם פטנט על ידי Lodygin.
התקן ועיקרון הפעולה של המנורה
העיצוב של מנורת ליבון לא השתנה מהותית במשך יותר ממאה שנים. זה כולל:
- בקבוק אטום הרמטית התוחם את חלל העבודה ומלא בגז אינרטי.
- המסד שיש לוצורת ספירלה. הוא משמש להחזיק את המנורה בשקע ולחבר אותה חשמלית לחלקים נושאי זרם.
- מוליכים שמוליכים זרם מהבסיס לספירלה ומחזיקים אותו.
- ספירלת ליבון, שחימוםה יוצר פליטת אנרגיית אור.
כאשר זרם חשמלי עובר דרך סליל, הוא מתחמם באופן מיידי לטמפרטורות הגבוהות ביותר עד 2700 מעלות. זאת בשל העובדה שלספירלה יש התנגדות זרם גדולה ומושקעת אנרגיה רבה כדי להתגבר על התנגדות זו, המשתחררת כחום. חום מחמם את המתכת (טונגסטן), והיא מתחילה לפלוט פוטונים של אור. בשל העובדה שהבקבוקון אינו מכיל חמצן, טונגסטן אינו מתחמצן במהלך החימום, והוא אינו נשרף. גז אינרטי מונע מחלקיקי מתכת חמים להתאדות.
מהי היעילות של מנורת ליבון
יעילות מראה איזה אחוז מהאנרגיה שהוצאה מומרת לעבודה שימושית, ומה לא. במקרה של מנורת ליבון, היעילות נמוכה, מכיוון שרק 5-10% מהאנרגיה עוברת לפליטת אור, השאר משתחרר כחום.
היעילות של מנורות הליבון הראשונות, שבהן פעל מוט הפחמן בתור חוט הלהט, הייתה אפילו נמוכה יותר בהשוואה למכשירים מודרניים. זאת בשל הפסדים נוספים עקב הסעה. לחוטים ספירליים יש אחוז נמוך יותר מההפסדים האלה.
היעילות של מנורת ליבון תלויה ישירות בטמפרטורת החימום של הספירלה. כסטנדרט, סליל מנורה 60 W מתחמם עד 2700 ºС, בשעהיעילות זו היא רק 5%. אפשר להעלות את ערך החימום ל-3400 ºС על ידי הגדלת המתח, אבל זה יקצר את חיי המכשיר ביותר מ-90%, אם כי המנורה תאיר יותר והיעילות תגדל ל-15%.
לא נכון לחשוב שעלייה בהספק המנורה (100, 200, 300 W) מביאה לעלייה ביעילות רק בגלל שהבהירות של המכשיר גדלה. המנורה החלה לזרוח בבהירות רבה יותר בשל העוצמה הגדולה יותר של הספירלה עצמה, וכתוצאה מתפוקת אור גדולה יותר. אבל גם עלויות האנרגיה גדלו. לכן, היעילות של מנורת ליבון של 100 וואט תהיה גם בטווח של 5-7%.
זנים של מנורות ליבון
מנורות ליבון מגיעות במגוון עיצובים ומטרות פונקציונליות. הם מחולקים לגופי תאורה:
- שימוש כללי. אלה כוללים מנורות לשימוש ביתי בעוצמה שונה, המיועדות למתח רשת של 220 וולט.
- עיצוב דקורטיבי. יש להם סוגים לא סטנדרטיים של צלוחיות בצורה של נרות, כדורים וצורות אחרות.
- סוג תאורה. מנורות צבעוניות בהספק נמוך להארות צבעוניות.
- יעד מקומי. התקני מתח בטוחים עד 40 V. הם משמשים על שולחנות ייצור, כדי להאיר את מקומות העבודה של כלי מכונות.
- ציפוי מראה. מנורות היוצרות אור כיווני.
- סוג אות. נהג לעבוד במרכזי המחוונים של מכשירים שונים.
- להובלה. מגוון רחב של מנורות עם עמידות ואמינות מוגברת לבלאי. כולל עיצוב ידידותי למשתמש להחלפה מהירה.
- לזרקורים. מנורות בעלות הספק מוגבר, מגיעות עד 10,000 ואט.
- עבור מכשירים אופטיים. מנורות למקרני סרטים והתקנים דומים.
- קוממוטטור. משמש כקטעים של התצוגה הדיגיטלית של מכשירי מדידה.
צדדים חיוביים ושליליים של מנורות נימה
להתקני תאורה מסוג ליבון יש מאפיינים משלהם. חיוביות כוללות:
- הצתה מיידית של הסליל;
- בטיחות סביבתית;
- גודל קטן;
- מחיר הוגן;
- היכולת ליצור מכשירים בעלי הספק ומתח פעולה שונים של AC ו-DC;
- רבגוניות של יישום.
