أ 175-واط ضوء بخار الزئبق بعد حوالي 15 ثانية من البدء
مصباح بخار الزئبق – Mercury-vapor lamp
من ويكيبيديا
مصباح الزئبق” يعيد التوجيه هنا. بالنسبة للشخصية في أنيمي ومانجا روزن مايدن ، انظر شخصيات روزن مايدن.
لقطة مقربة ل 175-دبليو مصباح بخار الزئبق. الأسطوانة القطرية الصغيرة الموجودة في الجزء السفلي من الأنبوب القوسي عبارة عن مقاوم يمد القطب الكهربائي بتيار كهربائي.
أ مصباح بخار الزئبق هو مصباح تفريغ الغاز التي تستخدم القوس الكهربائي من خلال تبخر الزئبق لانتاج ضوء. يقتصر تفريغ القوس بشكل عام على حجم صغير الكوارتز تنصهر أنبوب القوس شنت داخل أكبر الزجاج البورسليكات مصباح. قد يكون المصباح الخارجي صافيًا أو مطليًا بغطاء الفوسفور؛ في كلتا الحالتين ، يوفر المصباح الخارجي العزل الحراري، الحماية من فوق بنفسجي الإشعاع الذي ينتجه الضوء ، وتركيب مناسب لأنبوب قوس الكوارتز المصهور.
مصابيح بخار الزئبق هي المزيد من الطاقة فعالة من ساطع وأكثر مصابيح الفلورسنت، مع كفاءات مضيئة من 35 إلى 65 لومن / واط.[1] مزاياها الأخرى هي عمر طويل للمصباح في نطاق 24000 ساعة وكثافة عالية ، وإخراج ضوء أبيض واضح.[1] لهذه الأسباب ، يتم استخدامها للإضاءة العلوية لمساحة كبيرة ، مثل المصانع والمستودعات والساحات الرياضية وكذلك في أضواء الشوارع. تنتج مصابيح الزئبق الصافية ضوءًا أبيض مع لون أخضر مزرق بسبب مزيج الزئبق من الخطوط الطيفية.[1] هذا لا يرضي لون بشرة الإنسان، لذلك لا تستخدم هذه المصابيح عادة في متاجر البيع بالتجزئة.[1] تتغلب المصابيح الزئبقية “المصححة الألوان” على هذه المشكلة باستخدام أ الفوسفور من الداخل من المصباح الخارجي الذي ينبعث منه ضوء أبيض ، ويقدم أفضل تسليم اللون.
تعمل بضغط داخلي حول جو واحد وتتطلب تركيبات خاصة ، بالإضافة إلى الصابورة الكهربائية. تتطلب أيضًا فترة إحماء من أربع إلى سبع دقائق للوصول إلى إخراج الضوء الكامل. أصبحت مصابيح بخار الزئبق قديمة بسبب الكفاءة العالية وتوازن الألوان الأفضل مصابيح هاليد معدنية.
الأصول
مصباح كوبر هيويت ، 1903
إنتاج مصابيح بخار الزئبق عالية الضغط ، 1965
تشارلز ويتستون لاحظ طيف التفريغ الكهربائي في بخار الزئبق في عام 1835 ، ولاحظ خطوط الأشعة فوق البنفسجية في هذا الطيف. في عام 1860 جون توماس واي مصابيح القوس المستخدمة تعمل في خليط من الهواء وبخار الزئبق عند الضغط الجوي للإضاءة.[3] عالم الفيزياء الألماني ليو آرونز (1860-1919) درس تصريفات الزئبق في 1892 وطور مصباحًا يعتمد على قوس الزئبق.[4] في فبراير 1896 هربرت جون داوسينج و H. S. Keating من إنجلترا براءة اختراع لمصباح بخار الزئبق ، والذي اعتبره البعض أول مصباح بخار الزئبق الحقيقي.[5]
تم اختراع أول مصباح بخار زئبقي يحقق نجاحًا واسعًا في عام 1901 بواسطة مهندس أمريكي بيتر كوبر هيويت.[6] تم إصدار هيويت براءة الاختراع الأمريكية 682692 في 17 سبتمبر 1901.[7] في عام 1903 ، ابتكر هيويت نسخة محسنة تمتلك صفات لونية أعلى والتي وجدت في النهاية استخدامًا صناعيًا واسع النطاق.[6] تم تطبيق الضوء فوق البنفسجي المنبعث من مصابيح بخار الزئبق على معالجة المياه بحلول عام 1910. استخدمت مصابيح هيويت كمية كبيرة من الزئبق. في الثلاثينيات من القرن الماضي ، تم تحسين المصابيح ذات الشكل الحديث ، التي طورتها شركة شركة اوسرام- GEC, جنرال إلكتريك أدت الشركة وغيرها إلى انتشار استخدام مصابيح بخار الزئبق للإضاءة العامة.
