ماده سیم رشته چراغ: آنچه باید بدانید

نخیل برق‌رسان یک سیم ریز است که وقتی جریان الکتریکی از آن عبور می‌کند، تابیده می‌شود. این عنصر اصلی یک لامپ روشنایی خودکافتی است که با گرم کردن نخیل به دمای بالا نور تولید می‌کند. مواد نخیل باید ویژگی‌های خاصی داشته باشند تا بتوانند در برابر گرما مقاومت کرده و نور روشن و پایداری تولید کنند. در این مقاله به تاریخچه، ویژگی‌ها و کاربردهای مختلف مواد نخیل لامپ‌ها، همچنین مزایا و معایب لامپ‌های خودکافتی پرداخته خواهد شد.

لامپ خودکافتی چیست؟

لامپ خودکافتی به یک منبع نوری الکتریکی گفته می‌شود که با گرم کردن یک نخیل فلزی به دمای بالا تا جایی که تابیده شود، نور تولید می‌کند. نخیل در یک کره شیشه‌ای قرار دارد که حاوی فضای خلأ یا گاز غیرفعال است تا از اکسیداسیون و تبخیر ماده نخیل جلوگیری شود. لامپ با دو تماس فلزی در پایه‌اش به منبع تغذیه متصل می‌شود که به دو سیم محکم متصل شده‌اند که نخیل را در جای خود نگه می‌دارند.

اصل روشنایی خودکافتی توسط بسیاری از مخترعان در قرن هجدهم و نوزدهم کشف شد، اما اولین لامپ خودکافتی عملی و تجاری موفق توسط توماس ادیسون در سال ۱۸۷۹ توسعه یافت. او از یک نخیل از بامبو کربنیزه استفاده کرد که تقریباً ۱۲۰۰ ساعت طول عمر داشت. بعداً، او طراحی خود را با استفاده از یک نخیل از ریسمان پنبه کربنیزه بهبود بخشید که تقریباً ۱۵۰۰ ساعت طول عمر داشت.

ویژگی‌های یک ماده نخیل خوب چیست؟

ماده نخیل باید ویژگی‌های زیر را داشته باشد تا به عنوان یک منبع نوری خودکافتی به خوبی عمل کند:

• نقطه ذوب بالا: نخیل باید بتواند در دمای تا ۲۵۰۰ درجه سانتیگراد بدون ذوب یا شکست تحمل کند.

• فشار بخار پایین: نخیل نباید در دماهای بالا تبخیر یا زوال یابد که باعث تاری و کاهش روشنایی و کارایی لامپ می‌شود.

• بدون اکسیداسیون: نخیل نباید در دماهای بالا با اکسیژن یا گازهای دیگر درون لامپ واکنش نشان دهد که باعث خوردگی یا خاموش شدن آن می‌شود.

• مقاومت الکتریکی بالا: نخیل باید دارای مقاومت الکتریکی بالا باشد، یعنی مخالف جریان الکتریکی باشد. این باعث می‌شود که گرم شده و وقتی جریان از آن عبور می‌کند، نور تابیده می‌کند.

• ضریب حرارتی انبساط کم: نخیل نباید در گرم یا سرد شدن به طور قابل توجهی انبساط یا انقباض نشان دهد که باعث تغییر شکل یا شکست آن می‌شود.

• ضریب مقاومت دمایی کم: نخیل نباید در گرم یا سرد شدن مقاومت خود را به طور قابل توجهی تغییر دهد که بر جریان و روشنایی آن تأثیر می‌گذارد.

• مدول یانگ و مقاومت کششی بالا: نخیل باید بتواند در برابر تنش مکانیکی ناشی از وزن و لرزش خود بدون تغییر شکل یا شکست تحمل کند.

• دکتریت کافی: نخیل باید بتواند به صورت یک سیم بسیار ریز کشیده شود بدون اینکه شکسته یا پاره شود.

• توانایی تبدیل به شکل نخیل: نخیل باید بتواند به صورت یک پیچ یا دو پیچ شکل گرفته که سطح آن را افزایش می‌دهد و روشنایی را بدون افزایش طول یا مقاومت افزایش می‌دهد.

