مقالات
لامپ تخلیه الکتریکی چیست؟
تقریباً اکثر لامپ‌های پربازده که بهره‌وری خوبی دارند با تکنولوژی تخلیه الکتریکی در یک گاز بی‌اثر کار می‌کنند. بسته به نوع گاز انتخاب شده میزان این بازدهی و عملکرد متفاوت خواهد بود. ساده‌ترین و شناخته‌شده‌ترین نوع لامپ تخلیه الکتریکی همان مهتابی یا لامپ های‌فلورسنت هستند که تقریباً همه با آنها آشنایی دارند. گازبکاررفته در لوله لامپ مهتابی از نوع بخار جیوه بوده و اولین گاز استفاده شده برای لامپ تخلیه الکتریک است. به‌تدریج لامپ گازی پرفشار جیوه ساخته شد که بازده فوق‌العاده‌ای داشت و به‌این‌ترتیب خانواده لامپ گازی بخار جیوه شکل گرفت.
لامپ گازی بخار جیوه در توان 125 و 160 و 250 و 400 وات تولید می‌شود. به‌تدریج با پیشرفت علمی در این زمینه بر روی فلزات دیگری تحقیق و پژوهش صورت گرفت و از هالیدهای این فلزات استفاده شد تا لامپ‌های جدیدی مانند لامپ متال هالید و لامپ سدیم عرضه شوند که به معرفی آنها می‌پردازیم. اصل تخلیه الکتریکی تقریباً برای تمامی این لامپ‌ها یکسان است؛ اما گاز فشرده درون لامپ متفاوت بوده و ازاین‌رو میزان بازدهی و لوکس لامپ همچنین دمای رنگ و رنگ نور متفاوتی با هم دارند. اما ابتدا به این موضوع بپردازیم که تخلیه الکتریکی در واقع چه هست و چگونه انجام می‌گیرد.
عمل تخلیه الکتریکی در لامپ چگونه انجام می‌شود؟
در اطراف هسته هر اتمی تعدادی الکترون در مدار معینی به‌دور آن در حال گردش هستند. حال اگر به این الکترون‌ها انرژی بدهیم از مدار خود خارج شوند و به سطح بالاتری بروند می‌توان استفاده‌های خاصی از این فرایند کرد که در اینجا هدف تولید نور است. با دادن انرژی از طریق اختلاف‌پتانسیل الکتریکی به الکترون‌ها آنها از مدار اصلی خود خارج شده و به مداری با سطح انرژی بالاتر می‌روند در اینجا با قطع انرژی داده شده الکترون‌ها به تراز اولیه خود برمی‌گردند ودراین بازگشت به حالت اصلی خود به دوره هسته اتم انرژی دریافت شده در مرحله قبل را به شکل نور آزاد می‌کنند و به این‌ترتیب تخلیه الکتریکی در گاز در اینجا منجر به نوردهی می‌شود. درحقیقت با حرکت‌کردن الکترون‌های دارای انرژی درون گاز فشرده شده در لامپ این الکترون‌ها با اتم‌های گاز فشرده برخورد کرده و انرژی جنبشی فوق‌العاده آنها گاز را برانگیخته میکند.
