تدين أجهزة الفراغ الكهربائي الحديثة بمظهرها للمخترع الأمريكي توماس إديسون. كان هو من طور أول طريقة ناجحة للإضاءة ، باستخدام المصباح الكهربائي لهذا الغرض.
تاريخ المصباح
حاليًا ، من الصعب تصديق أن الكهرباء لم تكن موجودة في جميع الفترات التاريخية. ظهرت المصابيح المتوهجة الأولى فقط في نهاية القرن التاسع عشر. تمكن إديسون من تطوير نموذج للمصباح الكهربائي ، حيث توجد خيوط الكربون والبلاتين والخيزران. هذا هو العالم الذي يُدعى بحق "أب" المصباح الكهربائي الحديث. قام بتبسيط دائرة المصباح الكهربائي ، وخفض تكلفة الإنتاج بشكل كبير. ونتيجة لذلك ، لم يكن الغاز ، بل ظهرت الإضاءة الكهربائية في الشوارع ، وبدأت أجهزة الإنارة الجديدة تسمى مصابيح إديسون. عمل توماس على تحسين اختراعه لفترة طويلة ، ونتيجة لذلك ، أصبح استخدام الشموع مقياسًا غير مربح.
مبدأ العمل
ما هو الجهاز الذي تمتلكه مصابيح Edison المتوهجة؟ كل جهاز له جسمخيوط ، لمبة زجاجية ، جهة اتصال رئيسية ، أقطاب كهربائية ، قاعدة. كل منهم له غرض وظيفي خاص به.
جوهر هذا الجهاز كما يلي. عندما يتم تسخين جسم التسخين بقوة بواسطة تيار من الجسيمات المشحونة ، يتم تحويل الطاقة الكهربائية إلى شكل خفيف.
لكي تدرك العين البشرية الإشعاع ، من الضروري الوصول إلى درجة حرارة لا تقل عن 580 درجة.
من بين المعادن ، يحتوي التنجستن على أعلى نقطة انصهار ، لذلك يتكون جسم التسخين منه. لتقليل الحجم ، بدأ السلك يوضع على شكل لولب.
على الرغم من المقاومة الكيميائية العالية للتنغستن ، لحمايته القصوى من عملية التآكل ، يتم وضع جسم الفتيل في وعاء زجاجي محكم الإغلاق ، تم ضخ الهواء منه مسبقًا. بدلاً من ذلك ، يتم ضخ غاز خامل في القارورة ، مما يمنع سلك التنجستن من الدخول في تفاعلات الأكسدة. الغاز الخامل الأكثر استخدامًا هو الأرجون ، وأحيانًا يستخدم النيتروجين أو الكريبتون.
جوهر اختراع إديسون هو أن التبخر الذي يحدث أثناء التسخين المطول للمعدن يمنعه الضغط الناتج عن غاز خامل.
ميزات المصباح
هناك عدد غير قليل من المصابيح المختلفة المصممة لإضاءة مساحة كبيرة. ميزة اختراع Edison هي القدرة على ضبط قوة هذا الجهاز ، مع مراعاة المنطقة المضيئة.
يقدم المصنعون أنواعًا مختلفة من المصابيح ، تختلف في عمر الخدمة والحجم والقوة.دعونا نتناول بعض أنواع هذه الأجهزة الكهربائية.
الأنابيب المفرغة الأكثر شيوعًا هي LON. إنها صحية تمامًا ولديها متوسط عمر خدمة يبلغ 1000 ساعة.
من بين عيوب مصابيح الأغراض العامة ، نسلط الضوء على الكفاءة المنخفضة. يتم تحويل ما يقرب من 5 بالمائة من الطاقة الكهربائية إلى ضوء ، ويتم إطلاق الباقي على شكل حرارة.
أضواء كاشفة
لديهم قوة عالية إلى حد ما ، مصممة لإلقاء الضوء على مناطق واسعة. تنقسم أجهزة الفراغ الكهربائي إلى ثلاث مجموعات:
- عرض فيلم
- منارات
- غرض عام.
