مصباح القوس – Arc lamp
من ويكيبيديا
ان مصباح القوس أو ضوء القوس هو مصباح ينتج الضوء بواسطة القوس الكهربائي (وتسمى أيضًا القوس الفولتية). ضوء قوس الكربون ، الذي يتكون من قوس بين أقطاب الكربون في الهواء ، اخترع بواسطة همفري ديفي في العقد الأول من القرن التاسع عشر ، كان أول عملي مصباح كهربائي.[1] تم استخدامه على نطاق واسع بدءًا من سبعينيات القرن التاسع عشر لإضاءة الشوارع والمباني الكبيرة حتى تم استبداله بـ ضوء ساطع في أوائل القرن العشرين.[1] استمر في استخدامه في تطبيقات أكثر تخصصًا حيث كانت هناك حاجة إلى مصدر ضوء نقطي عالي الكثافة ، مثل الكشافات و أجهزة عرض الأفلام حتى بعد الحرب العالمية الثانية. أصبح مصباح القوس الكربوني الآن قديمًا بالنسبة لمعظم هذه الأغراض ، لكنه لا يزال يستخدم كمصدر عالي الكثافة فوق بنفسجي ضوء.
يستخدم المصطلح الآن ل مصابيح تصريف الغاز، والتي تنتج الضوء من خلال قوس بين الأقطاب المعدنية من خلال غاز خامل في لمبة زجاجية. الشائع مصباح الفلورسنت هو مصباح قوس زئبقي منخفض الضغط.[2] ال مصباح قوس زينون، التي تنتج ضوءًا أبيض عالي الكثافة ، تُستخدم الآن في العديد من التطبيقات التي كانت تستخدم في السابق قوس الكربون ، مثل أجهزة عرض الأفلام والمصابيح الكاشفة.
عملية:
مصباح القوس – Arc lamp
من ويكيبيديا
ان مصباح القوس أو ضوء القوس هو مصباح ينتج الضوء بواسطة القوس الكهربائي (وتسمى أيضًا القوس الفولتية). ضوء قوس الكربون ، الذي يتكون من قوس بين أقطاب الكربون في الهواء ، اخترع بواسطة همفري ديفي في العقد الأول من القرن التاسع عشر ، كان أول عملي مصباح كهربائي.[1] تم استخدامه على نطاق واسع بدءًا من سبعينيات القرن التاسع عشر لإضاءة الشوارع والمباني الكبيرة حتى تم استبداله بـ ضوء ساطع في أوائل القرن العشرين.[1] استمر في استخدامه في تطبيقات أكثر تخصصًا حيث كانت هناك حاجة إلى مصدر ضوء نقطي عالي الكثافة ، مثل الكشافات و أجهزة عرض الأفلام حتى بعد الحرب العالمية الثانية. أصبح مصباح القوس الكربوني الآن قديمًا بالنسبة لمعظم هذه الأغراض ، لكنه لا يزال يستخدم كمصدر عالي الكثافة فوق بنفسجي ضوء.
يستخدم المصطلح الآن ل مصابيح تصريف الغاز، والتي تنتج الضوء من خلال قوس بين الأقطاب المعدنية من خلال غاز خامل في لمبة زجاجية. الشائع مصباح الفلورسنت هو مصباح قوس زئبقي منخفض الضغط.[2] ال مصباح قوس زينون، التي تنتج ضوءًا أبيض عالي الكثافة ، تُستخدم الآن في العديد من التطبيقات التي كانت تستخدم في السابق قوس الكربون ، مثل أجهزة عرض الأفلام والمصابيح الكاشفة.
عملية:
ان قوس هو التفريغ الذي يحدث عندما يكون الغاز مؤين. يتم نبض الجهد العالي عبر المصباح “لإشعال” أو “ضرب” القوس ، وبعد ذلك يمكن الحفاظ على التفريغ بجهد منخفض. تتطلب “الضربة” دائرة كهربائية ذات أنبوب و أ الصابورة. يتم توصيل الكابح في سلسلة مع المصباح ويقوم بوظيفتين.
