เลื่อนสวิตช์ - และห้องมืดก็เปลี่ยนไปทันที รายละเอียดขององค์ประกอบภายในที่เล็กที่สุดก็ปรากฏให้เห็น นี่คือวิธีที่พลังงานจากอุปกรณ์ขนาดเล็กแพร่กระจายในทันที ทำให้ทุกสิ่งรอบตัวเต็มไปด้วยแสง อะไรทำให้คุณสร้างรังสีที่ทรงพลังเช่นนี้? คำตอบซ่อนอยู่ในชื่ออุปกรณ์ให้แสงสว่างที่เรียกว่าหลอดไส้
ประวัติศาสตร์การสร้างสรรค์องค์ประกอบแสงแรก
ต้นกำเนิดของหลอดไส้หลอดแรกย้อนกลับไปเมื่อต้นศตวรรษที่ 19 หรือมากกว่านั้นหลอดไฟปรากฏขึ้นในภายหลังเล็กน้อย แต่สังเกตผลกระทบของการเรืองแสงของแท่งทองคำขาวและแท่งคาร์บอนภายใต้การกระทำของพลังงานไฟฟ้าแล้ว สองคำถามที่ยากเกิดขึ้นต่อหน้านักวิทยาศาสตร์:
- การหาวัสดุที่มีความต้านทานสูงที่สามารถให้ความร้อนได้ภายใต้อิทธิพลของกระแสไฟสู่สถานะการปล่อยแสง
- ป้องกันการเผาไหม้อย่างรวดเร็วของวัสดุในอากาศ
วิจัยและสิ่งประดิษฐ์ของนักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย Alexander Nikolaevich Lodygin และ Thomas Edison ชาวอเมริกัน
Lodygin แนะนำให้ใช้แท่งคาร์บอนเป็นไส้หลอด ซึ่งอยู่ในขวดที่ปิดสนิท ข้อเสียของการออกแบบคือความยากลำบากในการสูบลมออกซึ่งเศษที่เหลือมีส่วนทำให้เกิดการเผาไหม้อย่างรวดเร็วของแท่ง แต่ถึงกระนั้น โคมไฟของเขาก็ยังถูกเผาไหม้เป็นเวลาหลายชั่วโมง และการพัฒนาและสิทธิบัตรได้กลายเป็นพื้นฐานสำหรับการสร้างอุปกรณ์ที่ทนทานมากขึ้น
นักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกัน โทมัส เอดิสัน ซึ่งทำความคุ้นเคยกับผลงานของ Lodygin ได้ทำกระติกน้ำสุญญากาศที่มีประสิทธิภาพ โดยวางด้ายคาร์บอนที่ทำจากเส้นใยไม้ไผ่ Edison ยังจัดเตรียมฐานโคมไฟด้วยการเชื่อมต่อแบบเกลียวที่มีอยู่ในโคมไฟสมัยใหม่ และได้ประดิษฐ์ส่วนประกอบทางไฟฟ้าหลายอย่าง เช่น ปลั๊ก ฟิวส์ สวิตช์แบบหมุน และอื่นๆ อีกมากมาย ประสิทธิภาพของหลอดไส้ Edison นั้นมีขนาดเล็ก แม้ว่าจะใช้งานได้นานถึง 1,000 ชั่วโมงและใช้งานได้จริง
ต่อมา แทนที่จะใช้ธาตุคาร์บอน ได้มีการเสนอให้ใช้โลหะทนไฟ ไส้หลอดทังสเตนที่ใช้ในหลอดไส้สมัยใหม่ยังได้รับการจดสิทธิบัตรโดย Lodygin
อุปกรณ์และหลักการทำงานของหลอดไฟ
การออกแบบหลอดไส้ไม่มีการเปลี่ยนแปลงโดยพื้นฐานมาเป็นเวลากว่าร้อยปีแล้ว ประกอบด้วย:
- ขวดโหลปิดสนิทที่กั้นพื้นที่ทำงานและบรรจุก๊าซเฉื่อย
