كيف يعمل المصباح الكهربائي ذي الفتيل؟
من المعروف أن الشمس هي أكبر وأقدم مصباح في الكون ولما شعر الإنسان بأن النهار لا يكفيه وشعر بوحشة الليل ولهذا السبب بحث الإنسان منذ القدم عن منبع ضوئية اصطناعية تسمح له بممارسة نشاطه رغم حلول الظلام . وحتى وقت متأخر كانت جميع المنابع تعتمد على أحد أنواع المشاعل أما الآن فقد اختفت المشاعل والشموع والمصابيح الزيتية في معظم دول العالم إلى حد كبير ليحل محلها ما يعرف بالمصباح الكهربائي ، فالكهرباء تقدم مصدراً دائماً لضوء صاف ، براق ، خال من الدخان والأبخرة والروائح .
وهناك عدة أنواع من المصابيح الضوئية الكهربائية فمنها ما هو متوهج يطلق الضوء عن طريق تسخين السلك إلى درجة التوهج ، بينما تولد مصابيح أخرى الضوء من البخار أو الغاز عندما يمر فيه التيار ومنها ما يولد الضوء عندما تقفز الكهرباء ذات الجهد”الفلطية” العالي عبر المسافة بين القطبين . ورغم كل التطور الذي شهده عالم الإضاءة فإن المصباح الكهربائي المتوهج ما زال يعد حتى اليوم المنبع الرئيسي والأكثر شعبية للضوء الاصطناعي في العلم لرخص ثمنه وصغر حجمه .وفي الوقت الحاضر يصنع أكثر من 1500 نوع للمصابيح المتوهجة وقدر ما يطرح في الأسواق بمليارات المصابيح.
ومن مساوئ هذا المصباح هو اعتماده على تسخين الفتيلة للحصول على الضوء بالتالي تصرف كمية كبيرة من الطاقة الكهربائية للتسخين ولا يستفاد إلا من 10% من هذه القدرة لتوليد الضوء ولهذا فإن المصابيح المتوهجة أقل اقتصادية من جميع أنواع المصابيح .يضاف إلى ذلك إشعاع كمية من الحرارة داخل المكان الذي تستعمل فيه وبالتالي زيادة الجهد الحراري على أجهزة التكيف ولا بد في هذه الحالة اللجوء إلى مصابيح الفلوريسنت الأنبوبية.
لمحة عن اختراع المصباح الكهربائي:
في عام 1879 ابتكر المخترع الأمريكي توماس أديسون أول مصباح كهربائي عملي بعد اجراء 999 تجربة فاشلة كادت ان تصيبه باليأس وتقضي على أماله في ابتكار ينير للإنسانية الليل ولكن لشدة صلابته وعزمه الذي لا يلين وصل الي ما أراد وكان ذلك في أكثر التجارب اثارة في تاريخ العلم. و لكن لم يتكلل اختراعه بالنجاح إلا بعد أن هداه الله إلى وضع زجاجة حول المصباح، لتغطي السلك المتوهج، وتزيد من شدة الإضاءة، ويصبح المصباح قابلاً للإستخدام من قبل الناس.
و لكن الملفت و المثير في الموضوع أنه لو كان هذا العالم يعلم ما في القرآن الكريم من آيات معجزات، لعلم أن مصباحه بحاجة إلى أن يغطى بزجاجة، كي ينجح ويضئ لمدة طويلة كما يجب، وذلك مصداقاً لقول الله تعالى:
” الله نورالسماوات والأرض مثل نوره كمشكاة فيها مصباح المصباح في زجاجة الزجاجة كأنها كوكب دري ”
وسرعان ما انتشرت المصابيح الكهربائية منذ بداية القرن العشرين، وحلت محل الأنواع الأخرى من المصابيح. تنتج المصابيح الكهربائية إضاءة أكثر وأجود مما تنتجه الأنواع الأخرى من المصابيح، كما أنها أقل تكلفة وأسهل استعمالا.
مكونات المصباح الكهربائي
يتركب المصباح الكهربائي المتوهج من :
1- الفتيلة : وهى مصنوعة من مادة التنجستين وهى التي تصل إليها الكهرباء وتجعلها تشتعل مما يضئ المصباح. لكن على هذه الكهرباء التغلب على مقاومة الفتيلة. وفي سبيل ذلك تُسخن الكهرباء الفتيلة إلى أكثر من 2,500°م. ودرجة الحرارة العالية هذه تجعل الفتيلة تبعث الضوء. يستخدم صانعو المصابيح فلز التنجستن في صنع الفتائل؛ لأن قوة هذا الفلز تجعله يصمد أمام درجات حرارة عالية دون أن ينصهر. ويتألف الضوء المنبعث من فتيلة تنجستن من خليط من كل ألوان الضوء المنبعث من الشمس.
