لامپ التهابی (رشته ای) چیست؟

لامپ التهابی حبابی (incandescent light bulb ) یا لامپ رشته ای منبع نوری ساخته بشر است که نور سفید درخشانی از خود ساطع می کند،(یک اصطلاح عمومی برای تمام لامپ هایی که به واسطه گرما از خود نور ساطع می کنند و شامل یک جسم تیره هستند که بر اثر گرما از خود نور ساطع می کند).یک جریان الکتریکی از یک رشته نازک رسانا عبور می کند که تا حد نور دهی آن را گرم می کند.یک حباب شیشه ای بسته از رسیدن اکسیژن به رشته جلوگیری می کند ،زیرا که در غیر این صورت رشته سریعاً اکسید و خراب خواهد شد.
به لامپ های رشته ای گاهی اوقات لامپ الکتریکی گفته می شود، که در ابتدا به لامپ های قوسی اطلاق می شده است.همچنین به آن ها در تئاتر،تلویزیون و صنایع فیلم سازی لامپ حبابی گفته می شود که این اصطلاح در استرالیا رواج بیشتری دارد.
لامپ های رشته ای در سایز ها و ولتاژهای منتوعی ساخته می شوند،از 1.5 ولت تا 300 ولت.ابن نوع از لامپ نیازی به تجهیزاتی خارجی برای روشنایی ندارد و قیمت تولید بسیار پایینی دارد.همچنین با هر دو نوع جریان DC و AC به خوبی کار می کند.در نتیجه لامپ رشته ای به صورت وسیع در نوردهی منازل و مکان های تجاری،منابع نوری متحرک،چراغ های مطالعه،چراغ های اتومبیل ها و چراغ قوه ها و مصارف تبلیغاتی و دکوراسیون کاربرد دارد.
بعضی از مصرف کننده ها هم از گرمای ناشی از لامپهای رشته ای استفاده می کنند،مانند دستگاه جوجه کشی (برای گرمایش تخم ها) ،دستگاه های نگهداری جوجه های تازه متولد شده، گرمایش تابشی (مادون قرمز) برای تانک ها،گرمایش از راه دور برای گرمایش صنعتی و خشک کردن و در فرهای پخت آسان.در هوای سرد،گرمای ناشی از لامپ های رشته ای می تواند در گرمایش خانه مشارکت داشته باشد،اما در مناطق گرمسیری باعث اتلاف بیشتر انرژی توسط سیستم های تهویه مطبوع  خواهد شد.

لامپ های رشته ای بتدریج در بسیاری از کاربرد ها جای خود را به لامپ های فلورسنت،لامپ های فلورسنت فشرده،لامپ های تخلیه الکتریکی پرنور ، LED ها و منابع دیگر می دهند که به ازای مصرف مقدار مشابهی از انرژی مقدار بیشتری نور مرئی از خود ساطع می کنند. در بسیاری از مناطق  دنیا تلاش می شود به منظور بالا بردن بازده نوری و کاهش مصرف انرژی ،این لامپ ها را از رده خارج کنند.

تاریخچه لامپ رشته ای:

در جواب به این پرسش که “چه کسی لامپ رشته ای را اختراع کرد؟” تاریخ نگاران ، رابرت فریدل و پاول اسرائیل  ، 22 مخترع پیش از سوان و ادیسون را نام می برند.ایشان بیان کردند که اختراع ادیسون توانست به خاطر چند ویژگی از بقیه پیشی بگیرد: مواد بکار گرفته شده مناسب تر،ایجاد خلعی مناسب تر نسبت به دیگران و تولید لامپی با مقاومت بیشتر که باعث می شد توزیع نیرو از منبع انرژی مقرون به صرفه باشد.مورخ دیگری به نام توماس هوگس،موفقیت ادیسون را ناشی از تولید یک منبع نوری ابتدائی ولی جمع و جور می داند.” لامپ قطعه ای کوچک از سیستم روشنایی الکتریکی بود و حیاتی تر از ژنراتور غول آسای شاهکار ادیسون  و خط تغدیه او و سیستم توزیع موازی او نبو د. در حالی که بقیه مخترعان،با لامپ ها و ژنراتورهایی که دارای نبوغ و شگرفی مشابه، خیلی وقت پیش فراموش شدند چون سازندگان آنها را در یک سیستم جامع روشنایی ارائه نکرده بودند.”

تحقیقات نیمه تجاری ابتدائی :

در سال 1802 هومفری دیوی پرقدرت ترین باتری دنیا را در موسسه سلطنتی انگلستان در اختیار گرفت،در همان سال او توسط رشته ای از پلاتینیوم – که به دلیل دمای ذوب بسیار بالایش انتخاب شده بود –  اولین لامپ رشته ای را اختراع کرد. آن لامپ به اندازه کافی روشن نبود و حتی آنقدر دوام نمی آورد که کاربردی داشته باشد .اما پیش زمینه 75 ساله ای بود که باعث موفقیت های محققان تا زمان تولید اولین لامپ کاربردی توسط توماس ادیسون در 1879 شد . در سال 1809 دیوی اولین لامپ قوس الکتریکی را ساخت که اتصال الکتریکی کوچک اما درخشانی بین دو زغال بود که به  یک باتری شامل 2000 پیل متصل شده بود.پس از نشان دادن این اختراع به موسسه سلطنتی انگلستان این لامپ به نام لامپ قوسی (Arc lamp ) شناخته شد.