- ฐานที่มีรูปร่างเกลียว ทำหน้าที่ยึดหลอดไฟในเต้ารับและต่อไฟฟ้ากับชิ้นส่วนที่มีกระแสไฟ
- ตัวนำที่นำกระแสจากฐานสู่เกลียวและยึดไว้
- หลอดไส้ ความร้อนที่สร้างการปล่อยพลังงานแสง
เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านขดลวด มันจะร้อนขึ้นทันทีที่อุณหภูมิสูงสุดถึง 2700 องศา นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าเกลียวมีความต้านทานกระแสขนาดใหญ่และใช้พลังงานจำนวนมากเพื่อเอาชนะความต้านทานนี้ซึ่งถูกปล่อยออกมาเป็นความร้อน ความร้อนทำให้โลหะร้อนขึ้น (ทังสเตน) และเริ่มปล่อยโฟตอนของแสง เนื่องจากขวดไม่มีออกซิเจน ทังสเตนจึงไม่เกิดออกซิไดซ์ในระหว่างการให้ความร้อนและไม่เกิดการไหม้ ก๊าซเฉื่อยช่วยป้องกันไม่ให้อนุภาคโลหะร้อนระเหย
ประสิทธิภาพของหลอดไส้เป็นอย่างไร
ประสิทธิภาพแสดงให้เห็นว่าเปอร์เซ็นต์ของพลังงานที่ใช้ไปถูกแปลงเป็นงานที่มีประโยชน์และอะไรไม่ได้ ในกรณีของหลอดไส้ ประสิทธิภาพจะต่ำ เนื่องจากมีเพียง 5-10% ของพลังงานที่ปล่อยแสง ส่วนที่เหลือจะถูกปล่อยออกมาเป็นความร้อน
ประสิทธิภาพของหลอดไส้หลอดแรกซึ่งแท่งคาร์บอนทำหน้าที่เป็นไส้หลอดนั้นต่ำกว่าเมื่อเทียบกับอุปกรณ์สมัยใหม่ นี่เป็นเพราะการสูญเสียเพิ่มเติมเนื่องจากการพาความร้อน เส้นใยเกลียวมีเปอร์เซ็นต์การสูญเสียที่ต่ำกว่า
ประสิทธิภาพของหลอดไส้ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิความร้อนของเกลียวโดยตรง ตามมาตรฐาน คอยล์หลอด 60 W ให้ความร้อนสูงถึง 2700 ºС atประสิทธิภาพนี้เป็นเพียง 5% สามารถเพิ่มค่าความร้อนได้ถึง 3400 ºС โดยการเพิ่มแรงดันไฟฟ้า แต่จะทำให้อายุการใช้งานของอุปกรณ์ลดลงกว่า 90% แม้ว่าหลอดไฟจะสว่างขึ้นและประสิทธิภาพจะเพิ่มขึ้นเป็น 15%
มันผิดที่คิดว่าการเพิ่มกำลังไฟของหลอดไฟ (100, 200, 300 W) ทำให้ประสิทธิภาพเพิ่มขึ้นเพียงเพราะความสว่างของอุปกรณ์เพิ่มขึ้น หลอดไฟเริ่มส่องแสงสว่างขึ้นเนื่องจากพลังของเกลียวที่มากขึ้น และเป็นผลมาจากแสงสว่างที่มากขึ้น แต่ต้นทุนด้านพลังงานก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน ดังนั้นประสิทธิภาพของหลอดไส้ 100W ก็จะอยู่ภายใน 5-7%
หลอดไส้แบบต่างๆ
หลอดไส้มีหลายแบบและใช้งานได้หลากหลาย แบ่งออกเป็นโคมไฟ:
- ใช้งานทั่วไป. ซึ่งรวมถึงโคมไฟสำหรับใช้ในบ้านที่มีกำลังไฟต่างกัน ออกแบบมาสำหรับแรงดันไฟหลัก 220 V.
