المصباح المتوهج هو شيء مألوف لدى الجميع. لقد أصبحت الكهرباء والضوء الاصطناعي منذ فترة طويلة جزءًا لا يتجزأ من الواقع بالنسبة لنا. لكن قلة من الناس يفكرون في كيفية ظهور هذا المصباح المتوهج الأول والمألوف.

ستخبرك مقالتنا ما هو المصباح المتوهج وكيف يعمل وكيف ظهر في روسيا وحول العالم.

ما هو

المصباح المتوهج هو نسخة كهربائية من مصدر الضوء، والجزء الرئيسي منه هو موصل حراري يلعب دور الجسم الفتيل. يتم وضع الموصل في دورق زجاجي يمكن ضخه بداخله بغاز خامل أو خالي تمامًا من الهواء. من خلال تمرير تيار كهربائي عبر موصل مقاوم للحرارة، يمكن لهذا المصباح أن يصدر تدفقًا ضوئيًا.

توهج المصباح المتوهج

يعتمد مبدأ التشغيل على حقيقة أنه عندما يتدفق التيار الكهربائي عبر جسم الفتيل، يبدأ هذا العنصر في التوهج، مما يؤدي إلى تسخين خيوط التنغستن. ونتيجة لذلك، يبدأ الخيوط في إصدار إشعاع من النوع الكهرومغناطيسي الحراري (قانون بلانك). لإنشاء توهج، يجب أن تكون درجة حرارة الفتيل بضعة آلاف من الدرجات. مع انخفاض درجة الحرارة، سوف يصبح طيف التلألؤ أحمر بشكل متزايد.
تكمن جميع عيوب المصباح المتوهج في درجة حرارة الشعيرة. كلما كانت هناك حاجة إلى التدفق الضوئي بشكل أفضل، كلما ارتفعت درجة الحرارة المطلوبة. في هذه الحالة، يتميز خيوط التنغستن بحد خيوط، والذي يتجاوزه مصدر الضوء هذا يفشل بشكل دائم.
ملحوظة! الحد الأقصى لدرجة حرارة تسخين المصابيح المتوهجة هو 3410 درجة مئوية.

ميزات التصميم

نظرًا لأن المصباح المتوهج يعتبر مصدر الضوء الأول، فمن الطبيعي أن يكون تصميمه بسيطًا للغاية. خاصة عند مقارنتها بمصادر الإضاءة الحالية، والتي تدفعها تدريجياً إلى الخروج من السوق.
العناصر الرئيسية في المصباح المتوهج هي:

• لمبة مصباح؛
• جسم خيوط
• الخيوط الحالية.

ملحوظة! أول مصباح من هذا النوع كان له هذا الهيكل بالضبط.

تصميم المصباح المتوهج

حتى الآن، تم تطوير العديد من المتغيرات من المصابيح المتوهجة، ولكن هذا التصميم هو نموذجي لأبسط النماذج الأولى.
في المصباح المتوهج القياسي، بالإضافة إلى العناصر المذكورة أعلاه، هناك فتيل، وهو رابط. وهو يتألف من سبائك الحديد والنيكل. يتم لحامه في فجوة أحد الخيوطين الحاليتين للمنتج. الرابط موجود في المحطة الرئيسية الحالية. إنه ضروري لمنع تدمير المصباح الزجاجي أثناء اندلاع الفتيل. ويرجع ذلك إلى حقيقة أنه عندما يخترق خيوط التنغستن، يتم إنشاء قوس كهربائي. يمكن أن تذوب الخيط المتبقي. وشظاياها يمكن أن تلحق الضرر بالقارورة الزجاجية وتؤدي إلى نشوب حريق.
يكسر المصهر القوس الكهربائي. يتم وضع رابط النيكل الحديدي هذا في تجويف حيث يكون الضغط مساويًا للضغط الجوي. في هذه الحالة، القوس يخرج.
يضمن هذا الهيكل ومبدأ التشغيل استخدام المصابيح المتوهجة على نطاق واسع في جميع أنحاء العالم، ولكن نظرًا لاستهلاكها العالي للطاقة وعمر الخدمة القصير، يتم استخدامها بشكل أقل تكرارًا اليوم. ويرجع ذلك إلى ظهور مصادر إضاءة أكثر حداثة وكفاءة.