در 1835، جیمز لیندسی در دوندی اسکاتلند لامپ الکتریکی ثابتی را ارائه داد.او توضیح داد که او  توانسته “کتابی را در فاصله 1.5 پایی (حدودا 50 سانتی متر) مطالعه کند”.با این حال در زمانی که این وسیله را به خواست خود تکمیل می کرد درگیر حل مسئله تلگراف بی سیم شد و بیش از این به بهبود لامپ الکتریکی خود نپرداخت.ادعاهای او در این زمینه زیاد مستند نیستند.
در 1840 دانشمندی بریتانبایی به نام ‘وارن ده لا رو ‘ سیم پیچی از جنس پلاتینیوم را در محفظه خلأ قرار داد و جریانی الکتریکی را از آن عبور داد.طراحی ان بر این اساس استوار بود که نقطه ذوب بالای پلاتینیوم اجازه بالارفتن دما تا دما های بالاتر را می دهد و محفظه خالی شده از هوا که مولکول های گاز کمتری دارد واکنش کمتری با پلاتینیوم نشان خواهد داد و طول عمر لامپ را افزایش خواهد داد.هرچند طرح او کارا بود اما قیمت بالای پلاتینیوم استفاده تجاری از ان را غیر ممکن ساخت.
در 1841 ،فردریک ده مولینس از انگلستان اولین مقاله درباره طراحی لامپ رشته ای توسط خاکه زغال که بین دو سیم از جنس پلاتینیوم قرار می گیرد و در یک حباب تخلیه شده قرار دارد را ارائه کرد

در 1845جاون دابلیو استارر آمریکایی مقاله ای در باره لامپ رشته ای اختراعی خود که شامل رشته ای کربنی بود ارائه داد.زمان زیادی از ارائه این مقاله نگذشته بود که او فوت شد.غیر از اطلاعات نوشته شده در مقاله او چیز زیادی درباره او در دسترس نیست.
در 1851 ، ژن اگوئنه روبرت-هودین در شهر بلویس فرانسه لامپ رشته ای حبابی را در معرض دید عموم قرار داد.لامپ های ساخت او در موزه چاتئوی بلویس برای همیشه به نمایش گداشته می شود.
در 1872 آ.ن.لودگین یک لامپ رشته ای را اختراع کرد.در 1847 او اختراع خود را به ثبت رساند.

در میان رقبایی که به توماس ادیسون نزدیک شده بودند،دانشمندی آلمانی-آمریکایی به نام ‘هاینریش گوبل ‘ ادعا کرد که او اولین لامپ حبابی را در 1854 ساخته است : یک رشته زغال بامبو در یک بطری تخلیه شده از هوا -به منظور جلوگیری از اکسید شدن زغال- و او در این پنج سال به قول خیلی ها اولین حباب لامپ کاربردی را ساخته بود. ‘لوئیس لاتیمر ‘ نشان داد لامپ هایی که ظاهراً گوبل در دهه 1850 ساخته بود بسیار قبل تر ساخته شده بودند.و شیشه گری را پیدا کرد که کلاه برداری او را نشان می داد. در سال 1893 در دعوی اختراعات مشابه،قاضی ادعای گوبل را کاملاً مردود اعلام کرد.

تجاری سازی :

‘ جوزف ویلسن سوان (‘(1824-1914 فیزیکدان و شیمیدانی انگلیسی بود.در 1850 او کار خود را بر روی رشته زغال کاغذ داخل یک حباب شیشه ای تخلیه شده از هوا شروع کرد.در 1860 او توانست وسیله ای کاربردی را به نمایش بگذارد اما نبود یک خلأ مناسب و یک منبع انرژی الکتریکی مناسب باعث کم شدن طول عمر و بازده لامپ او شد.در اواسط دهه 1870 پمپ های تخلیه مناسب تری اختراع شدند و  سوان دوباره آزمایش خود را آغاز کرد.با کمک چارلز استیرن که متخصص پمپ های خلأ بود،سوان روشی را ابداع کرد که باعث جلوگیری از تیره شدن لامپ ابتدایی او شد که در 1880 اختراع شماره 8 را از آن خود کرد.در 18ام دسامبر 1878 لامپی که از یک میله باریک کربنی استفاده می کرد در جلسه ای در انجمن شیمی نیوکاسل به نمایش گذاشته شد و سوان شرح کار خود را در جلسه آنها در 17 ژانویه 1879 به نمایش گذاشت.همچنین ان را به 700 نفری که در سوم فوریه 1897 در نشست ادبی و فلسفی نیوکاسل شرکت کرده بودند نیز نشان داد.این لامپ ها از میله کربنی لامپ قوسی به جای رشته باریک کربنی استفاده می کردند.بنابراین انها مقاومت کمتری داشتند و رسانا هایی عظیمی برای تامین جریان نیاز لازم داشتند که از لحاظ اقتصادی به صرفه نبود.البته این کار مسیر ساخت یک لامپ رشته ای با خلأ نسبتاً قوی ، رسانای کربنی،و هادی های پلاتینیومی هموار می ساخت.نیاز به جریان کاری بالا باعث می شد این لامپ ها عمر بسیار کمی داشته باشند.سوآن توجه خود را معطوف ساخت رشته های کربنی بهتر و اتصالات آن کرد.او روشی برای کار با پنبه برای ساخت نخ اختراع کرد و این اختراع را به شماره 4933 در سال 1880 در انگلستان ثبت کرد.
از این سال او نصب حباب های روشنایی را درانگلستان در خانه ها و نقاط مهم شروع کرد و در اوایل دهه 1880 شرکت او آغار به کار کرد.
در آمریکای شمالی نیز به موازات انگلستان پیشرفتهایی شکل گرفته بود.در 24 جولای 1847 اختراعی توسط متخصص برق پزشکی، ‘هنری وودوارد ‘ و همکارش ‘متیوو اوانس ‘ در تورنتو نوشته شد.ایشان لامپ خود را  با اندازه و شکلی متفاوت از میله های کربنی در سیلندر شیشه ای که با نیتروژن پر شده بود تولید کردند.وودوارد و اوانس تلاش کردند تا لامپ های خود را تجاری کنند، اما ناموفق بودند.ایشان کار خود را با فروش اختراع خود در سال 1879 به توماس ادیسون به پایان رساندند(اختراع شماره 0،181،613 در آمریکا) .
‘توماس ادیسون ‘ تحقیقاتی جدی را برای پیشبرد لامپ رشته ای کاربردی در سال 1878 شروع کرد.او اولین اختراع خود را به عنوان “بهبود لامپ الکتریکی” در 14 اکتبر 1878 ثبت کرد (اختراع شماره 0،214،636 در آمریکا) .او پس از آزمایش های زیادی که با رشته پلاتینیوم و فلزات دیگر انجام داد دوباره به سمت رشته های کربن روی آورد.اولین آزمایش موفقیت آموز او در 22 اکتبر 1879 بود که 13.5 ساعت دوام آورد.ادیسون اصلاح طرح خود را ادامه داد و در 4 نوامبر 1879 اختراعی (اختراع شماره 0،223،898 در آمریکا)  به عنوان لامپی الکتریکی که از “رشته یا نوار کربنی  پیچیده شده و اتصالات پلاتینی استفاده می کند” ثبت کرد.اگر چه او راه های بسیاری برای ساخت رشته کربنی همچون”نخ پنبه ای با کتانی،قطعات کربنی،کاغذی که با روش های مختلف پیچیده شده است” شرح داده بود، اما چند ماه بیشتر از ارائه مقاله نگذشته بود که ادیسون و تیمش فهمیدند که رشته زغال بامبو می تواند بیش از 1200 ساعت دوام بیاورد.
شرکت لامپ حبابی ‘هیرام اس.ماکزیم ‘ در 1878 شروع به کار کرد تا اختراعات خود و اختراعات ‘ویلیام ساویر ‘ را عملی کند.شرکت او پس از شرکت ادیسون دومین شرکت پر فروش لامپ رشته ای کاربردی در آمریکا بود.حدوداً 6 ماه بعد از نصب لامپ رشته ای ادیسون در ‘استیمر کلومبیا ‘ شرکت روشنایی الکتریکی او در اواخر دهه 1880 برای اولین بار به صورت تجاری در شرکت ‘تجارت مالی مطمئن ‘لامپ خود را نصب کرد..