مبدأ التشغيل
| هذا القسم يحتاج اقتباسات إضافية لـ التحقق. الرجاء المساعدة تحسين هذه المقالة بواسطة إضافة اقتباسات إلى مصادر موثوقة. مواد لم تنسبه الى مصدر يجوز الطعن وإزالتها. (ابريل 2013) (تعرف على كيفية ووقت إزالة رسالة القالب هذه) |
الزئبق الموجود في الأنبوب عبارة عن سائل عند درجات الحرارة العادية. يجب تبخيره و مؤين قبل أن يتمكن المصباح من إنتاج ناتج الضوء الكامل. لتسهيل بدء تشغيل المصباح الثالث قطب كهربائي مركب بالقرب من أحد الأقطاب الكهربائية الرئيسية ومتصل من خلال أ المقاوم إلى القطب الرئيسي الآخر. بالإضافة إلى الزئبق ، يتم ملء الأنبوب الأرجون الغاز عند ضغط منخفض. عندما يتم تطبيق الطاقة ، إذا كان هناك ما يكفي الجهد االكهربى لتأيين الأرجون ، سيضرب غاز الأرجون المتأين قوسًا صغيرًا بين قطب البداية والإلكترود الرئيسي المجاور. أثناء إجراء الأرجون المتأين ، تؤدي الحرارة المنبعثة من قوسه إلى تبخير الزئبق السائل ؛ بعد ذلك ، فإن الجهد بين القطبين الرئيسيين سوف يؤين غاز الزئبق. يبدأ قوس بين القطبين الرئيسيين ثم يشع المصباح[8] بشكل رئيسي في الأشعة فوق البنفسجية والبنفسجية والأزرق خطوط الانبعاث. يؤدي استمرار تبخير الزئبق السائل إلى زيادة ضغط أنبوب القوس إلى ما بين 2 و 18 شريطحسب حجم المصباح. تؤدي الزيادة في الضغط إلى زيادة سطوع المصباح.[9][10] تستغرق عملية الإحماء بأكملها من 4 إلى 7 دقائق تقريبًا. تتضمن بعض المصابيح مفتاحًا حراريًا يقصر قطب البداية إلى القطب الرئيسي المجاور ، مما يطفئ قوس البداية بمجرد أن يضرب القوس الرئيسي.
مصباح بخار الزئبق هو أ مقاومة سلبية جهاز. هذا يعني أن مقاومة ينخفض مثل تيار من خلال زيادة الأنبوب. لذلك إذا تم توصيل المصباح مباشرة بمصدر جهد ثابت مثل خطوط الطاقة ، فإن التيار من خلاله سيزداد حتى يدمر نفسه. لذلك ، فإنه يتطلب الصابورة للحد من التيار من خلاله. تشبه كوابح مصباح بخار الزئبق الكوابح المستخدمة معها مصابيح فلورسنت. في الواقع ، تم تصميم أول مصابيح فلورية بريطانية لتعمل من كوابح بخار الزئبق بقدرة 80 وات. تتوفر أيضًا مصابيح بخار الزئبق ذاتية التثبيت. تستخدم هذه المصابيح خيوطًا من التنجستن متسلسلة مع أنبوب القوس للعمل كصابورة مقاومة وإضافة ضوء طيف كامل إلى أنبوب القوس. يمكن ربط مصابيح بخار الزئبق ذاتية الكبح في مقبس ضوء متوهج قياسي مزود بالجهد المناسب.
ضوء الشارع بخار الزئبق
المقربة بعد حلول الظلام
معدن هاليد
تصميم مصباح وثيق الصلة للغاية يسمى مصباح معدن هاليد يستخدم مركبات مختلفة في ملغم مع الزئبق. يوديد الصوديوم و سكانديوم يوديد شائعة الاستخدام. يمكن أن تنتج هذه المصابيح إضاءة ذات جودة أفضل بكثير دون اللجوء إلى الفوسفور. إذا كانوا يستخدمون قطبًا كهربيًا ، فهناك دائمًا مفتاح تقصير حراري لإزالة أي جهد كهربائي بين القطب الرئيسي وقطب البداية بمجرد إضاءة المصباح. (يمكن أن يؤدي هذا الجهد الكهربائي في وجود الهاليدات إلى فشل الزجاج / الختم المعدني). لا تستخدم أنظمة الهاليد المعدنية الحديثة قطبًا كهربيًا منفصلًا للانطلاق ؛ بدلاً من ذلك ، بدأ المصباح باستخدام عالي الجهد االكهربى نبضات مثل مصابيح بخار الصوديوم عالية الضغط.