يختلف مصدر ضوء جهاز العرض في طول جسم الفتيل ، وله حجم أكثر إحكاما ، مما يسمح لك بزيادة السطوع الكلي ، وتحسين تركيز تيار الضوء.
أجهزة الفراغ الكهربائي ذات المرآة لها طبقة ألمنيوم عاكسة ، تصميم لمبة مختلف.
هذا الجزء منه ، المصمم لتوصيل الضوء ، مصنوع من زجاج مصنفر. يتيح لك ذلك جعل الضوء ناعمًا ، وتقليل الظلال المتناقضة من كائنات مختلفة. تستخدم أجهزة الفراغ الكهربائي هذه للإضاءة الداخلية.
يوجد داخل دورق الهالوجين مركبات من البروم أو اليود. نظرًا لقدرتها على تحمل درجات حرارة تصل إلى 3000 كلفن ، فإن العمر التشغيلي للمصابيح يبلغ حوالي 2000 ساعة. لكن مصدر الضوء الأبيض هذا له أيضًا عيوبه ، على سبيل المثال ،مصباح هالوجين له مقاومة كهربائية منخفضة عند تبريده.
المعلمات الرئيسية
في مصباح Edison المتوهج ، يتم ترتيب خيوط التنغستن بأشكال مختلفة. للتشغيل المستقر لمثل هذا الجهاز ، يلزم وجود جهد 220 فولت.متوسط عمر الخدمة من 3000 إلى 3500 ساعة. بالنظر إلى أن درجة حرارة اللون 2700 كلفن ، فإن المصباح يوفر طيفًا أبيض أو أصفر دافئًا. حاليًا ، يتم تقديم المصابيح بأحجام مختلفة من القمم (E14 ، E27). إذا رغبت في ذلك ، يمكنك التقاط مصباح على شكل دبوس شعر ، أو متعرجة ، أو حلزوني في ثريا السقف أو تركيبات إضاءة الحائط.
ينقسم اختراع إديسون إلى فئات منفصلة وفقًا لعدد خيوط التنجستن. تعتمد تكلفة تركيبات الإضاءة وقوتها وعمرها التشغيلي بشكل مباشر على هذا المؤشر.
مبدأ عملية EVL
الانبعاث الحراري يتكون من انبعاث الإلكترونات بواسطة جسم متوهج ساخن إلى فراغ أو وسط خامل يتم إنشاؤه داخل المصباح. للتحكم في تدفق الإلكترونات ، يتم استخدام مجال مغناطيسي أو كهربائي.
يسمح لك الانبعاث الحراري باستخدام الصفات الإيجابية لتدفق الإلكترون عمليًا - لتوليد وتضخيم الاهتزازات الكهربائية بترددات مختلفة.
ميزات أنابيب الراديو
الصمام الثنائي الفراغي الكهربائي هو أساس هندسة الراديو. يحتوي تصميم المصباح على قطبين كهربائيين (كاثود وأنود) ، وشبكة. يوفر الكاثود الانبعاث ، ولهذا يتم تغطية طبقة التنغستن بالباريوم أو الثوريوم. يتكون الأنود على شكل صفيحة من النيكل والموليبدينوم والجرافيت. شبكةهو الفاصل بين الأقطاب الكهربائية. عندما يتم تسخين مائع العمل ، يتم إنشاء تيار كهربائي قوي من الجسيمات المتحركة في الفراغ. تشكل أجهزة الفراغ الكهربائي من هذا النوع أساس هندسة الراديو. في النصف الثاني من القرن الماضي ، تم استخدام الأنابيب المفرغة في مختلف مجالات الصناعة التقنية والراديو الإلكترونية.
بدونهم كان من المستحيل تصنيع أجهزة راديو و تليفزيونات و معدات خاصة و حواسيب
مجالات التطبيق
مع تطور الأجهزة الدقيقة ، والإلكترونيات اللاسلكية ، فقدت هذه المصابيح أهميتها ، وتوقف استخدامها على نطاق واسع.