ماکزیم در اکتبر 1880 روشی را ثبت کرد که در آن رشته های کربنی را به منظور افزایش عمر آنها بوسیبه هیدروکربنها  پوشش می داد.لویس لایمر که در ان زمان کارمند او بود روشی را ابداع کرد که توسط ان به رشته ها حرارتی اعمال می کرد که اجازه میداد انها را به شکل های بدیعی مدل دهی کند ، مانند شکل “M ” در رشته های ساخت ماکزیم.در 17 ژانویه 1882،لاتیمر اختراعی در باره “فرآیند ساخت کربن ها” ثبت کرد ،روشی بهبود یافته برای تولید رشته های حباب لامپ که توسط شرکت روشنایی الکتریکی ایالات متحده خریداری شده بود.لاتیمر بهسازی های دیگری مثل راه بهتری برای اتصال رشته ها به سیم های محافظ به ثبت رساند.

در بریتانیا ،شرکت های ادیسون و سوان به هم پیوستند تا شرکت الکتریکی متحد سوان و ادیسون را تشکیل بدهند (بعدها این شرکت به نام ادیسون شناخته می شد، که در نهایت به نام ‘Thorn Lighting ltd’ ثبت شد).ادیسون در ابتدا مخالف این ادغام بود اما وقتی از راه قانونی توسط سوان تحت فشار قرار گرفت و سوان پیروز شد در نهایت مجبور به همیاری با سوان شد و اتحاد صورت گرفت.در ادامه ادیسون تمام سهم سوان در شرکت را به چنگ آورد.سوان در جون 1882 اختراع خود را بر طبق قوانین ایالات متحده به شرکت الکتریکی براش فروخت.

در 8 اکتبر 1883 ،اداره ثبت اختراعات ایالات متحده حکم کرد که امتیازات ادیسون بر پایه فنون پیشین ویلیام ساویر به دست آمده و آن ها را نا درست اعلام کرد.این ادعا سالها ادامه یافت.در نهایت در 6 اکتبر 1889 یک قاضی حکم کرد که ادعای بهبود سیستم روشنایی الکتریکی ادیسون برای  “یک لامپ رشته ای از کربن با مقاومت بالا” صحیح بوده است.
در دهه 1890،یک مخترع اتریشی به نام ‘کارل آئوور وون ولزباچ ‘ بر روی تور رشته اس فلزی کار کرد.ابتدا او کار خود را با سیم های پلاتینیومی و سپس اسمیومی شروع کرد و یک نمونه کاربردی در سال 1898 ساخت.
در سال 1897،یک فیزیکدان و شیمیدان آلمانی به نام والتر نرنست لامپ نرست را که نوعی از لامپ  رشته بود و از حبابی سرامیکی استفاده می کرد -که نیازی به محیط خلأ یا گاز بی اثر نداشت-  تولید کرد. لامپ های نرست که دو برابر لامپ های رشته کربنی بازده داشت ،به سرعت رایج شد و این رواج تا زمانی که لامپ های رشته فلزی بر آن سبقت بگیرد ادامه یافت.
در سال 1903، ‘ویلیام ویتنیو ‘ رشته ای را ابداع کرد که درون حباب لامپ را تیره نمی کرد. (بعضی از آزمایش های ادیسون برای جلوگیری از تیره شدن حباب باعث اختراع  لامپ تخلیه الکتریکی شده ).این رشته،رشته ای کربنی بود که با فلز پوشیده شده بود.در 13 اکتبر 1904 ، ‘ساندور جاست ‘ , ‘فرنس هانامان ‘در مجارستان امتیازی ( شماره 34541) را برای تولید لامپ رشته تنگستن بدست آوردند، که نسبت به لامپ رشته کربنی نور درخشان تری تولید می کرد و عمر بیشتری هم داشت.این لامپ ها ابتدا توسط شرکت مجاری ‘تانگسرام ‘ در 1905 به بازار ارائه شد ،به همین خاطر در بسیاری از کشورهای اروپایی این نوع لامپ تانگسرام خوانده می شود.در 1906 شرکت جنرال الکتریک امتیاز روشی را برای تولید رشته تنگستن برای استفاده در لامپ رشته ای بدست آورد.  رشته های تنگستن رسوبی گران بودند اما در 1910 توسط ویلیام دیوید کولیدج (1873-1975) روش بهبود یافته ای برای ساخت رشته های تنگستن ابداع شد.رشته تنگستن بیشتر از بقیه رشته های فلزی باقی ماند و کولیدج قیمت تولید را اقتصادی کرد.در 1913 ایروینگ لانگمویر فهمید که پر کردن لامپ با گازهای بی اثر  به جای خلأ،هم باعث بهبود بازده نوری و هم کاهش فرآیند تیره شدن حباب می شود.ماروین پیپکین ، شیمیدان آمریکایی ، در 1924 امتیازی برای براق کردن داخل حباب، بدون تضعیف آن و در 1947 امتیازی برای پوشاندن داخل لامپ با سیلیکا به دست آورد.در سال 1936 ،رشته ی فنری پیچیده شده معرفی شد که بازده لامپ ها را بیشتر می کرد.
در سال 1964 بهبود بازده و روش تولید لامپ های رشته ای باعث کاهش هزینه تولید نور (هزینه انرژی و هزینه تولید) به مقدار یک سی ام (1/30) نسبت به لامپ ابتدایی ادیسون شد.