- ออกแบบตกแต่ง. พวกเขามีขวดที่ไม่ได้มาตรฐานในรูปแบบของเทียน ทรงกลม และรูปทรงอื่นๆ
- ประเภทการส่องสว่าง. โคมไฟสีพลังงานต่ำเพื่อการส่องสว่างที่มีสีสัน
- ปลายทางในท้องที่. อุปกรณ์แรงดันไฟที่ปลอดภัยสูงถึง 40 V ใช้ในตารางการผลิตเพื่อให้แสงสว่างแก่สถานที่ทำงานของเครื่องมือกล
- เคลือบกระจก. โคมไฟที่สร้างแสงทิศทาง
- ประเภทสัญญาณ เคยทำงานในแดชบอร์ดของอุปกรณ์ต่างๆ
- สำหรับขนส่ง. หลอดไฟหลากหลายประเภทที่เพิ่มความต้านทานการสึกหรอและความน่าเชื่อถือ มีการออกแบบที่ใช้งานง่ายเพื่อการเปลี่ยนอย่างรวดเร็ว
- สำหรับสปอตไลท์. หลอดไฟกำลังเพิ่มขึ้นถึง 10,000 W.
- สำหรับอุปกรณ์ออปติคัล โคมไฟสำหรับเครื่องฉายภาพยนตร์และอุปกรณ์ที่คล้ายกัน
- สับเปลี่ยน. ใช้เป็นส่วนของจอแสดงผลดิจิตอลของเครื่องมือวัด
ด้านบวกและด้านลบของหลอดไส้
อุปกรณ์ให้แสงสว่างแบบหลอดไส้มีลักษณะเฉพาะของตัวเอง แง่บวกได้แก่:
- คอยล์จุดระเบิดทันที
- ความปลอดภัยต่อสิ่งแวดล้อม;
- ขนาดเล็ก;
- ราคายุติธรรม;
- ความสามารถในการสร้างอุปกรณ์ที่มีกำลังไฟฟ้าและแรงดันใช้งานต่างกันของทั้ง AC และ DC;
- ใช้งานได้หลากหลาย
ลบ:
- หลอดไส้ประสิทธิภาพต่ำ;
- อ่อนแอต่อไฟกระชากช่วยชีวิต
- ชั่วโมงการทำงานสั้นไม่เกิน 1,000;
- อันตรายจากไฟไหม้จากหลอดไฟเนื่องจากความร้อนสูงของหลอดไฟ
- การออกแบบที่บอบบาง
โคมไฟแบบอื่นๆ
มีหลอดไฟส่องสว่างซึ่งมีหลักการแตกต่างจากการทำงานของหลอดไส้โดยพื้นฐาน ซึ่งรวมถึงการปล่อยก๊าซและหลอดไฟ LED
มีอาร์คหรือหลอดปล่อยก๊าซจำนวนมาก แต่ทั้งหมดนั้นขึ้นอยู่กับการเรืองแสงของก๊าซเมื่อมีส่วนโค้งเกิดขึ้นระหว่างอิเล็กโทรด การเรืองแสงเกิดขึ้นในสเปกตรัมอัลตราไวโอเลตซึ่งจะถูกแปลงให้มองเห็นได้ด้วยตามนุษย์โดยผ่านการเคลือบสารเรืองแสง
กระบวนการที่เกิดขึ้นในหลอดปล่อยก๊าซประกอบด้วยการทำงานสองขั้นตอน: การสร้างการปล่อยอาร์กและการบำรุงรักษาไอออไนซ์และการเรืองแสงของก๊าซในหลอดไฟ ดังนั้นอุปกรณ์ส่องสว่างทุกประเภทจึงมีระบบควบคุมในปัจจุบัน อุปกรณ์ฟลูออเรสเซนต์มีประสิทธิภาพที่สูงกว่าหลอดไส้ แต่ไม่ปลอดภัยเพราะมีไอปรอท
อุปกรณ์ไฟ LED เป็นระบบที่ทันสมัยที่สุด ประสิทธิภาพของหลอดไส้และหลอด LED นั้นหาที่เปรียบมิได้ ในระยะหลังถึง 90% หลักการทำงานของ LED ขึ้นอยู่กับการเรืองแสงของสารกึ่งตัวนำบางชนิดภายใต้อิทธิพลของแรงดันไฟฟ้า