أولاً ، عندما يتم تشغيل الطاقة لأول مرة ، يقوم المشعل / المبدئ (الذي يتم توصيله بالتوازي عبر المصباح) بإعداد تيار صغير عبر الصابورة والبادئ. هذا يخلق مجال مغناطيسي صغير داخل لفات الصابورة. بعد لحظة يقطع المبدئ تدفق التيار من الصابورة ، التي لها محاثة عالية ، وبالتالي يحاول الحفاظ على تدفق التيار (الصابورة تعارض أي تغيير في التيار من خلاله) ؛ لا يمكن ، لأنه لم يعد هناك “دائرة”. نتيجة لذلك ، يظهر الجهد العالي عبر الصابورة للحظات ، والتي يتصل بها المصباح ؛ لذلك يستقبل المصباح هذا الجهد العالي عبره والذي “يضرب” القوس داخل الأنبوب / المصباح. ستكرر الدائرة هذا الإجراء حتى يتأين المصباح بدرجة كافية للحفاظ على القوس.
عندما يحافظ المصباح على القوس ، يؤدي الصابورة وظيفته الثانية ، للحد من التيار المطلوب لتشغيل المصباح. المصباح والصابورة والشعلة متطابقة مع بعضها البعض ؛ يجب استبدال هذه الأجزاء بنفس تصنيف المكون الفاشل وإلا فلن يعمل المصباح.
يتغير لون الضوء المنبعث من المصباح مع تغير خصائصه الكهربائية مع درجة الحرارة والوقت. برق هو مبدأ مشابه حيث يتأين الغلاف الجوي بفارق الجهد العالي (الجهد) بين الأرض وسحب العاصفة.
مصباح قوس كريبتون أثناء التشغيل.
يمكن أن تصل درجة حرارة القوس في المصباح القوسي إلى عدة آلاف من الدرجات المئوية. يمكن أن يصل الغلاف الزجاجي الخارجي إلى 500 درجة مئوية ، لذلك قبل الصيانة ، يجب التأكد من أن المصباح قد تم تبريده بدرجة كافية للتعامل معه. في كثير من الأحيان ، إذا تم إيقاف تشغيل هذه الأنواع من المصابيح أو فقد مصدر الطاقة الخاص بها ، فلا يمكن للمرء إعادة المصباح مرة أخرى لعدة دقائق (تسمى مصابيح التثبيت الباردة). ومع ذلك ، يمكن إعادة تثبيت بعض المصابيح (بشكل أساسي مصابيح الفلورسنت / المصابيح الموفرة للطاقة) بمجرد إطفاءها (تسمى مصابيح الضبط الساخنة).
مصباح قوس البلازما ذو الجدار المائي Vortek ، اخترعه ديفيد كام وروي نودويل في عام 1975 جامعة كولومبيا البريطانية، فانكوفر ، كندا ، صنعت كتاب غينيس للأرقام القياسية في عامي 1986 و 1993 كأقوى مصدر ضوء مشتعل باستمرار بأكثر من 300 كيلو وات أو 1.2 مليون شمعة.[3]
مصباح قوس الكربون
أ كربون مصباح القوس ، الغطاء منزوع ، على نقطة الاشتعال. يتطلب هذا النموذج الضبط اليدوي للأقطاب الكهربائية
قوس كهربائي يوضح تأثير “القوس”.