اقتصاد:

بین سالهای 1924 و 1939، بازار جهانی لامپ رشته ای توسط اتحادیه فواباس (خدای خورشید) کنترل می شد که تمام قیمت های خرید فروش را معین می کرد و اعضای آن بازار جهانی لامپ را تحت کنترل خود در آورده بودند.

طریقه ساخت:

لامپ های رشته ای شامل یک محفظه شیشه ای (یک جام یا جباب) که توسط گازی بی اثر پر شده است تا تبخیر رشته را کم کند می شود.درون حباب یک رشته از تنگستن قرار دارد که از سرتاسر آن جریان الکتریکی عبور داده میشود.جریان باعث گرم شدن رشته به دمایی شدیداً بالا می شود (نوعاٌ 2000 تا 3300 درجه کلوین بسته به نوع رشته،سایز،شکل،و مقدار جریان عبور داده شده).رشته ی داغ شده از خود نوری ساطع می کند که حدوداً یک طیف موج پوسته ای را شامل میشود.قسمت مطلوب این طیف موج نور مرعی است، اما عمده انرژی صرف تولید نور طول موج های نزدیک مادون قرمز می شود.

لامپ های رشته ای عموماً یک پایه شیشه ای دارند،که سیم های محافظ را حفاظت می کند و اجازه می دهد سیم های اتصال بدون نشت گاز/هوا به داخل حباب عبور کنند.لامپ های بزرگ ممکن است پایه ای پیچ دار داشته  باشند.( یک یا چند اتصال در نوک و یک اتصال در پوسته) یا یک پایه پایه لامپ میخی (یک یا چند اتصال در نوک ، پوسته به عنوان اتصال یا صرفاً به عنوان اتصال مکانیکی).بعضی از لامپ های لوله ای یک اتصال الکتریکی در هر انتهای خود دارند.لامپ های کوچک ممکن است یک پایه سه گوش و سیم های اتصال داشته باشند، و بعضی از لامپ های خودرو یا لامپ هایی مخصوص ترمینال های پیچی  برای ایجاد اتصال الکتریکی دارند.اتصالات در سوکت لامپ اجازه می دهند که جریان از میان رشته عبور کنند.محدوده درجه بندی توان از 0.1 وات تا 10،000 وات  است.
برای بهبود بازده لامپ ، رشته اکثراً شامل سیم پیچی از سیم مرغوب است که به نام فنر پیچیده شده ‘coiled coil’ مشهور است.برای لامپ 120 وات 120 ولتی ، طول رشته پیچیده نشده اکثراً 580 میلیمتر است و قطر رشته 0.045 میلیمتر است.
یکی از مشکلات اصلی لامپ استاندارد الکتریکی تبخیر رشته است. تفاوت های کوچک در مقاومت طول رشته باعث ایجاد “نقاط داغ” در مناطقی که مقاومت بیشتری دارند می شود.تفاوت 1% در قطر رشته باعث کاهش 25% عمر می گردد.نقاط داغ سریع تر از نقاط دیگر رشته بخار می شوند و این باعث افزایش مقاومت آن نقاط و تشکیل فیدبک مثبتی می شود که در نهایت به ایجاد یک شکاف در یک رشته ناسالم می شود. ‘ایروینگ لانگمویر ‘ فهمید که یک گاز بی اثر به جای خلأ باعث تاخیر در تبخیر می شود.هم اکنون لامپ های مصرف عمومی که توانی بیشتر از 25 وات  دارند با مخلوطی از مقدار زیادی آرگون و کمی نیتروژن یا کریپتون پر می شوند.در هر حال رشته ای که در حباب پر شده با گاز پاره می شود نی تواند یک قوس الکتریکی ایجاد کند که ممکن است به ترمینال ها منتقل شود و شار جریان بسیار زیادی را ایجاد کند.رشته های هادی داخلی نازک و محافظت های ساخته شده دیگر به عمد قرار داده شده اند تا به عنوان فیوز در لامپ عمل کنند.در لامپ های ولتاژ بالاتر نیتروژن بیشتری به کار برده می شود تا امکان جرقه زدن را کاهش دهند.
در مصارف عمومی رشته تنگستن بخار می شود. در لامپ های پر بازده تر این تبخیر سریع تر است.به همین خاطر طول عمر لامپ رشته ای رابطه ای جایگزینی “Trade off” بین بازده و طول عمر دارد.این رابطه اکثراً برای لامپ های عمومی به سمتی می رود که طول عمر  از 100 ها ساعت تا 2000 ساعت کمتر نشود.لامپ های پروژکتور ها و لامپ های عکاسی و تئاتر ها  طول عمر مفیدی در حد چندین ساعت دارند ، معامله ای بین طول احتمالی و نور بیشتر در حجم کمتر.لامپ های عمومی با طول عمر بالا و بازده کمتر اکثراَ در جاهایی استفاده می شوند که هزینه تعویض نسبت به هزینه انرژی هدر رفته بیشتر باشد.
در لامپ های مرسوم تنگستن تبخیر شده باعث کدر شدن سطح داخلی شیشه می شود.برای لامپ های خلأ این تیرگی به طور یکنواخت در تمام سطح حباب صورت می گیرد.وقتی لامپ از یک گاز بی اثر پر باشد تنگستن تبخیر شده توسط جریان گاز گرم حمل می شود،که ترجیجاً در بالا ترین قسمت حباب جمع می شود و فقط آن قسمت حباب را تیره می کند.
لامپ رشته ای که وقتی 75% از عمر آن سپری شده فقط 93% یا  بیشتر از نور ابتدائی خود را بدهد بنا بر تستی که نشریه 60064 IEC انجام داده نامناسب است.کم شدن نور بدلیل تبخیر رشته و سیاهی حبا است.
“شکاف رشته” پدیده ای دیگر است گه طول لامپ را کاهش می دهد.لامپ هایی که با جریان ثابت کار می کنند اختلالاتی پله ای شکل در رشته آنها ایجاد می شود،که باعث کاهش سطح جریان عبوری عرضی و در نتیجه گرمای بیشتر و تبخیر سریع تر در این نقاط می شود.در لامپ های کوچکی که با جریان DC کار می کنند این کاهش ممکن است تا نصف شدن طول عمر لامپ نسبت به جریان AC باشد.آلیاژ های متفاوتی از تنگستن و رهنیوم می توانند برای بی اثر کردن این اثر استفاده شوند.
مقدار بسیار کمی بخار آب می تواند باعث تیرگی زیاد حباب لامپ شود.حباب آب بر روی رشته داغ به هیدروژن و اکسیژن تجزیه می شود.اکسیژن به فلز تنگستن حمله ور می شود و ذرات اکسید تنگستن را می سازد که در نقاط سردتر لامپ قرار می گیرند.هیدروژن تشکیل شده نیز اکسید را می کاهد و دوباره بخار آب را تشگیل می دهد و این سیکل آبی را ادامه می دهد.یک قطره آب تقسیم شده در 500،000 لامپ باعث تیرگی به مقدار زیادی می شود.
در لامپ هالوژن تبخیر نا خواسته رشته و تیرگی حباب با پرکردن حباب از یک گاز هالوژن در فشار پایین کاهش یافته است.این لامپ ها می توانند در دماهای بالاتری کار کنند بدون این که مقدار غیر قابل قبولی از عمر آنها کاسته شود که باعث می شود بازده نوری بیشتری داشته باشند.
بعضی از لامپ های قدیمی که در تئاتر ها ، پرژکتورها،نورهای جستجو و فانوس های دریای استفاده می شدند ، رشته ای ضخیم و سنگین د اشتند که در خود پودر تنگستن آزاد میان یک جام داشت.پس از مدت زمانی اپراتور جباب را جدا می کرد و آن را تکان می داد تا به پودر تنگستن اجازه دهد تا تنگستنی را که در درون حباب جمع شده را پاک کند تا سیاهی را پاک کرده و لامپ را دوباره روشن کند.
اگر حباب لامپ ترک بردارد،تنگستن داغ با هوا ترکیب می شود و تعلیقی از نیتراد تنگستن قهوه ای رنگ،اکسید تنگستن قهوه ای رنگ ، پنتا اکساید تنگستن نیلی رنگ و تری اکساید تنگستن زرد رنگ تشکیل می شود که در نزدیک سطح حباب ته نشین می گردد.
حباب شیشه ای لامپ  معمول می تواند به دمایی بین 220 تا 260 درجه سانتیگراد برسد.لامپ هایی که برای توان های بالا یا به منظور گرمایش تولید می شوند می بایست حبابی از جنس شیشه سخت یا گوارتز سیم گزاری شده داشته باشد.