لامپ پرفشار تخلیه گازی چگونه کار میکند؟
لامپ‌های پرفشار تخلیه گازی مانند لامپ سدیم پرفشار که عموماً برای نورپردازی شهری به کار می‌روند بازدهی بسیار بالا از نظر مصرف بهینه انرژی دارند. برخلاف تصور غلط رایج که آنها را پرمصرف می‌دانند اتفاقاً شار نوری بسیار زیاد تولید کرده و بازدهی بالایی دارند همچنین طول عمر بالا به نسبت لامپ ال‌ای‌دی مرقوم به‌صرفه‌تر هستند و برندهای مطرح دنیا مانند اسرام و فیلیپس بهترین کیفیت ممکن را عرضه می‌کنند. اما ساختار یک لامپ پرفشار تخلیه الکتریکی در گاز مانند آن چیست و چه اجزایی دارد
- الکترودهای لامپ
- لوله تخلیه از جنس سرامیک
- حباب اصلی
- پایه نگهدارنده لوله خلأ
- مخزن دارای سدیم جامد و جیوه
- سرپیچ E40
- حباب سخت بیرونی
هنگامی که جریان الکتریکی وارد لامپ می‌شود به دو سر الکترودهای انتهایی لوله تخلیه می‌رسد و عبور میکند و گاز درون لوله را که معمولاً ترکیبی از نیون و آرگون است را یونیزه میکند و با انجام یونیزاسیون مولکول‌های گاز به یون تبدیل شده و گاز یونیزه که به آن پلاسما گفته می‌شود ایجاد می‌گردد. در نوع پرفشار سدیم در محفظه علاوه بر جیوه از سدیم نیز استفاده شده و با گاز کریپتون پر می‌شود و همچنین جنس محفظه از اکسید آلومینیم ساخته می‌شود که در برابر گرمای زیاد و بخار سدیم مقاوم است. با گرم‌شدن تدریجی لامپ که به‌وسیله قوس الکتریکی ایجاد می‌گردد اتم‌های فلز سدیم که به‌صورت جامد در لوله تخلیه است برانگیخته شده و تبخیر می‌شود.
اتم‌های برانگیخته شده که به‌خاطر گرما انرژی زیادی دریافت کرده‌اند با بازگشت به حالت اولیه این انرژی را به شکل نور بازتاب می‌دهند. نور لامپ سدیم ویژگی‌های خاصی دارد از جمله عبور از مه و بخار و به همین دلیل در روشنایی تونل‌ها بسیار مورداستفاده است. برای راه‌اندازی یک لامپ این‌چنینی نیاز به ترانس (چوک) واگنتور (استارتر) است. اگنتور قوس الکتریکی لازم برای انجام عمل تخلیه را ایجاد میکند.
لامپ بخار جیوه چگونه عمل میکند؟
این لامپ‌ها که تقریباً بعد از لامپ فلورسنت به بازار آمدند اولین نوع لامپ گازی یا در اصطلاح HID هستند و دمای تخلیه بالایی داشته و به همین دلیل دارای یک محفظه داخلی کوارتز هستند. شیشه کوارتز بالاترین توان در تحمل گرما را داشته و بسیار سخت است. این لامپ‌ها از دو الکترود بهره می‌برند که یک الکترود کمکی برای القای بهتر جریان به همراه یک مقاومت به الکترود منفی متصل است. پس از وصل‌شدن جریان با ایجاد ولتاژ ایجاد شده بین الکترود اصلی و فرعی متصل باعث یونیزه‌شدن گاز مابین آنها و تشکیل قوس الکتریکی می‌گردد و گرمای ایجاد شده در اثر تخلیه گاز منجر به تبخیر فلز جیوه می‌شود و این تخلیه با تبخیر بیشتر آن شدت می‌گیرد. به دلیل وجود الکترود فرعی متصل با مقاومت این لامپ‌ها نیاز به استارتر برای روشن‌شدن ندارند و تنها یک ترانس راه‌انداز کافی است.
هنوز در بسیاری مناطق شهرها برای روشنایی معابر و بزرگراه از لامپ این خانواده استفاده می‌شود. قیمت بسیار مناسب از مزایای این لامپ بوده و نسبت به‌تمامی لامپ‌های دیگر اقتصادی‌تر است. باتوجه‌به هزینه‌های سرسام‌آور برای اداره شهرها این لامپ‌ها هنوز باوجود قدیمی بودن تولید شده و مصرف زیادی دارند. با ادامه تحقیقات بر عملکرد فلزات و عایق‌ها متخصصین به استفاده از هالید فلزات مانند برم وید روی آوردند و به دلیل نیاز به دمای کم برای ذوب‌شدن هالید لامپ‌های تولید شده با این تکنولوژی گرمای کمتری تولید کرده و طول عمر بالاتری پیدا کردند. هالیدهای فلزات بنا به خواص ویژه خود در میزان نوردهی و کیفیت نور تحول زیادی ایجاد کردند و لامپ با تکنولوژی متال هالید امروزه برای روشنایی استادیوم ورزشی همچنین محیط‌های خاص مانند پادگان‌های نظامی و فرودگاه‌ها مورداستفاده است.