تاريخ الاكتشاف

ساهم باحثون من روسيا ودول أخرى في العالم في إنشاء المصباح المتوهج بالشكل المعروف به اليوم.

الكسندر لودين

حتى اللحظة التي بدأ فيها المخترع ألكسندر لوديجين من روسيا العمل على تطوير المصابيح المتوهجة، تجدر الإشارة إلى بعض الأحداث المهمة في تاريخها:

• في عام 1809، ابتكر المخترع الشهير ديلارو من إنجلترا أول مصباح متوهج مزود بخيوط بلاتينية؛
• وبعد مرور ما يقرب من 30 عامًا، في عام 1938، قام المخترع البلجيكي جوبارد بتطوير نموذج كربوني لمصباح متوهج؛
• قدم المخترع هاينريش جوبل من ألمانيا في عام 1854 النسخة الأولى من مصدر ضوء العمل.

كان المصباح الكهربائي ذو الطراز الألماني يحتوي على خيط من الخيزران متفحم تم وضعه في وعاء تم إخلاؤه. على مدى السنوات الخمس التالية، واصل هاينريش جوبل عمله وتوصل في النهاية إلى أول نسخة تجريبية من المصباح الكهربائي المتوهج.

أول مصباح كهربائي عملي

أظهر جوزيف ويلسون سوان، الفيزيائي والكيميائي الشهير من إنجلترا، للعالم نجاحاته الأولى في تطوير مصدر للضوء في عام 1860 وحصل على براءة اختراع لنتائجه. لكن بعض الصعوبات التي نشأت عند خلق الفراغ أظهرت أن مصباح البجعة لم يعمل بشكل فعال ولم يدم طويلا.
في روسيا، كما هو مذكور أعلاه، شارك ألكسندر لودين في البحث في مجال مصادر الضوء الفعالة. وفي روسيا، تمكن من تحقيق توهج في وعاء زجاجي من قضيب الكربون الذي تم إخلاء الهواء منه سابقًا. في روسيا، بدأ تاريخ اكتشاف المصباح الكهربائي المتوهج في عام 1872. وفي هذا العام نجح ألكسندر لوديجينا في تجاربه باستخدام قضيب الكربون. بعد ذلك بعامين، حصل في روسيا على براءة الاختراع رقم 1619، والتي تم إصدارها له لنوع من المصابيح الفتيلية. لقد استبدل الخيط بقضيب كربون موجود في دورق مفرغ.
بعد عام بالضبط، قام V. F. Didrikhson بتحسين مظهر المصباح المتوهج الذي تم إنشاؤه في روسيا بواسطة Lodygin. يتألف التحسين من استبدال قضيب الكربون بعدة شعيرات.

ملحوظة! في حالة حرق أحدهما، يتم تشغيل الآخر تلقائيًا.

حصل جوزيف ويلسون سوان، الذي واصل محاولاته لتحسين نموذج مصدر الضوء الحالي، على براءة اختراع للمصابيح الكهربائية. هنا، تعمل ألياف الكربون كعنصر تسخين. ولكن هنا كان موجودًا بالفعل في جو مخلخل من الأكسجين. سمح هذا الجو بإضاءة ساطعة للغاية.

مساهمات توماس إديسون

في السبعينيات من القرن الماضي، انضم المخترع الأمريكي توماس إديسون إلى السباق المبتكر لإنشاء نموذج عمل للمصباح المتوهج.