مشخصات الکتریکی :

لامپ های رشته ای تقریباً بارهایی مقاومتی با ضریب توان 1 هستند.یعنی توان واقعی (وات)  استفاده شده با توان ظاهری (ولت امپر) یکسان اند.مقاومت واقعی رشته یه دمای آن وابسته است.دمای رشته سرد حدوداً  لامپ روشن یک پانزدهم است.مثلا ،لامپ 100 وات ِ 120 ولت حدوداً 144 اهم مقاومت دارد در حالی که مقاومت سرد بسیار پایین تر است (حدوداً 9.5 اهم ).از آنجا که لامپ های رشته ایی بارهای مقاومتی هستند،دیمر های ترایاکی ساده می توانند به راحتی به عنوان مدار  کنترل روشنایی آنها مورد استفاده قرار گیرند.اتصالات الکتریکی ممکن است نشان “T” داشته باشند که نشان می دهد آنها به منظور استفاده در مدارات کنترلی با جریان هجومی بالای لامپ های تنگستن طراحی شده اند.برای لامپ های 120 ولت 100 وات عمومی ، جریان در حدود 0.10 ثانیه ثابت می شود،و لامپ پس از حدوداً 0.13 ثانیه به 90% روشنایی کامل خود دست می یابد.

توان :

لامپ های رشته ای اکثراً بنا بر توان الکتریکی مصرفی خود به فروش می رسند.این توان با وات اندازه گیری  می شود و اساساً به مقاومت رشته وابسته است،که آن نیز به طول رشته،ضخامت و جنس آن بستگی دارد.برای دو حباب با ولتاژ یکسان ، نوع ، رنگ و شفافیت ، لامپی که توان بیشتری می گیرد نور بیشتری هم می دهد.
جدول مقدار نوعی تقریبی را بر حسب لمان برای لامپ های رشته ای استاندارد با توان های متفاوت نشان می دهد.دقت کنید که مقدار لومان برای حباب های “سفید نرم” عموماً کمی از لامپ های استاندارد با توان مشابه کمتر است،چون حباب های شفاف اکثراً کمی نور روشنتری از خود نسبت به لامپ های عادی با توان مشابه ساطع می کنند.

مقایسه هزینه برق مصرفی:

کیلووات ساعت،واحد معمول انرژی الکتریکی خریداری شده است. قیمت الکتریسیته در ایالات متحده عموماً بین 0.06 تا 0.18 دلار به ازای هر کیلووات ساعت متغیر است ،اما در بعضی نقاط خاص مانند هاوایی ممکن است تا 0.23 دلار به ازای هر کیلووات ساعت برسد.
مانند سایر وسایل الکتریکی،هزینه کار ساعتی می تواند با ضزب کردن توان ورودی در هزینه به ازای هر کیلووات ساعت  و تقسیم آن بر 1000 بدست آید.مثلاً یک لامپ 100 وات با هزینه 10 سنت برای هر کیلووات ساعت 1=1000/12*100 سنت برای هر ساعت کار خواهد بود.
هدف هر سیستم نورپردازی روشنایی است (لومان)،نه توان.برای مقایسه هزینه کارکرد لامپ های رشته ای با منابع نوری دیگر ،محاسبه باید مقدار نور تولید شده با هر لامپ را هم در بر بگیرد.برای سیستم های نوردهی صنعتی و تجاری ،مقایسه باید شامل مقدار نور مورد نیاز ، بازده تجهیزات نوردهی،هزینه هر لامپ ، هزینه کارگری که لامپ را جایگزین می کند،ضریب استهلاک لامپ در زمان کارکرد آن (نور آن بعد از گذشت زمان)،تأثیر گرمایی لامپ و سیستم های تهویه مطبوع ، و همچنین مصرف انرژی را هم در نظر گرفت.
هزینه نهایی نوردهی همچنین شامل اتلاف نوری نگهدارنده های لامپ نیز می شود.سطوح منعکس کننده داخلی و طراحی پایه لامپ می تواند مقدار نور قابل رویت را بهبود دهد.از آنجا که دید انسان خود را با نورهای بسیار متفاوتی تطبیق می دهد، 10تا 20% کاهش در نور هنوز می تواند نور دهی قابل قبولی باشد،مخصوصاً وقتی تغییراتی مانند تمیز کردن تجهیزات نوردهی و بهبود پایه های لامپ اعمال شوند.