หลอดไส้ไม่ชอบอะไร
อายุของหลอดไส้ธรรมดาจะสั้นลงหาก:
- แรงดันไฟฟ้าในเครือข่ายเกินจริงจากค่าปกติซึ่งอุปกรณ์ให้แสงสว่างได้รับการออกแบบมา นี่เป็นเพราะการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิในการทำงานของตัวทำความร้อนและเป็นผลให้การระเหยของโลหะผสมเพิ่มขึ้นซึ่งนำไปสู่ความล้มเหลว แม้ว่าประสิทธิภาพของหลอดไส้จะมากกว่าก็ตาม
- เขย่าหลอดไฟแรงๆ ระหว่างการทำงาน เมื่อโลหะถูกทำให้ร้อนจนเกือบละลาย และระยะห่างระหว่างการหมุนของเกลียวจะลดลงเนื่องจากการขยายตัวของสสาร การเคลื่อนไหวทางกลไกอย่างกะทันหันใดๆ อาจนำไปสู่วงจรการเลี้ยวกลับที่มองไม่เห็นด้วยตา ซึ่งจะช่วยลดความต้านทานโดยรวมของขดลวดต่อกระแส ทำให้เกิดความร้อนที่มากขึ้นและรวดเร็วหมดไฟ
- น้ำจะกระติกน้ำร้อน อุณหภูมิแตกต่างเกิดขึ้นที่จุดที่กระทบ ซึ่งทำให้กระจกแตก
- แตะนิ้วของคุณบนหลอดไฟฮาโลเจน หลอดฮาโลเจนเป็นหลอดไส้ชนิดหนึ่ง แต่มีแสงสว่างและความร้อนสูงกว่ามาก เมื่อสัมผัสจะเกิดคราบมันที่มองไม่เห็นจากนิ้วบนขวด ภายใต้อิทธิพลของอุณหภูมิ ไขมันจะเผาผลาญออกไป ทำให้เกิดการสะสมของคาร์บอนที่ป้องกันการถ่ายเทความร้อน เป็นผลให้เมื่อสัมผัสแก้วเริ่มละลายและอาจแตกหรือบวมทำให้ระบบก๊าซภายในหยุดชะงักซึ่งนำไปสู่ความเหนื่อยหน่ายของเกลียว หลอดฮาโลเจนมีประสิทธิภาพสูงกว่าหลอดธรรมดา
วิธีเปลี่ยนหลอดไฟ
หากหลอดไฟดับแต่หลอดไฟยังไม่ยุบ คุณสามารถเปลี่ยนได้หลังจากที่เย็นลงจนหมด ในกรณีนี้ ให้ปิดเครื่อง เมื่อขันตะเกียง ดวงตาไม่จำเป็นต้องหันไปทางโดยเฉพาะอย่างยิ่งหากไม่สามารถปิดไฟฟ้าได้
เมื่อหลอดไฟแตกแต่ยังคงรูปทรงไว้ ขอแนะนำให้ใช้ผ้าฝ้ายพับหลายชั้นแล้วพันรอบโคมไฟ พยายามแกะกระจกออก ถัดไป ใช้คีมที่มีด้ามจับหุ้มฉนวน ค่อยๆ คลายเกลียวฐานและขันสกรูโคมไฟใหม่ ต้องดำเนินการทั้งหมดโดยปิดเครื่อง
สรุป
แม้ว่าประสิทธิภาพของหลอดไส้จะมีเพียงเล็กน้อยและมีคู่แข่งมากขึ้นเรื่อยๆ แต่ก็มีความเกี่ยวข้องในหลายด้านของชีวิต มีแม้กระทั่งหลอดไฟที่เก่าแก่ที่สุดที่ทำงานอย่างต่อเนื่องมานานกว่าร้อยปีนี่ไม่ใช่การยืนยันและการคงอยู่ของอัจฉริยะในความคิดของบุคคลที่พยายามจะเปลี่ยนโลกใช่ไหม