توماس أديسون

أجرى بحثًا حول استخدام الخيوط المصنوعة من مواد مختلفة على شكل عنصر متوهج. حصل إديسون على براءة اختراع في عام 1879 لمصباح كهربائي مزود بفتيل من البلاتين. ولكن بعد عام، عاد إلى ألياف الكربون التي أثبتت جدواها بالفعل وقام بإنشاء مصدر للضوء بعمر خدمة يصل إلى 40 ساعة.

ملحوظة! بالتزامن مع عمله على إنشاء مصدر ضوء فعال، ابتكر توماس إديسون نوعًا دوارًا من المفاتيح المنزلية.

نظرًا لأن مصابيح Edison الكهربائية تدوم 40 ساعة فقط، فقد بدأت في إزاحة الإصدار القديم من إضاءة الغاز من السوق.

نتائج عمل الكسندر لودين

بينما كان توماس إديسون يجري تجاربه على الجانب الآخر من العالم، واصل ألكسندر لوديجين إجراء أبحاث مماثلة في روسيا. في التسعينيات من القرن التاسع عشر، اخترع عدة أنواع من المصابيح الكهربائية، والتي كانت خيوطها مصنوعة من معادن مقاومة للحرارة.

ملحوظة! كان Lodygin هو أول من قرر استخدام خيوط التنغستن كجسم متوهج.

المصباح الكهربائي لوديجينا

بالإضافة إلى التنغستن، اقترح أيضًا استخدام خيوط مصنوعة من الموليبدينوم، ولفها أيضًا في شكل حلزوني. وضع Lodygin مثل هذه الخيوط في قوارير يتم ضخ كل الهواء منها. ونتيجة لهذه الإجراءات، تمت حماية الخيوط من أكسدة الأكسجين، مما جعل عمر خدمة المنتجات أطول بكثير.
كان النوع الأول من المصابيح الكهربائية التجارية المنتجة في أمريكا يحتوي على خيوط التنغستن وتم تصنيعه وفقًا لبراءة اختراع Lodygin.
ومن الجدير بالذكر أيضًا أن شركة Lodygin قامت بتطوير مصابيح مملوءة بالغاز تحتوي على خيوط كربون ومملوءة بالنيتروجين.
وهكذا، فإن تأليف أول مصباح كهربائي متوهج تم إرساله إلى الإنتاج الضخم ينتمي إلى الباحث الروسي ألكسندر لودين.

مميزات المصباح الكهربائي Lodygin

تتميز المصابيح المتوهجة الحديثة، والتي هي من نسل مباشر لنموذج ألكساندر لوديجين، بما يلي:

• تدفق ضوئي ممتاز
• تجسيد اللون ممتازة.

تجسيد اللون للمصباح المتوهج

• الحمل الحراري المنخفض والتوصيل الحراري.
• درجة حرارة الشعيرة - 3400 كلفن؛
• عند الحد الأقصى لمؤشر درجة حرارة الفتيل، يكون معامل الكفاءة 15%.

بالإضافة إلى ذلك، فإن هذا النوع من مصادر الضوء يستهلك الكثير من الكهرباء أثناء تشغيله، مقارنة بغيره من مصابيح الإضاءة الحديثة. ونظرًا لميزات التصميم الخاصة بها، يمكن لهذه المصابيح أن تعمل لمدة 1000 ساعة تقريبًا.
ولكن على الرغم من حقيقة أنه وفقًا للعديد من معايير التقييم، فإن هذا المنتج أدنى من مصادر الإضاءة الحديثة الأكثر تقدمًا، نظرًا لتكلفته المنخفضة، فإنه لا يزال ذا صلة.

خاتمة

شارك المخترعون من مختلف البلدان في إنشاء مصباح وهاج فعال. لكن العالم الروسي ألكسندر لوديجين هو الوحيد الذي كان قادرًا على إنشاء الخيار الأمثل، والذي، في الواقع، نواصل استخدامه حتى يومنا هذا.