مشخصات فیزیکی :

شرایط ، اندازه و شکل حباب ها :

نور در تمام جهات ساطع می شود.در دو نوع شفاف و مات ساخته می شود. انواع : عمومی (A) ، حبابی (G) ، و دکوراتیو (D) (شعله ای،پخش و اشکال دیگر)

لامپ های بالاتر از 200 وات

یک بازتابنده نور در درون لامپ پوشش داده شده تا نور را به سمت روبرو جهت دهی کند.مدل های با نور پخش  (FL ) نور را پراکنده می کنند.نوع نقطه ای (SP) نور را متمرکز می کند. نوع بازتابنده (R ) تقریباً دو برابر شدت پرتابه نور بیشتری (فوت-کاندل) نسبت به نوع عمومی (A ) با همان وات دارد.

حباب های PAR نور را با دقت بیشتری تحت کنترل داند.آنها حدودا 4 برابر شدت نور بیشتری نسبت به نوع A دارند ،و برای نور خطی و بازگشتی مورد استفاده قرار می گیرند.نوع مقاوم در برابر هوا  برای استفاده نورهای نقطه ای و نور پخش در فضای آزاد موجود است.حباب 120های ولت 16،20،30 و 38  : در انواع نقطه ای و نور باریک گسترش می یافتند.مانند بقیه لامپ ها ،شماره بالا نشان دهنده قطر لامپ بر حسب یک هشتم اینچ است.Par 16 برابر دو اینچ است ، 20 برابر با قطر 2.5 اینچ است ، 30 برابر 3.75 ایننچ است و 38 برابر 4.75 اینچ است.

“HIR ” لامپی است که پوششی مخصوصی دارد که نور مادون قرمز را به سوی رشته بازمیتابد،گرمای کمتری نشت می کند ،بنابر این رشته داغ تر می شود و بازده بالاتر می رود.

اتصالات استاندارد:

 حباب لامپ با پایه پیچی  E26 ادیسون            کلاهک دو پایه اتصال میخی (حباب نشان داده  در اصل CFLاست)

بعضی از لامپ های خانگی و صنعتی پایه های فلزی دارند که با سوکت های استاندارد مطابقت دارند.ژنرال الکتریک در 1909 سایز استانداردی برای لامپ های رشته ای تنگستن تحت مارک مزدا معرفی کرد.این استاندارد در ایالات متحده به سرعت مقبول افتاد و نام مزدا تحت پروانه ای در سال 1945 توسط سازنده ها مورد استفاده قرار گرفت.

پایه پیچی:

در هر طراحی،E نشانه ادیسون است،کسی که سرپیچ لامپ را ساخت ، و شماره نشانگر قطر برحسب میلیمتر است. ( حتی در آمریکای شمالی هم که طراحی برای حباب شیشه ای بر حسب یک هشتم اینچ هست هم صادق است.).چهار نوع سایز رایج برای اندازه سرپیچ های استفاده شونده در سرپیچ های مخصوص ولتاژ شبکه رایج است:

بقیه سایز های سرپیچ عبارت است از :

سایز بزرگ E39 هم اکنون در لامپ های خیابانی بزرگ و لامپ های وات بالا (مانند سه شماره 100/200/300) و بسیاری از لامپ های نورانی تخلیه الکتریکی مورد استفاده قرار می گیرد.حباب های 12 ولت سرپیچ متوسط ادیسون (MES) برای کاروان ها تولید می شوند.لامپ های فضای باز جشن ها و همچنین لامپ های چراغ های مطالعه و فرهای مایکروویو از سرپیچ میانی استفاده می کنند.پیشتر لامپ های خروج اضطراری نیز از پایه میانی استفاده می کردند (اما هم اکنون طبق قوانین کانادا و ایالات متحده لامپ های پربازده تری باید مورد استفاده قرار گیرند.).از سرپیچ متوسط نباید بیشتر از 25 آمپر بگذرد.این قضیه محدوده لامپ های ولتاژ پایین کاربردی را کم می کند.(5500 وات در شبکه  220  ولت.).

پایه های میخی (بایونت) :

حباب های پایه میخی (فشار و چرخش) که در پایه هایی با سوکت های با صفحه های فنری مورد استفاده قرار می گیرند، در سایزهای مشابهی تولید می شوند و در طرح های B ,BAیا 12 ,BY تولید می شوند.این پایه ها در سرتاسر جهان به همراه لامپ های پایه گوه ای که دارای پایه نیمه پلاستیکی یا کاملاً شیشه ای هستند برای لامپ های اتومبیل 12 ولت رایج اند.در این حالت اتصالات دور قسمت خارجی جباب می پیچند که برخلاف اتصالات سوکت تحت فشار قرار می گیرند.حباب های لامپ های کوچک جشن ها از پایه های گوه ای پلاستیکی استفاده می کنند.BC یا B22 یا B22d یا پایه های میخی دو اتصاله در استرالیا ، هند ،ایرلند و نیوزیلند و ایالات متحده برای بیشتر لامپ های 240-220 ولت مورد استفاده قرار می گیرند.بایونت های کوچک در آمریکای شمالی برای وسایلی مثل ماشین های دوخت و جاروبرقی ها مورد استفاده قرار می گیرند.

پایه های سنجاقی:

پایه سنجاقی (پینی) ، دو اتصال در قسمت زیرین حباب دارد.برای آنها طرح های G یا GY تعیین شده است ، همراه با عددی که فاصله مرکز تا مرکز هر پین را به میلیمتر نشان می دهد.مثلاً یک پایه پینی 4 میلیمتری به صورت G4 (یا GY4 ) نشان داده می شود.بعضی از سایزهای رایج  G4, G6.35,G8,GY8.6,G9 و GY9.5 هستند.وجود دومین حرف (یا نبودن آن) قطر پین را نشان می دهد.بعضی از لامپ های نقطه ای یا پهن پین هایی دارند که نوک پهن تری دارند.تا در سوکت با یک چرخش قفل شوند.لامپ های دیگر به شکل استوانه باریک ساخته می شوند ، با دندانه یا تیغه هایی در هر طرف.