לשלילי:
- מנורת ליבון ביעילות נמוכה;
- רגישות לנחשולי מתח מצילי חיים;
- שעות עבודה קצרות שלא יעלו על 1000;
- סכנת שריפה של מנורות עקב חימום חזק של הנורה;
- עיצוב שביר.
סוגים אחרים של גופי תאורה
ישנן מנורות תאורה, שהעיקרון שלהן שונה מהותית מפעולתן של מנורות ליבון. אלה כוללים פריקת גז ומנורות LED.
יש הרבה מנורות קשת או פריקת גז, אבל כולן מבוססות על זוהר הגז כאשר מתרחשת קשת בין האלקטרודות. הזוהר מתרחש בספקטרום האולטרה סגול, אשר הופך לאחר מכן לגלוי לעין האנושית.על ידי מעבר דרך ציפוי הזרחן.
התהליך המתרחש במנורת פריקת גז כולל שני שלבי עבודה: יצירת פריקת קשת ושמירה על יינון וזוהר הגז בנורה. לכן, לכל סוגי גופי תאורה כאלה יש מערכת בקרה שוטפת. מכשירי פלורסנט הם בעלי יעילות גבוהה יותר מאשר מנורות ליבון, אך אינם בטוחים מכיוון שהם מכילים אדי כספית.
מכשירי תאורת LED הם המערכות המודרניות ביותר. היעילות של מנורת ליבון ומנורת לד היא ללא השוואה. באחרון הוא מגיע ל-90%. עקרון הפעולה של ה-LED מבוסס על זוהר של סוג מסוים של מוליכים למחצה בהשפעת מתח.
מה שנורת ליבון לא אוהבת
חייה של מנורת ליבון רגילה יתקצרו אם:
- המתח ברשת מוגזם כל הזמן מהנומינלי, שעבורו מיועד מכשיר התאורה. זה נובע מעלייה בטמפרטורת ההפעלה של גוף החימום וכתוצאה מכך, אידוי מוגבר של סגסוגת המתכת, מה שמוביל לכישלון שלה. למרות שהיעילות של מנורת הליבון תהיה גדולה יותר.
- נער בחדות את המנורה במהלך הפעולה. כאשר מחממים את המתכת למצב קרוב להמסה, והמרחק בין סיבובי הספירלה מצטמצם עקב התרחבות החומר, כל תנועה מכנית ופתאומית עלולה להוביל למעגל בין פניות בלתי מורגש לעין. זה מקטין את ההתנגדות הכוללת של הסליל לזרם, תורם לחימום גדול יותר ומהיר שלושחיקה.
- מים יגיעו לבקבוק המחומם. הפרש טמפרטורה מתרחש בנקודת הפגיעה, מה שגורם לזכוכית להישבר.
- גע באצבעותיך בנורה של מנורת ההלוגן. מנורת הלוגן היא סוג של מנורת ליבון, אך בעלת תפוקת אור וחום גבוהה משמעותית. כשנוגעים בו, כתם שמנוני בלתי נראה מהאצבע נשאר על הבקבוק. בהשפעת הטמפרטורה, השומן נשרף ויוצר משקעי פחמן המונעים העברת חום. כתוצאה מכך, בנקודת המגע, הזכוכית מתחילה להימס ועלולה להתפוצץ או להתנפח, לשבש את משטר הגזים בפנים, מה שמוביל לשחיקה של הספירלה. מנורות ליבון הלוגן בעלות יעילות גבוהה יותר מאלו הרגילות.
איך מחליפים את המנורה
אם המנורה נשרפה, אך הנורה לא קרסה, אז אתה יכול להחליף אותה לאחר שהתקררה לחלוטין. במקרה זה, כבה את החשמל. בהברגת המנורה אין צורך לכוון את העיניים לכיוונה, במיוחד אם אין אפשרות לכבות את החשמל.
כאשר הנורה התפוצצה, אך שמרה על צורתה, רצוי לקחת מטלית כותנה, לקפל אותה למספר שכבות ולעטוף אותה סביב המנורה, לנסות להסיר את הזכוכית. לאחר מכן, באמצעות פלייר עם ידיות מבודדות, הברג בזהירות את הבסיס והברג מנורה חדשה. כל הפעולות חייבות להתבצע כשהחשמל כבוי.
מסקנה
למרות שהיעילות של מנורת ליבון היא אחוז קטן ויש לה יותר ויותר מתחרים, היא רלוונטית בהרבה תחומי חיים. יש אפילו את הנורה העתיקה ביותר, שפועלת ברציפות במשך יותר ממאה שנים.האם אין זה אישור והנצחה לגאונות המחשבה של אדם השואף לשנות את העולם?