مصابيح ذاتية الكبح
مصابيح الكابح الذاتي (SB) هي مصابيح بخار زئبقي مع خيوط داخلية متصلة في سلسلة بأنبوب القوس الذي يعمل كصابورة كهربائية. هذا هو النوع الوحيد من مصابيح بخار الزئبق التي يمكن توصيلها مباشرة بالتيار الكهربائي بدون صابورة خارجية. هذه المصابيح لها نفس الكفاءة أو كفاءة أعلى قليلاً من المصابيح المتوهجة ذات الحجم المماثل ، ولكن لها عمر أطول. إنها تعطي الضوء فور بدء التشغيل ، ولكنها عادة ما تحتاج إلى بضع دقائق للرد في حالة انقطاع التيار الكهربائي. نظرًا للضوء المنبعث من الشعيرة ، فإنها تتمتع بخصائص تجسيد لوني أفضل قليلاً من مصابيح بخار الزئبق.
عملية
تشغيل الوسائط إحماء اللون المصحح لمصباح بخار الزئبق عالي الضغط 80 واط إلى نصف سطوع
عندما يتم تشغيل مصباح بخار الزئبق لأول مرة ، فإنه ينتج عنه ضوء مظلم أزرق يتوهج لأن كمية صغيرة فقط من الزئبق تتأين وضغط الغاز في أنبوب القوس منخفض جدًا ، وينتج الكثير من الضوء في فوق بنفسجي عصابات الزئبق. عندما يضرب القوس الرئيسي ويسخن الغاز ويزيد الضغط ، ينتقل الضوء إلى نطاق مرئي ويؤدي ارتفاع ضغط الغاز إلى اتساع نطاقات انبعاث الزئبق إلى حد ما ، مما ينتج عنه ضوء يبدو أكثر بياضًا للعين البشرية ، على الرغم من أنه لا يزال غير طيف مستمر. حتى عند الشدة الكاملة ، يكون الضوء المنبعث من مصباح بخار الزئبق الخالي من الفوسفور مائلًا للزرقة بشكل واضح. يرتفع الضغط في أنبوب الكوارتز القوسي إلى جو واحد تقريبًا بمجرد وصول المصباح إلى درجة حرارة التشغيل. إذا كان يجب مقاطعة التفريغ (على سبيل المثال عن طريق انقطاع التيار الكهربائي) ، فلا يمكن للمصباح أن يوقف العمل حتى يبرد المصباح بدرجة كافية لينخفض الضغط بشكل كبير. يرجع السبب في طول فترة زمنية طويلة قبل إعادة المصباح إلى الضغط المرتفع ، مما يؤدي إلى ارتفاع جهد انهيار الغاز بالداخل (الجهد المطلوب لبدء قوس – قانون باشن) ، وهو خارج قدرات الصابورة.
اعتبارات اللون
مثال على مصباح بقوة 125 واط مطلي بالفوسفور
لتصحيح المسحة المزرقة ، يتم طلاء العديد من مصابيح بخار الزئبق داخل المصباح الخارجي ب الفوسفور يحول جزءًا من انبعاثات الأشعة فوق البنفسجية إلى ضوء أحمر. يساعد هذا في ملء النهاية الحمراء الناقصة جدًا لملف المجال الكهرومغناطيسي. تسمى هذه المصابيح عمومًا مصابيح “مصححة للألوان”. تحتوي معظم مصابيح بخار الزئبق الحديثة على هذا الطلاء. كانت إحدى الشكاوى الأصلية ضد مصابيح الزئبق هي أنها تميل إلى جعل الناس يبدون وكأنهم “جثث غير دماء” بسبب نقص الضوء من الطرف الأحمر للطيف.[11] كانت الطريقة الشائعة لتصحيح هذه المشكلة قبل استخدام الفوسفور هي تشغيل مصباح الزئبق بالاقتران مع مصباح وهاج. هناك أيضًا زيادة في اللون الأحمر (على سبيل المثال ، بسبب الإشعاع المستمر) في مصابيح بخار الزئبق عالية الضغط (عادة أكبر من 200 ضغط جوي) ، والتي وجدت تطبيقًا في أجهزة الإسقاط المدمجة الحديثة. عندما تكون المصابيح المطلية أو المصححة بالألوان بالخارج يمكن التعرف عليها عادة بواسطة “هالة” زرقاء حول الضوء المنبعث.