پایه لامپ های مخصوص:

برای بعضی از پروژکتورها و وسایل نوردهی صحنه پایه های خاصی مورد استفاده مورد استفاده قرار می گیرند.لامپ های پروژکتور دربعضی موارد ممکن است از ولتاژهای معمول استفاده نکنند (مانند 82)،ممکن است برای بعضی از محیط های خرید و فروش یا برای بهتر ساختن نور خروجی در بعضی از سیستم های نوری نیاز به انها باشد.
لامپ های طراحی شده برای سیستم های نوری (مانند پروژکتورهای فیلم،نور میکروسکوپ ها،یا تجهیزات نوری تئاتر) پایه هایی با خاصیت هم ترازی دارند تا رشته  دقیقاً در میان سیستم نوری قرار بگیرد.لامپ سرپیچ دار ممکن است جهتی تصادفی به هنگام نصب لامپ در سوکت به خود بگیرد.
لامپهای استوانه ای مانند R7S-75 لامپهای هالوژنی تیوبی،در این حالت سوکتی به ضخامت 7 میلیمتر با استوانه ای به طول 75 میلیمتر دارد.

ولتاژ،نور و طول عمر:

لامپ های رشته ای نسبت به تغییرات ولتاژ تغذیه خود بسیار حساس اند.این مشخصات بسیار دقیق اند و از لحاظ اقتصادی مهم هستند.
برای ولتاژ تغذیه V ،

یعنی 5% کاهش ولتاژ کاری عمر لامپ را در ازای 20% کاهش نور بیش از دو برابر می کند .این معامله بسیار قابل قبولی برای لامپی است که در مکان های دور افتاده (مثلاً لامپ های ترافیکی یا تجهیزاتی که از سقف های بلند آویزان هستند) قرار دارد.این لامپ هایی که “پر عمر” نامیده می شوند لامپ هایی هستند که از این رابطه ساده استفاده می کنند.از آنجا که ارزش توان الکتریکی مصرفی بسیار بیشتر از قیمت لامپ است،لامپ های عمومی برای روشنایی تاکید بیشتری بر بازده نوری دارند تا عمر کاری.هدف کاهش قیمت نور است،نه کاهش قیمت لامپ ها.
روابط بالا فقط برای تغییرات ناچیزی حول مقادیر نامی صادق هستند،اما نشان می دهند که لامپ هایی که در ولتاژهای بسیار پایین تر از ولتاژ نامی خود کار میکنند می توانند صدها برابر عمر نامی خود عمر کنند، در حالی که نور بسیار کمتری هم تولید می کنند.لامپ صدساله حباب لامپی است که به عنوان لامپی که یکسره از 1901 نوردهی می کرده در کتاب رکوردهای گینس ثبت شده است.در حالی که حباب حدوداً 4 وات توان دریافت می کرده.قضیه مشابهی درباره لامپ 40 واتی که در تگزاس از21 سپتامبر سال 1908 روشن بوده صدق می کند.این لامپ یک بار در اپرایی قرار گرفت که جشن بزرگی تحت نور آن برگزار شد، اما هم اکنون در محوطه موزه قرار دارد.
در لامپ های با نور پخش که  برای نور عکاسی مورد استفاده قرار می گیرند،رابطه تعادل به سمت دیگری سوق پیدا می کند.در مقایسه با لامپ های عادی برای یک توان مشابه ، این لامپ ها نور بسیار بیشتری تولید می کنند و (مهم تر این که) نوری با گرمای نوری بیشتر در ازای عمر کمتر لامپ (که ممکن است به اندازه 2 ساعت برای یک لامپ P1 باشد.) تولید می کند. ماکزیمم حرارت نور وقتی است که رشته فلز داخل حباب در نقطه جوش خود کار کند.تنگستن فلزی است که بیشترین نقطه جوش را داراست.مثلاً حبابی با عمر نوردهی 50 ساعت ، برای کار در دمای حدوداً 50 درجخ سانتیگراد زیر نقطه جوش خود طراحی شده.این نوع لامپ ممکن است به 22 لومان بر وات در مقایسه با 17.5 برای یک لامپ عمومی با 750 ساعت کار دست یابد.
لامپ های طراحی شده برای ولتاژ های متفاوت بازده های نوری منفاوتی هم دارند.مثلاً یک لامپ 100 وات 120 ولت حدوداً 17.1 لومان بر وات تولید خواهد کرد.لامپی با طول عمر نامی مشابه با ولتاژ کاری 230 ولت فقط حدود 12.8 لومان بر وات تولید خواهد کرد.،و لامپی مشابه برای 30 ولت (نوردهی قطار) 19.8 لومان بر وات تولید خواهد کرد.
لامپ های از لحاظ تعداد سیم های محافظ برای رشته تنگستن هم متفاوت اند.هر رشته تنگستن اضافی رشته را از لحاظ مکانیکی محکم تر می کند،اما حرارت رشته را از ان دور می کند، که باعث ایجاد رابطه تعادل دیگری بین عمر و بازده می شود.بسیاری از لامپ های نوین عمومی از سیم محافظ دیگری استفاده نمی کنند، اما لامپ های ساخته شده برای “خدمات سیار” اغلب چند سیم اضافه با لامپ های مخصوص “خدمات ارتعاشی” ممکن است تا 5 رشته اضافی داشته باشند.لامپ های طراحی شده برای ولتاژهای پایین (مانند 12 ولت) اکثراً رشته هایی بسیار ضخیم تر دارند که نیاز به سیم های حمایت کنند اضافی ندارند.ولتاژهای بسیار پایین کم بازده هستند زیرا سیم های هدایت کننده جریان حرارت بیشتری از رشته دور خواهند کرد ، به همین خاطر مینیمم ولتاژ کاری به 1.5 ولت محدود می شود.رشته های بسیار طویل برای ولتاژهای بالا شکننده اند،و پایه های لامپ سخت تر عایق بندی می شوند،پس لامپ های روشنایی با ولتاژنامی بیشتر از 300 ولت ساخته نمی شوند.بعضی از المنت های حرارت غیرمستقیم برای ولتاژ های بالاتر ساخته می شوند،اما از حباب هایی تیوبی با ترمینال های بسیار دور استفاده می کنند.