أسرار تركيب الأضواء الكاشفة في السقف المعلق: ما مدى صعوبة ذلك؟

غالبًا ما يحدث أن الجهاز المستخدم في الحياة اليومية والذي له أهمية كبيرة للبشرية جمعاء لا يذكرنا بأي شكل من الأشكال بمبدعه. لكنها أضاءت في بيوتنا بفضل جهود أشخاص محددين. إن خدمتهم للإنسانية لا تقدر بثمن - فبيوتنا مليئة بالنور والدفء. القصة أدناه ستعرفك على هذا الاختراع العظيم وأسماء من يرتبط بهم.

أما بالنسبة للأخير، فمن الممكن ملاحظة اسمين - ألكسندر لودين وتوماس إديسون. ورغم أن فضل العالم الروسي كان كبيرا جدا، إلا أن النخلة تعود للمخترع الأمريكي. لذلك، سنتحدث بإيجاز عن Lodygin وسنتحدث بالتفصيل عن إنجازات إديسون. يرتبط تاريخ المصابيح المتوهجة بأسمائها. يقولون أن إديسون قضى قدرا كبيرا من الوقت في المصابيح الكهربائية. كان عليه إجراء حوالي ألفي تجربة قبل أن يولد التصميم المألوف لنا جميعًا.

الاختراع الذي قدمه الكسندر Lodygin

إن تاريخ المصابيح المتوهجة يشبه إلى حد كبير تاريخ الاختراعات الأخرى المصنوعة في روسيا. تمكن العالم الروسي ألكسندر لوديجين من صنع قضيب كربون يتوهج في وعاء زجاجي تم ضخ الهواء منه. يبدأ تاريخ إنشاء المصباح المتوهج في عام 1872، عندما تمكن من القيام بذلك. حصل ألكسندر على براءة اختراع للمصباح المتوهج الكهربائي بالكربون في عام 1874. وبعد ذلك بقليل، اقترح استبدال قضيب الكربون بالتنغستن. لا يزال جزء التنغستن يستخدم في المصابيح المتوهجة.

فضل توماس اديسون

ومع ذلك، كان المخترع الأمريكي هو الذي تمكن من إنشاء نموذج متين وموثوق وغير مكلف في عام 1878. وبالإضافة إلى ذلك، تمكن من تنظيم إنتاجه. استخدمت مصابيحه الأولى نشارة متفحمة مصنوعة من الخيزران الياباني كخيوط. ظهرت خيوط التنغستن المألوفة لنا في وقت لاحق. بدأ استخدامها بمبادرة من المهندس الروسي Lodygin المذكور أعلاه. لولا ذلك، فمن يدري كيف كان سيتطور تاريخ المصابيح المتوهجة في السنوات اللاحقة.

عقلية اديسون الأمريكية

تختلف بشكل كبير عن الروسية. المواطن الأمريكي توماس إديسون كان كل شيء يسير لصالحه. ومن المثير للاهتمام، أنه أثناء التفكير في كيفية جعل شريط التلغراف أكثر متانة، اخترع هذا العالم ورق الشمع. ثم تم استخدام هذه الورقة كأغلفة للحلوى. سبعة قرون من التاريخ الغربي سبقت اختراع إديسون، وليس من خلال تطور الفكر التقني بقدر ما من خلال التكوين التدريجي لموقف نشط تجاه الحياة بين الناس. تابع العديد من العلماء الموهوبين هذا الاختراع بإصرار. يرتبط تاريخ أصل المصباح المتوهج، على وجه الخصوص، باسم فاراداي. لقد ابتكر أعمالًا أساسية في الفيزياء، والتي بدون دعمها لم يكن من الممكن أن يكون اختراع إديسون ممكنًا.