ضوء قوس الكربون التجريبي المبكر مدعوم ببطاريات سائلة ، على غرار ديفي
مصباح قوس الكربون الطبي يستخدم لعلاج الأمراض الجلدية ، 1909
مصباح القوس التنظيم الذاتي الذي اقترحه William Edwards Staite و وليام بيتري في عام 1847
في الاستخدام الشائع ، المصطلح مصباح القوس يعني كربون مصباح القوس فقط. في مصباح قوس الكربون، الأقطاب هي قضبان الكربون في الهواء الحر. لإشعال المصباح ، يتم لمس القضبان معًا ، مما يسمح لجهد منخفض نسبيًا بضرب القوس.[1] ثم يتم سحب القضبان ببطء ، ويسخن التيار الكهربائي ويحافظ على قوس عبر الفجوة. يتم تسخين أطراف قضبان الكربون ويتبخر الكربون. إن بخار الكربون الموجود في القوس شديد الإضاءة ، وهو ما ينتج عنه الضوء الساطع.[1] يتم حرق القضبان ببطء أثناء الاستخدام ، ويجب تعديل المسافة بينهما بانتظام من أجل الحفاظ على القوس.[1]
تم اختراع العديد من الآليات البارعة للتأثير تلقائيًا على المسافة ، والتي تعتمد في الغالب على ملفات لولبية. في واحدة من أبسط الأشكال الخاضعة للتنظيم ميكانيكيًا (والتي سرعان ما حلت محلها أجهزة تعمل بسلاسة أكبر) ، يتم تثبيت الأقطاب بشكل عمودي. يتم تمرير التيار الذي يزود القوس سلسلة من خلال ملف لولبي متصل بالقطب العلوي. إذا كانت نقاط الأقطاب الكهربائية متلامسة (كما هو الحال في البداية) ، فإن المقاومة تنخفض ، ويزداد التيار ويزيد السحب المتزايد من الملف اللولبي. إذا بدأ القوس في الفشل ، يسقط التيار وتغلق النقاط مرة أخرى.
ال شمعة يابلوشكوف هو مصباح قوس بسيط بدون منظم ، ولكن له عيوب أنه لا يمكن إعادة تشغيل القوس (الاستخدام الفردي) وعمره المحدود لبضع ساعات فقط.
التاريخ
تم توضيح مفهوم إضاءة القوس الكربوني لأول مرة بواسطة همفري ديفي في أوائل القرن التاسع عشر ، لكن المصادر اختلفت حول العام الذي أظهره لأول مرة ؛ 1802 و 1805 و 1807 و 1809 كلها مذكورة. استخدم ديفي أعواد فحم وألفي-زنزانة البطارية لإنشاء قوس عبر فجوة 4 بوصات (100 مم). ركب أقطابه بشكل أفقي ولاحظ أنه بسبب التدفق الحراري القوي للهواء ، شكل القوس شكل قوس. لقد صاغ مصطلح “مصباح القوس” ، والذي تم التعاقد معه على “مصباح القوس” عندما أصبحت الأجهزة شائعة الاستخدام.[4]
في أواخر القرن التاسع عشر ، كانت إضاءة القوس الكهربائي مستخدمة على نطاق واسع للإضاءة العامة. كان ميل الأقواس الكهربائية إلى الوميض والهسهسة مشكلة كبيرة. في عام 1895 ، هيرتا أيرتون كتب سلسلة من المقالات عن الكهربائي، موضحًا أن هذه الظواهر كانت نتيجة تلامس الأكسجين مع قضبان الكربون المستخدمة في إنشاء القوس.[5][6] في عام 1899 ، كانت أول امرأة على الإطلاق تقرأ جريدتها الخاصة قبل معهد المهندسين الكهربائيين (IEE). كانت ورقتها “هسهسة القوس الكهربائي”.[7]
قدم المصباح القوسي أحد الاستخدامات التجارية الأولى للكهرباء ، وهي ظاهرة كانت تقتصر في السابق على التجربة والتلغراف والترفيه.[8]
إضاءة قوس الكربون في الولايات المتحدة
في الولايات المتحدة ، كانت هناك محاولات لإنتاج مصابيح القوس تجاريًا بعد عام 1850 ، لكن الافتقار إلى الإمداد المستمر بالكهرباء أحبط هذه الجهود. وهكذا بدأ المهندسون الكهربائيون بالتركيز على مشكلة التحسين فاراداي دينامو. تم تحسين المفهوم من قبل عدد من الأشخاص بما في ذلك وليام إدواردز ستايت [دي] و تشارلز ف. لم يكن حتى سبعينيات القرن التاسع عشر أن المصابيح مثل شمعة يابلوشكوف أكثر شيوعًا. في عام 1877 ، أ معهد فرانكلين أجرى اختبار مقارن لأنظمة الدينامو. كان الأداء الذي طوره Brush أفضل أداء ، وقام Brush على الفور بتطبيق دينامو المحسن على إضاءة القوس ، وهو تطبيق مبكر الساحة العامة في كليفلاند، أوهايو، في 29 أبريل 1879.[9] على الرغم من ذلك ، تدعي واباش بولاية إنديانا أنها أول مدينة تضاء على الإطلاق بـ “أضواء الفرشاة”. أصبحت أربعة من هذه الأضواء نشطة هناك في 31 مارس 1880. واباش ، إن كانت واباش مدينة صغيرة بما يكفي لإضاءة 4 أضواء بالكامل ، في حين أن التثبيت في ساحة كليفلاند العامة لم يضيء سوى جزء من تلك المدينة الأكبر. أضواء الفرشاة ، كليفلاند في عام 1880 ، أنشأت Brush شركة Brush Electric.