2- سلك من الرصاص : هو سلك يوصل الكهرباء للفتيلة مما يساعدها على الاستعال وهى التي تسند الفتيلة
3- غاز خامل : وهو الغاز الذي يحمى الفتيلة ويطيل عمرها وهو غاز لا يتحد مع اشتعال الفتيلة لأنه خامل. تحتوي معظم المصابيح على خليط من الغازات غالبها من غازي الأرجون والنيتروجين، وذلك بدلاً من الهواء. وتساعد هذه الغازات في إطالة عمر الفتيلة وتمنع الكهرباء من الانتشار داخل الزجاجة.
4- الزجاج : وهو الذي يحصن الفتيلة ويمنع خروج الغاز أو دخول الهواء الجوى إلى الفتيلة لأنه إذا اتحد الهواء مع الفتيلة سوف تحترق ويتلف المصباح. تغطَى زجاجة المصباح عادة بطبقة من طلاء يساعد في بعثرة الضوء من الفتيلة، ويقلل من بهره للعين. وتستخدم لذلك مادة السليكا، أو يمكن حفر الزجاجة بحمض ما. أما المصابيح الملونة، فتُطلى بلون يحجب كل الألوان إلا لون الطلاء. وتنتج المصابيح في أشكال عدة بما في ذلك أشكال كشعلة النار، وأشكال كمثرية، وأخرى مستديرة أو أنبوبية.
5- القاعدة : وهى يمكن أن تكون حلزونية (قلاووظ) ومسمارية وهى التي تربط المصباح بالدواية، و هي تحمل المصباح قائمًا وتثبته وتقوم بوصل المصباح بالدائرة الكهربائية.
6- نقاط التوصيل : هو سلك من الرصاص يوجد فى طرف القاعدة ليوصل الكهرباء بالدائرة الكهربيه
كيفية عمل المصباح الكهربائي
يتركب المصباح الكهربائي من إنتفاخ زجاجي مفرغ من الهواء ممتلىء عادة بأحد الغازات الخاملة (Inert Gas – Gaz inertee) (نقصد بخامل هنا أنه لا يساعد على الأحتراق)، ويوجد في داخل المصباح نوع من السلك المعدني الرفيع اللولبي الشكل يسمى سلك الإضاءة و هو مصنوع من مادة التنجستين والتى تكون لها مقاومة عالية تجعل حرارة الفتيل ترتفع إلى درجة التوهج عند إمرار التيار الكهربائي له. عندما يمر التيار الكهربائي عبره يسخّنه بشدة حتى يشعّ و يتغيّر لونه إلى الأحمر أو الأصفر . و هذا الضوء الذي تستمع به و تستفيد منه سوى نتيجة احمرار السلك و توهّجه . لذلك ترونهم يختارون معدن السلك بحيث يكون شديد و سريع التوهّج .
وهذا الفتيل لا يحترق لعدم وجود أكسجين بداخل هذا الانتفاخ المغلق، و ذلك بسب أن غاز الأكسجين غير خامل وإذا وضع في المصباح فإنه يؤدى لتأكسد فتيل التنجستين. كما أن مادة التنجستين لا تنصهر إلا في درجات حرارة عالية جداً، وعندما يتوهج الفتيل يشع منه ضوء قوي ، وبأعلى هذا الانتفاخ الزجاجي يوجد قطبين من معدن موصل للكهرباء وهما يتصلان بفتيل التنجستين داخل المصباح.
فيديو علمي يظهر كيف يضيء المصباح الكهربائي؟
و هذا الفيديو الثاني الفيديو يتناول الشرح عن المصباح الكهربائي ذي الفتيل وعن أهم خصائص الفتيل وسبب اختيار مادة التنجستن, وكيفية صنع الفتيل من هذه المادة:
تطبيق عملي: “اصنع بنفسك مصباح كهربائي بسيط”
و الآن مع السلسلة الجديدة التي أطلقناها حديثا في موقع و مجموعة نادي العلوم و هي ” كيف تصنع الأشياء بنفسك”، تعرف مع نادي العلوم على طريقة سهلة لصنع مصباح كهربائي بسيط في منزلك باستخدام مواد متوفرة في المنزل، مع مراعاة إشراف الكبار لصغار السن.
رد مع اقتباس