اختراعات أخرى قام بها إديسون

ولد توماس إديسون عام 1847 في مدينة بورت هيرون الأمريكية الصغيرة. لعبت حقيقة أن المخترع الشاب لديه القدرة على العثور على مستثمرين على الفور لأفكاره، حتى الأكثر جرأة، دورًا في تحقيق توماس لذاته. وكانوا على استعداد للمخاطرة بمبالغ كبيرة. على سبيل المثال، عندما كان إديسون لا يزال مراهقًا، قرر طباعة صحيفة على متن قطار أثناء تحركه ثم بيعها للركاب. وكان من المفترض أن يتم جمع الأخبار الخاصة بالصحيفة مباشرة من محطات الحافلات. كان هناك على الفور أشخاص أقرضوا المال لشراء مطبعة صغيرة، بالإضافة إلى أولئك الذين سمحوا لإديسون بالركوب في سيارة الأمتعة باستخدام هذه المطبعة.

الاختراعات قبل توماس إديسون كانت إما من صنع العلماء وكانت نتيجة ثانوية للاكتشافات التي قاموا بها، أو من قبل الممارسين الذين أتقنوا ما كان عليهم العمل به. لقد كان إديسون هو الذي جعل من الاختراع مهنة منفصلة. كان لديه العديد من الأفكار، وأصبح كل واحد منهم تقريبا جرثومة لللاحقة، الأمر الذي يتطلب المزيد من التطوير. ولم يهتم توما طوال حياته الطويلة براحته الشخصية. ومن المعروف أنه عندما زار أوروبا، وهي في أوج شهرته بالفعل، أصيب بخيبة أمل بسبب كسل المخترعين الأوروبيين وحداثتهم.

كان من الصعب العثور على مجال لم يحقق فيه توماس اختراقًا. وتشير التقديرات إلى أن هذا العالم قام بحوالي 40 اكتشافًا كبيرًا كل عام. في المجمل، حصل إديسون على 1092 براءة اختراع.

لقد دفعت روح الرأسمالية الأمريكية توماس إديسون إلى الأعلى. تمكن من تحقيق الثراء وهو في الثانية والعشرين من عمره، عندما توصل إلى "شريط" أسعار لبورصة بوسطن. ومع ذلك، كان اختراع إديسون الأكثر أهمية هو إنشاء المصباح المتوهج. بمساعدتها، تمكن توماس من كهربة كل أمريكا، ثم العالم كله.

إنشاء محطة توليد الكهرباء والمستهلكين الأوائل للكهرباء

يبدأ تاريخ المصباح ببناء محطة كهرباء صغيرة. قام العالم ببنائها في منتزه مينلو الخاص به. كان من المفترض أن تخدم احتياجات مختبره. ومع ذلك، تبين أن الطاقة الناتجة أكثر مما هو ضروري. ثم بدأ إديسون في بيع الفائض للمزارعين المجاورين. ومن غير المرجح أن يدرك هؤلاء الأشخاص أنهم أصبحوا أول مستهلكي الكهرباء الذين يدفعون الثمن في العالم. لم يطمح إديسون أبدًا إلى أن يصبح رائد أعمال، ولكن عندما احتاج إلى شيء ما لعمله، افتتح منشأة إنتاج صغيرة في مينلو بارك، والتي نمت فيما بعد إلى حجم كبير واتبعت طريقها الخاص في التطور.