• مقاومت خستگی بالا: نخیل باید بتواند تعداد زیادی چرخه گرم و سرد شدن را بدون ضعف یا شکست تحمل کند.

نوع‌های مختلف مواد نخیل لامپ چیست؟

در طول سال‌ها مواد مختلفی برای ساخت نخیل لامپ‌ها استفاده شده‌اند. برخی از این مواد در زیر فهرست شده‌اند:

کربن

کربن اولین ماده‌ای بود که توسط ادیسون و مخترعان دیگر برای ساخت نخیل لامپ‌ها استفاده شد. این ماده دارای نقطه ذوب بالا (۳۵۰۰ درجه سانتیگراد)، فشار بخار پایین، مقاومت الکتریکی بالا (۱۰۰۰-۷۰۰۰ میکروام-سانتی‌متر) و ضریب مقاومت دمایی پایین (-۰.۰۰۰۲ تا -۰.۰۰۰۸ / درجه سانتیگراد) است. با این حال، این ماده مقاومت کمی در برابر اکسیداسیون، ضریب انبساط حرارتی بالا (۲ تا ۶ / کلوین)، مقاومت کششی پایین و اثر تاری بالا روی لامپ دارد. نخیل‌های کربنی دارای کارایی حدود ۴.۵ لومن بر وات (lm/W) و دمای عملیاتی تا ۱۸۰۰ درجه سانتیگراد هستند.

کربن همچنین برای ساخت مقاومت‌های حساس به فشار استفاده می‌شود که در تنظیمات خودکار ولتاژ و فرش‌های کربنی که در ماشین‌های DC استفاده می‌شود.

تانالتالوم

تانالتالوم در سال ۱۹۰۲ توسط ورنر فون بولتون به عنوان یک ماده نخیل لامپ معرفی شد. این ماده دارای نقطه ذوب بالا (۲۹۰۰ درجه سانتیگراد)، فشار بخار پایین، مقاومت الکتریکی بالا (۱۲.۴ میکروام-سانتی‌متر) و ضریب انبساط حرارتی پایین (۶.۵ / کلوین) است. با این حال، این ماده مقاومت کمی در برابر اکسیداسیون، ضریب مقاومت دمایی بالا (۰.۰۰۳۶ / درجه سانتیگراد)، مقاومت کششی پایین و کارایی پایین (۳.۶ وات/قدرت شمعی) دارد. نخیل‌های تانالتالوم دارای دمای عملیاتی تا ۲۰۰۰ درجه سانتیگراد هستند.

تانالتالوم به دلیل کارایی پایین و کمبود آن دیگر به طور گسترده‌ای به عنوان یک ماده نخیل لامپ استفاده نمی‌شود.

تنگستن

تنگستن پرکاربردترین ماده برای ساخت نخیل لامپ‌ها در امروز است. این ماده اولین بار در سال ۱۹۱۰ توسط ویلیام دی کولیج استفاده شد. تنگستن دارای نقطه ذوب بسیار بالا (۳۴۱۰ درجه سانتیگراد)، فشار بخار پایین، مقاومت الکتریکی بالا (۵.۶۵ میکروام-سانتی‌متر)، مقاومت کششی بالا، مقاومت بالا در برابر اکسیداسیون و اثر تاری کم روی لامپ است. با این حال، این ماده دارای ضریب مقاومت دمایی بالا (۰.۰۰۵ / درجه سانتیگراد) و ضریب انبساط حرارتی بالا (۴.۳ / کلوین) است. نخیل‌های تنگستن دارای کارایی حدود ۱۲ lm/W و دمای عملیاتی تا ۲۵۰۰ درجه سانتیگراد هستند.

تنگستن همچنین به عنوان الکترود در لوله‌های ایکس‌ری و به عنوان ماده تماس الکتریکی در کاربردهای خاصی استفاده می‌شود.

نخیل‌های لامپ چگونه ساخته می‌شوند؟

نخیل‌های لامپ با فرآیندهای مختلفی ساخته می‌شوند که به ماده استفاد