طيف خط الانبعاث
أقوى قمم طيف خط الانبعاث هي[12][13]
الطيف الخطي لبخار الزئبق. اللون الأزرق والأخضر لمصابيح بخار الزئبق ناتج عن اللون البنفسجي القوي والخطوط الخضراء.
| الطول الموجي (نانومتر) | الاسم (انظر مقاوم للضوء) | اللون |
|---|---|---|
| 184.45 | الأشعة فوق البنفسجية (UVC) | |
| 253.7 | الأشعة فوق البنفسجية (UVC) | |
| 365.4 | أنا الخط | البنفسجي |
| 404.7 | خط H | نيلي |
| 435.8 | جي لاين | أزرق |
| 546.1 | أخضر | |
| 578.2 | اصفر برتقالي | |
| 650 | أحمر |
في مصابيح بخار الزئبق منخفضة الضغط ، توجد فقط الخطوط عند 184 نانومتر و 254 نانومتر. يتم استخدام السيليكا المنصهرة في التصنيع لمنع امتصاص ضوء 184 نانومتر. في مصابيح بخار الزئبق ذات الضغط المتوسط ، توجد الخطوط من 200 إلى 600 نانومتر. يمكن إنشاء المصابيح لتصدر في المقام الأول في الأشعة فوق البنفسجية – أ (حوالي 400 نانومتر) أو الأشعة فوق البنفسجية – ج (حوالي 250 نانومتر). تُستخدم مصابيح بخار الزئبق عالية الضغط بشكل شائع لأغراض الإضاءة العامة. تنبعث منها في المقام الأول باللونين الأزرق والأخضر.
التنظيف بالأشعة فوق البنفسجية
يمكن أن تكون مصابيح الزئبق منخفضة الضغط صغيرة نوعًا ما ولكنها مصادر فعالة لضوء الأشعة فوق البنفسجية العميق.
مصابيح الضغط المنخفض بخار الزئبق[14] عادة ما يكون كوارتز لمبة للسماح بالانتقال القصير الطول الموجي ضوء. إذا تم استخدام الكوارتز الصناعي ، فإن الشفافية من الكوارتز أكثر وأكثر خط الانبعاث عند 185 نانومتر لوحظ أيضًا. يمكن بعد ذلك استخدام هذا المصباح تشعيع مبيد للجراثيم فوق البنفسجي.[15] سيتم إنشاء خط 185 نانومتر الأوزون في جو يحتوي على الأكسجين ، مما يساعد في عملية التنظيف ، ولكنه يمثل أيضًا خطرًا على الصحة.
اعتبارات التلوث الضوئي
للمواضع حيث التلوث الضوئي له أهمية قصوى (على سبيل المثال ، المرصد ساحة لانتظار السيارات), صوديوم منخفض الضغط مفضل. نظرًا لأنه يصدر خطوطًا طيفية ضيقة عند طولين موجيين قريبين جدًا ، فمن الأسهل تصفية. مصابيح بخار الزئبق بدون أي فوسفور تأتي في المرتبة الثانية. إنها تنتج فقط عددًا قليلاً من خطوط الزئبق المميزة التي تحتاج إلى تصفيتها.
يحظر
في ال الاتحاد الأوروبي تم حظر استخدام مصابيح بخار الزئبق منخفضة الكفاءة لأغراض الإضاءة في عام 2015. وهي لا تؤثر على استخدام الزئبق في مصباح الفلورسنت المدمجةولا استخدام مصابيح الزئبق لأغراض أخرى غير الإضاءة.[16]
في الولايات المتحدة ، تم حظر كوابح مصابيح بخار الزئبق للإضاءة العامة ، باستثناء كوابح مصباح بخار الزئبق للتطبيق المتخصص ، بعد 1 يناير 2008.[17] ولهذا السبب ، بدأ العديد من الشركات المصنعة في بيع استبدال مصابيح الفلورسنت المدمجة (CFL) ومصابيح الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) لتركيبات بخار الزئبق ، والتي لا تتطلب تعديلات على التركيبات الحالية. الولايات المتحدة قسم الطاقة قرر في عام 2015 أن اللوائح المقترحة في عام 2010 لنوع بخار الزئبق من اختبأ لن يتم تنفيذ المصابيح ، لأنها لن تحقق وفورات كبيرة.[18]
مخاطر الأشعة فوق البنفسجية
يجب أن تحتوي بعض مصابيح بخار الزئبق (بما في ذلك مصابيح الهاليد المعدنية) على ميزة (أو يتم تثبيتها في تركيبات تحتوي على ميزة) تمنع فوق بنفسجي الإشعاع من الهروب. عادة ما يكون الزجاج البورسليكات تؤدي اللمبة الخارجية للمصباح هذه الوظيفة ولكن يجب توخي الحذر بشكل خاص إذا تم تركيب المصباح في موقف يمكن أن يتلف فيه هذا الظرف الخارجي.[19] كانت هناك حالات موثقة لتلف المصابيح في صالات رياضية بواسطة الكرات التي تضرب المصابيح ، مما يؤدي إلى حروق الشمس والتهاب العين من الأشعة فوق البنفسجية قصيرة الموجة.[20] عند استخدامها في أماكن مثل الصالات الرياضية ، يجب أن تحتوي الوحدة على واقي خارجي قوي أو عدسة خارجية لحماية اللمبة الخارجية للمصباح. أيضًا ، يتم تصنيع مصابيح “أمان” خاصة تحترق عمدًا في حالة كسر الزجاج الخارجي. يتم تحقيق ذلك عادةً باستخدام شريط كربون رفيع ، والذي سيفعل تحترق في وجود الهواء لتوصيل أحد الأقطاب الكهربائية.