تاريخ التغيرات في تصميم المصابيح المتوهجة

المصباح المتوهج الكهربائي هو مصدر للضوء حيث يحدث تحويل الطاقة الكهربائية إلى ضوء بسبب وهج موصل حراري بواسطة التيار الكهربائي. تم إنتاج الطاقة الضوئية لأول مرة بهذه الطريقة عن طريق تمرير التيار عبر قضيب الكربون. تم وضع هذا القضيب في وعاء تم ضخ الهواء منه مسبقًا. ابتكر توماس إديسون في عام 1879 تصميمًا أكثر أو أقل متانة باستخدام خيوط الكربون. ومع ذلك، هناك تاريخ طويل إلى حد ما لظهور المصباح المتوهج في شكله الحديث. كجسم متوهج في 1898-1908. لقد حاولوا استخدام معادن مختلفة (التنتالوم، التنغستن، الأوسيميوم). تم استخدام خيوط التنغستن، مرتبة في نمط متعرج، منذ عام 1909. بدأ ملء المصابيح المتوهجة في 1912-13. (الكريبتون والأرجون)، وكذلك النيتروجين. وفي الوقت نفسه، بدأ تصنيع خيوط التنغستن على شكل حلزوني.

يتميز تاريخ تطور المصباح المتوهج بتحسينه من خلال تحسين كفاءة الإضاءة. تم ذلك عن طريق زيادة درجة حرارة جسم الخيوط. تم الحفاظ على عمر الخدمة للمصباح. أدى ملئها بالغازات الخاملة عالية الجزيئات مع إضافة الهالوجين إلى تقليل تلوث الدورق بجزيئات التنجستن التي يتم رشها بداخله. بالإضافة إلى ذلك، فقد خفض معدل تبخره. أدى استخدام خيوط على شكل حلزوني ثنائي وثلاثي إلى تقليل فقدان الحرارة عبر الغاز.

هذا هو تاريخ اختراع المصباح المتوهج. بالتأكيد سوف تكون مهتمًا بمعرفة ماهية أنواعها المختلفة.

الأنواع الحديثة من المصابيح المتوهجة

تتكون العديد من أنواع المصابيح الكهربائية من أجزاء معينة متشابهة. أنها تختلف في الشكل والحجم. يتم تثبيت جسم خيطي (أي حلزوني مصنوع من التنغستن) على قضيب معدني أو زجاجي داخل القارورة باستخدام حاملات مصنوعة من سلك الموليبدينوم. يتم ربط نهايات اللولب بنهايات المدخلات. من أجل إنشاء اتصال محكم الفراغ بشفرة مصنوعة من الزجاج، فإن الجزء الأوسط من المدخلات مصنوع من الموليبدينوم أو البلاتينيت. تمتلئ لمبة المصباح بالغاز الخامل أثناء المعالجة الفراغية. ثم يتم لحام الجذع وتشكيل صنبور. المصباح مزود بقاعدة للتركيب في المقبس وحماية الأنف. يتم تثبيته على القارورة مع تثبيت المصطكي.

ظهور المصابيح

اليوم، هناك العديد من المصابيح المتوهجة، والتي يمكن تقسيمها حسب مجالات التطبيق (للمصابيح الأمامية للسيارات، للأغراض العامة، وما إلى ذلك)، أو حسب خصائص الإضاءة لمباتها أو حسب الشكل الهيكلي (ديكور، مرآة، مع طلاء منتشر، إلخ). .) ، وكذلك من حيث الشكل الذي يحتوي عليه جسم الشعيرة (مع لولبي ثنائي ، مع لولبي مسطح ، وما إلى ذلك). أما بالنسبة للأبعاد فهناك الحجم الكبير، والعادي، والصغير، والمصغر، والصغير. على سبيل المثال، تشمل الأخيرة مصابيح يقل طولها عن 10 مم، ولا يتجاوز قطرها 6 مم. أما الكبيرة الحجم فهي التي يزيد طولها عن 175 ملم وقطرها 80 ملم على الأقل.