اثر نور و بازده:

حدوداً 90% توان مصرف شده توسط حباب  لامپ رشته ای به جای نور قابل رویت به صورت گرما ساطع میگردد.
اثر نوری نسبت نور قابل رویت (واقع در طول موج مرئی) است به توان وارده به لامپ که با لومان بر وات (lm/W) محاسبه می شود.حداکثر اثر نوری ممکن lm/W 683 برای لامپ سبز تک رنگ با طول موج 555 نانومتر حداکثر حساسیت چشم انسان است. برای نور سفید حداکثر اثر نوری240 لومان بر وات است.
بازده نوری نسبت اثر نور بر ماکزیمم مقدار ممکن است که به صورت عددی بین 0 و 1 یا درصد بیان  می شود.در هر حال بازده نور برای هر دو مقدار استفاده می شود.دو رابطه مربوط دیگر اثر نور کلی و بازده نور کلی هستند که کل نور خروجی تقسیم بر کل توان ورودی هستند. این کار باعث می شود که راه های مختلفی که ممکن است باعث اتلاف انرژی شوند در نظر گرفته شوند ،پس این مقادیر هرگز از بازده و اثر نوری استاندارد بزرگتر نخواهند شد.اصطلاح “بازده نوری” اغلب به خوبی مورد استفاده قرار نمی گیرد،و در عمل ممکن است به هر یک از این 4 رابطه اطلاق گردد.
جدول پایین مقادیر کلی اثر نور و بازده نوری را برای چند نوع از لامپ های التهابی و چند منبع نور ایده آل نشان می دهد.

یک لامپ 100 وات 120 ولت 17.5 لومان بر وات تولید می کند،که در مقایشه با نور سفید ایده آل در تئوری که 242.5 لومان بر وات تولید می کند.متاسفانه ،تا زمانی که رشته تنگستن به حالت جامد است( دمایی زیر 3683 درجه کلوین ) بیشتر نور مادون قرمز از خود ساطع می کند.دونالد ال.کلیپستین در این باره اینگونه توضیح می دهد : “یک  ماده نورافشان ایده آل در دمای 6300 درجه سانتیگراد (6600 کلوین) نور مرئی پربازدهی تولید می کند.حتی در این دما هم اکثر نور تولیدی مادون قرمز یا ماوراء بنفش است،و بازده نوری تئوری 95 لومان بر وات است”. هیچ ماده شناخته شده ای نمی تواند در این دمای ایده آل که گرم تر از دمای سطح خورشید است مورد استفاده قرار گیرد.طیف نوری ساطع شده از یک منبع نوری جسم سیاه با مشخصات حساسیت چشم انسان مطابقت ندارد.یک مقدار حداکثر برای بازده نوری یک لامپ التهابی حدود 52 لومان بر وات یا مقدار نظری نور ساطع شده از تنگستن در نقطه جوش آن است.برای یک مقدار یکسان نور،یک لامپ التهابی دمای بیشتری از خود نسبت به یک لامپ فلورسنت از خود ساطع می کند (و توان بیشتری مصرف می کند). گرمای خروجی لامپ التهابی بار دستگاه های تهویه مطبوع را در تابستان بیشتر می کنند،اما در هوای سرد این گرما می تواند در سیستم گرمایسی ساختمان در نظر گرفته شود.
لامپ های التهابی هالوژن اثر بیشتری دارند که اجازه می دهد یک لامپ هالوژن 60 وات حدوداً اندازه یک لامپ 100 وات غیر هالوژن نور تولید می کند.همچنین لامپ های هالوژن کم توان تری می توان ساخت که نور مشابهی با لامپ 60 وات غیر هالوژنی تولید کنند اما با عمری بیشتر.
جایگزین های استانداردی که می توانند به جای لامپ التهابی استفاده شوند عبارت اند از:

هیچ کدام از این لامپ ها بر پایه التهاب تولید نور نمی کنند.این لامپ ها با انتقال الکترون از یک مدار انرژی به مدار بالاتر نور تولید میکنند.این مکانیزم خطوط طیفی ناپیوسته تولید می کند پس وابسته به دنباله وسیع طول موجهای نامرئی مادون قرمز ساطع شونده از التهاب  که انرژی ناکارآمدی برای نورپردازی است نیستند .با انتخاب دقیق مدار انتقال الکترون ،می توان از طول موج لامپ التهابی تقلید کرد یا نوری سفید با دمای رنگ دلخواه تولید کرد.

قوانین و مقررات منع استفاده:

به دلیل مصرف بیشتر لامپ های التهابی نسبت به جایگزین های پربازده تر مانند لامپ های فلورسنت فشرده و لامپ های LED ،بعضی کشورها قوانین و مقرراتی تصویب کردند که استفاده از لامپ های التهابی را کمتر کنند.برزیل و ونروئلا در سال 2005 شروع به از رده خارج کردن این لامپ ها کردند،وبعضی کشورها برنامه ای زمان بندی برای این کار دارند : ابرلند در 2009 ، استرالیا در 2010 ، کانادا در 2012  و ایالات متحده بین 2012 تا 2014.اکثر این قوانین جلوی استفاده از این لامپ ها را نمی گیرند بلکه جلوی فروش آنها را می گیرند.

تلاش برای بهبود بازده:

تلاش های زیادی در سال های  بدلیل قوانین بازدارنده مصرف این لامپ های برای بهبود بازده لامپ های کم مصرف انجام شده.بخش مصرف کننده های نور جنرال الکتریک اعلام کردند که بر روی لامپ هایی با نام”لامپ های التهابی پربازده” (HEI) کار می کنند که انتظار می رود 4 برابر لامپ های التهابی حاضر بازده داشته باشند و هدف ابتدائی آن ها تولید نور 30 لومان بر وات یا با دو برابر بازده است.

در سال 2006 ،دیوید کانینگهام که ابداعات زیادی در زمینه نورپردازی سرگرم کننده دارد،مقاله در مورد لامپی با بازتابنده مادون قرمز در ایلات متحده ثبت کرد.
دانشکده انرژی ‘Sandia National Laboratories’ در آمریکا در حال ارائه لامپی رشته ای با بازده 60% به جای 5% هستند.

ترجمه شده از ویکی پدیای انگلیسی