حتى مع هذه الطرق ، لا يزال من الممكن أن تمر بعض الأشعة فوق البنفسجية عبر المصباح الخارجي للمصباح. يؤدي هذا إلى تسريع عملية تقادم بعض المواد البلاستيكية المستخدمة في بناء وحدات الإنارة ، مما يؤدي إلى تغير لونها بشكل كبير بعد سنوات قليلة من الخدمة. بولي كربونات يعاني بشكل خاص من هذه المشكلة ، وليس من غير المألوف أن ترى أسطحًا جديدة من البولي كربونات موضوعة بالقرب من المصباح قد تحولت إلى اللون الأصفر الباهت بعد فترة قصيرة فقط.
الاستخدامات
إنارة المنطقة والشوارع
على الرغم من أن الأنواع الأخرى من اختبأ أصبحت أكثر شيوعًا ، ولا تزال مصابيح بخار الزئبق تستخدم أحيانًا لإضاءة المنطقة و إنارة الشوارع في الولايات المتحدة الأمريكية.[بحاجة لمصدر]
علاج الأشعة فوق البنفسجية
تستخدم مصابيح بخار الزئبق في صناعة الطباعة لمعالجة الأحبار. هذه عادة ما تكون ذات طاقة عالية لمعالجة وتثبيت الأحبار المستخدمة بسرعة. إنها مغلقة ولديها وسائل حماية لمنع تعرض الإنسان بالإضافة إلى أنظمة العادم المتخصصة لإزالة الأوزون المتولد.[بحاجة لمصدر]
التحليل الطيفي الجزيئي
يمكن استخدام مصابيح بخار الزئبق عالي الضغط (وبعض مصابيح الهاليد المعدني المصممة خصيصًا) في التحليل الطيفي الجزيئي بسبب توفير طاقة متصلة عريضة النطاق مفيدة (“ضوضاء”) بأطوال موجات مليمتر وتيراهيرتز ، بسبب ارتفاع درجة حرارة الإلكترون لبلازما القوس ؛ يرتبط خط انبعاث الأشعة فوق البنفسجية الرئيسي للزئبق المؤين (254 نانومتر) بجسم أسود من T = 11500 K. هذه الخاصية تجعلها من بين عدد قليل جدًا من المصادر البسيطة وغير المكلفة المتاحة لتوليد مثل هذه الترددات. على سبيل المثال ، ينتج مصباح زئبقي قياسي بقدرة 250 وات ناتجًا كبيرًا من 120 جيجاهرتز إلى 6 تيراهرتز. بالإضافة إلى ذلك ، تنبعث أطوال موجية أقصر في منتصف الأشعة تحت الحمراء من غلاف أنبوب الكوارتز الساخن. كما هو الحال مع ناتج الأشعة فوق البنفسجية ، يكون المصباح الزجاجي الخارجي معتمًا إلى حد كبير عند هذه الترددات ، وبالتالي يجب إزالته لهذا الغرض (أو حذفه في المصابيح المصنوعة لغرض معين).[بحاجة لمصدر]
تنبؤ
دعا مصابيح بخار الزئبق عالية الضغط خاصة مصابيح فائقة الأداء يشيع استخدامها في الرقمية أجهزة عرض الفيديو، بما فيها DLP, 3LCD و LCoS أجهزة العرض.