قوة المصباح وعمر الخدمة

يمكن للمصابيح المتوهجة الحديثة أن تعمل بجهد يتراوح من أجزاء من الوحدة إلى عدة مئات من الفولتات. يمكن أن تصل قوتهم إلى عشرات الكيلووات. إذا قمت بزيادة الجهد بنسبة 1٪، فإن التدفق الضوئي سيزيد بنسبة 4٪. ومع ذلك، فإن هذا سوف يقلل من عمر الخدمة بنسبة 15٪. إذا قمت بتشغيل المصباح لفترة قصيرة من الوقت بجهد يتجاوز الجهد المقنن بنسبة 15%، فسوف يتضرر. هذا هو السبب في أن ارتفاع الجهد يؤدي في كثير من الأحيان إلى احتراق المصابيح الكهربائية. تتراوح مدة خدمتهم من خمس ساعات إلى ألف أو أكثر. على سبيل المثال، تم تصميم المصابيح الأمامية للطائرات لفترة قصيرة، لكن مصابيح النقل يمكن أن تعمل لفترة طويلة جدًا. وفي الحالة الأخيرة، ينبغي تركيبها في مواقع تسمح باستبدالها بسهولة. اليوم، تعتمد كفاءة الإضاءة للمصابيح على الجهد والتصميم ووقت الاحتراق والطاقة. فهو حوالي 10-35 م / ث.

المصابيح المتوهجة اليوم

من حيث كفاءة الإضاءة، فإن المصابيح المتوهجة هي بالتأكيد أقل شأنا من مصادر الضوء التي تعمل بالغاز (مصابيح الفلورسنت). ومع ذلك، فهي أسهل في الاستخدام. لا تتطلب المصابيح المتوهجة تركيبات معقدة أو أجهزة بدء التشغيل. لا توجد عملياً أي قيود على الطاقة والجهد بالنسبة لهم. ينتج العالم اليوم حوالي 10 مليارات مصباح كل عام. وعدد أصنافها يتجاوز 2 ألف.

مصابيح لد

لقد تم بالفعل كتابة تاريخ أصل المصباح، في حين أن تاريخ تطور هذا الاختراع لم يكتمل بعد. تظهر أصناف جديدة وتحظى بشعبية متزايدة. نحن نتحدث في المقام الأول عن مصابيح LED (يظهر أحدها في الصورة أعلاه). تُعرف أيضًا باسم توفير الطاقة. تتميز هذه المصابيح بقدرة ضوء أكبر بـ 10 مرات من تلك التي تنتجها المصابيح المتوهجة. ومع ذلك، لديهم عيب - يجب أن يكون مصدر الطاقة الجهد المنخفض.

هناك الكثير من الكلام والجدل الذي لا أساس له من الصحة حول هذه القضية. من مخترع المصباح المتوهج؟ يدعي البعض أن هذا هو Lodygin، والبعض الآخر أن إديسون. ولكن كل شيء أكثر تعقيدا بكثير، دعونا نلقي نظرة على التسلسل الزمني للأحداث التاريخية.

هناك طرق عديدة لتحويل الطاقة الكهربائية إلى ضوء. وتشمل هذه المصابيح مبدأ التشغيل القوسي، ومصابيح تفريغ الغاز، والمصابيح التي يكون مصدر التألق فيها عبارة عن خيوط تسخين. في الواقع، يمكن أيضًا اعتبار المصباح الكهربائي المتوهج مصدرًا للضوء الاصطناعي، نظرًا لأن تشغيله يستخدم تأثير موصل ساخن يمر من خلاله التيار. غالبًا ما يكون العنصر الساخن عبارة عن حلزون معدني أو خيوط كربون. بالإضافة إلى الموصل، يتضمن تصميم المصباح الكهربائي لمبة وسلك تيار وفتيل وقاعدة. ومع ذلك، نحن نعرف كل هذا بالفعل الآن. ولكن منذ وقت ليس ببعيد كان هناك وقت قام فيه العديد من العلماء بتطويرات متزامنة في مجال مصادر الضوء الاصطناعي وتنافسوا على لقب مخترع المصباح الكهربائي.