تم العثور على الضوء القاسي والرائع الأكثر ملاءمة للمناطق العامة ، مثل ساحة كليفلاند العامة ، حيث إنها أقوى بحوالي 200 مرة من المعاصر مصابيح الفتيل.
انتشر استخدام مصابيح القوس الكهربائي بالفرشاة بسرعة. Scientific American ذكرت في عام 1881 أن النظام كان يستخدم في:[10]800 مصباح في مصانع الدرفلة وأعمال الصلب والمحلات التجارية و 1240 مصباحًا في الصوف والقطن والكتان والحرير وغيرها من المصانع ، و 425 مصباحًا في المتاجر الكبيرة والفنادق والكنائس و 250 مصباحًا في الحدائق والأرصفة والمنتجعات الصيفية ، 275 مصباحًا في مستودعات ومحلات السكك الحديدية ، 130 مصباحًا في المناجم ، أعمال الصهر ، 380 مصباحًا في المصانع والمنشآت بمختلف أنواعها ، 1500 مصباح في محطات الإنارة ، لإضاءة المدن ، 1200 مصباح في إنجلترا ودول أجنبية أخرى ، بإجمالي أكثر من 6000 مصباح بيعت بالفعل.
حدثت ثلاثة تطورات رئيسية في ثمانينيات القرن التاسع عشر: František Křižík اخترع في عام 1880 آلية تسمح بالتعديل التلقائي للأقطاب الكهربائية. تم وضع الأقواس في أنبوب صغير لإبطاء استهلاك الكربون (زيادة العمر الافتراضي إلى حوالي 100 ساعة). مصابيح قوس اللهب تم إدخالها حيث تم إضافة أملاح معدنية لقضبان الكربون (عادةً المغنيسيوم أو السترونتيوم أو الباريوم أو فلوريد الكالسيوم) لزيادة ناتج الضوء وإنتاج ألوان مختلفة.
في الولايات المتحدة ، أثبتت حماية براءات الاختراع لأنظمة الإضاءة القوسية والديناميات المحسّنة أنها صعبة ونتيجة لذلك أصبحت صناعة الإضاءة القوسية تنافسية للغاية. كانت المنافسة الرئيسية لفرش من فريق إليهو طومسون و إدوين ج.هيوستن. شكل هذان الشخصان شركة الكهرباء الأمريكية في عام 1880 ، ولكن سرعان ما تم شراؤها من قبل تشارلز أ. نعش، انتقل الى لين ، ماساتشوستس، وأعدت تسمية شركة طومسون-هيوستن للكهرباء. على الرغم من ذلك ، ظل طومسون هو العبقرية المبدعة الرئيسية وراء تسجيل براءات الاختراع لتحسين نظام الإضاءة. تحت قيادة محامي براءات الاختراع في Thomson-Houston ، فريدريك بي فيش، قامت الشركة بحماية حقوق براءات الاختراع الجديدة. كما قادت إدارة Coffin الشركة نحو سياسة عدوانية لعمليات الشراء والاندماج مع المنافسين. خفضت كلتا الاستراتيجيتين المنافسة في صناعة الإضاءة الكهربائية. بحلول عام 1890 ، كانت شركة Thomson-Houston هي شركة التصنيع الكهربائية المهيمنة في الولايات المتحدة.[11] نيكولا تيسلا حصل على براءة الاختراع الأمريكية رقم 447920 “طريقة تشغيل مصابيح القوس“(10 مارس 1891) ، الذي يصف مولد التيار المتردد 10000 دورة في الثانية لقمع الصوت غير المرغوب فيه لتوافقيات تردد الطاقة التي تنتجها مصابيح القوس التي تعمل على ترددات في نطاق السمع البشري.