ولكن حتى الآن هناك مثل هذه المناطق الصناعية التي تتطلب EVL ، لأن المصباح الفراغي فقط هو القادر على ضمان أداء الأجهزة وفقًا للمعايير المحددة ، في بيئة معينة.
EVL ذات أهمية خاصة للمجمع الصناعي العسكري ، حيث تتميز الأنابيب المفرغة بمقاومة متزايدة للنبضات الكهرومغناطيسية.
يمكن أن يحتوي جهاز عسكري واحد على ما يصل إلى مائة EVL. معظم مواد أشباه الموصلات ، REC لا يمكنها العمل مع زيادة الإشعاع ، وكذلك في ظروف الفراغ الطبيعية (في الفضاء).
EVL تساعد في تحسين موثوقية ومتانة الأقمار الصناعية والصواريخ الفضائية.
الخلاصة
في أجهزة الفراغ الكهربائي التي تسمح بتوليد الطاقة الكهرومغناطيسية وتضخيمها وتحويلها ، يتم تحرير مساحة العمل تمامًا من الهواء ،محمي من الغلاف الجوي بقذيفة لا يمكن اختراقها.
ساهم اكتشاف الانبعاث الحراري في إنشاء مصباح بسيط ثنائي القطب يسمى الصمام الثنائي الفراغي.
عند توصيله بدائرة كهربائية ، يظهر تيار داخل الجهاز. عندما تتغير قطبية الجهد ، فإنها تختفي ، وبغض النظر عن درجة حرارة الكاثود. من خلال الحفاظ على قيمة ثابتة لدرجة حرارة الكاثود المسخن ، كان من الممكن إنشاء علاقة مباشرة بين جهد الأنود وقوة التيار. تم استخدام النتائج التي تم الحصول عليها في تطوير أجهزة التفريغ الإلكترونية.
على سبيل المثال ، الصمام الثلاثي هو أنبوب مفرغ به ثلاثة أقطاب: أنود ، كاثود حراري ، شبكة تحكم.
كانت الصمامات الثلاثية هي أول الأجهزة المستخدمة لتضخيم الإشارات الكهربائية في بداية القرن الماضي. في الوقت الحاضر ، تم استبدال الصمامات الثلاثية بترانزستورات أشباه الموصلات. تستخدم الصمامات الفراغية فقط في تلك المناطق التي يكون من الضروري فيها تحويل الإشارات القوية مع عدد صغير من المكونات النشطة ، ويمكن إهمال الوزن والأبعاد.
أنابيب الراديو القوية يمكن مقارنتها بالترانزستورات من حيث الكفاءة والموثوقية ، لكن مدة خدمتها أقصر بكثير. في الصمامات الثلاثية منخفضة الطاقة ، تذهب معظم الحرارة إلى طاقة التعاقب المستهلكة ، وأحيانًا تصل قيمتها إلى 50٪.
Tetrodes عبارة عن مصباح إلكتروني ثنائي الشبكة ، مصمم لزيادة الطاقة والجهد الكهربائيإشارات. تتمتع هذه الأجهزة بمكاسب أعلى مقارنة بالثلاثي. تتيح ميزات التصميم هذه استخدام tetrodes لتضخيم الترددات المنخفضة في أجهزة التلفزيون وأجهزة الاستقبال ومعدات الراديو الأخرى.
يستخدم المستهلكون بنشاط المصابيح المتوهجة ، حيث يكون جسم الفتيل عبارة عن خيوط أو سلك من التنجستن. تتمتع هذه الأجهزة بقوة 25 إلى 100 واط ، وعمرها التشغيلي 2500-3000 ساعة. يقدم المصنعون مصابيح ذات قواعد وأشكال وأحجام مختلفة ، بحيث يمكنك اختيار خيار المصباح ، مع مراعاة خصائص جهاز الإضاءة ، ومساحة الغرفة.