مع مطلع القرن ، كانت أنظمة الإضاءة بالقوس في حالة تدهور ، لكن طومسون-هيوستن سيطرت على براءات الاختراع الرئيسية لأنظمة الإضاءة الحضرية. أدى هذا التحكم إلى إبطاء التوسع في أنظمة الإضاءة المتوهجة التي يتم تطويرها بواسطة توماس أديسون‘س شركة اديسون جنرال الكتريك. على العكس من ذلك ، فإن سيطرة Edison على التوزيع الحالي المباشر وبراءات اختراع الآلات منعت التوسع الإضافي في Thomson-Houston. تمت إزالة عقبة أمام التوسع عندما اندمجت الشركتان في عام 1892 لتشكيل شركة جنرال إلكتريك.[11]
تم استخدام مصابيح القوس في بعض استوديوهات الصور المتحركة المبكرة لإلقاء الضوء على اللقطات الداخلية. كانت إحدى المشكلات أنهم ينتجون مثل هذا المستوى العالي من فوق بنفسجي الضوء الذي يحتاجه العديد من الممثلين نظارة شمسيه عند الخروج من الكاميرا لتخفيف التهاب العيون الناتج عن الضوء فوق البنفسجي. تم حل المشكلة عن طريق إضافة ورقة من زجاج النوافذ العادي أمام المصباح لمنع الأشعة فوق البنفسجية.[بحاجة لمصدر] بحلول فجر “أجهزة الاتصال” ، تم استبدال مصابيح القوس في استوديوهات الأفلام بأنواع أخرى من الأضواء.[بحاجة لمصدر] في عام 1915 ، إلمر أمبروز سبيري بدأ تصنيع اختراعه للقوس الكربوني عالي الكثافة كشاف. تم استخدام هذه على متن السفن الحربية لجميع القوات البحرية خلال القرن العشرين للإشارة إلى الأعداء وإلقاء الضوء عليهم.[12] في العشرينيات من القرن الماضي ، تم بيع مصابيح القوس الكربوني كمنتجات صحية للعائلة ، كبديل لأشعة الشمس الطبيعية.[13]
تم استبدال مصابيح القوس بمصابيح الفتيل في معظم الأدوار ، وبقيت فقط في بعض التطبيقات المتخصصة مثل سينما تنبؤ, متابعةو الكشافات. حتى في هذه التطبيقات ، يتم دفع مصابيح قوس الكربون التقليدية إلى الزوال مصابيح قوس زينون، ولكن لا يزال يتم تصنيعها كإضاءة موضعية حتى وقت متأخر من عام 1982 على الأقل[14] ولا تزال تُصنع لغرض واحد على الأقل – محاكاة ضوء الشمس في آلات “الشيخوخة المتسارعة” التي تهدف إلى تقدير السرعة التي يحتمل أن تتحلل بها المادة بسبب التعرض البيئي.[15][16]
أنظر أيضا
قائمة براءات اختراع نيكولا تيسلا
بافيل يابلوشكوف و شمعة يابلوشكوف
الجدول الزمني لتكنولوجيا الإضاءة