الجدول الزمني للاختراع

عند قراءة المقالة بأكملها أدناه، من السهل جدًا إلقاء نظرة على هذا الجدول:

1802	القوس الكهربائي لفاسيلي بيتروف.
1808	وصف همفري ديفي قوسًا كهربائيًا بين قضيبين من الكربون، مما أدى إلى إنشاء المصباح الأول.
1838	ابتكر المخترع البلجيكي جوبارت أول مصباح متوهج بنواة من الكربون.
1840	ابتكر وارن دي لا رو أول مصباح كهربائي بخيط من البلاتين.
1841	حصل الإنجليزي فريدريك دي مولين على براءة اختراع لمصباح بخيوط من البلاتين وملء بالكربون.
1845	استبدل كينغ عنصر البلاتين بالكربون.
1845	ابتكر الألماني هاينريش جوبل النموذج الأولي للمصباح الكهربائي الحديث.
1860	حصل الإنجليزي جوزيف سوان (سوان) على براءة اختراع لمصباح مصنوع من ورق الكربون.
1874	حصل ألكسندر نيكولايفيتش لوديجين على براءة اختراع لمصباح بقضيب كربون.
1875	قام فاسيلي ديدريكسون بتحسين مصباح Lodygin.
1876	ابتكر بافيل نيكولايفيتش يابلوشكوف مصباح الكاولين.
1878	حصل المخترع الإنجليزي جوزيف ويلسون سوان على براءة اختراع لمصباح من ألياف الكربون.
1879	حصل الأمريكي توماس إديسون على براءة اختراع لمصباحه ذو خيوط البلاتين.
1890	يقوم Lodygin بإنشاء مصابيح ذات خيوط متوهجة من التنغستن والموليبدينوم.
1904	حصل ساندور جاست وفرانجو هانمان على براءة اختراع لمصباح بفتيل التنغستن.
1906	أطلقت Lodygin إنتاج المصابيح في الولايات المتحدة الأمريكية.
1910	أتقن ويليام ديفيد كوليدج طريقة إنتاج خيوط التنغستن.

إذا كنت تريد أن تفهم حقًا، نوصي بشدة بقراءة المقال بأكمله.

أول تحويلات الطاقة إلى ضوء

في القرن الثامن عشر، حدث اكتشاف مهم يمثل بداية سلسلة ضخمة من الاختراعات. تم الكشف عن تيار كهربائي. في مطلع القرن المقبل، اخترع العالم الإيطالي لويجي جالفاني طريقة لإنتاج تيار كهربائي من المواد الكيميائية - عمود فولتي أو خلية كلفانية. بالفعل في عام 1802، اكتشف الفيزيائي فاسيلي بيتروف القوس الكهربائي واقترح استخدامه كجهاز إضاءة. وبعد أربع سنوات، رأت الجمعية الملكية المصباح الكهربائي الخاص بهمفري ديفي؛ فقد أضاء الغرفة بسبب الشرر الموجود بين قضبان الفحم. كانت المصابيح القوسية الأولى ساطعة للغاية وباهظة الثمن، مما يجعلها غير مناسبة للاستخدام اليومي.

المصباح المتوهج: النماذج الأولية

بدأ التطوير الأول لمصابيح الإضاءة المتوهجة في منتصف القرن التاسع عشر. لذلك، في 1838 في عام 1999، قدم المخترع البلجيكي جوبارت مشروعًا لمصباح متوهج ذو قلب كربوني. ورغم أن مدة تشغيل هذا الجهاز لم تتجاوز النصف ساعة إلا أنه كان دليلا على التقدم التكنولوجي في هذا المجال. في 1840 وفي نفس العام، أنتج عالم الفلك الإنجليزي وارين دي لا رو، المصباح الكهربائي ذو الحلزون البلاتيني، وهو أول مصباح في تاريخ الهندسة الكهربائية بعنصر متوهج على شكل حلزوني. قام المخترع بتمرير تيار كهربائي عبر أنبوب مفرغ يحتوي على ملف من سلك البلاتين. نتيجة للتدفئة، أصدر البلاتين توهجا مشرقا، والغياب شبه الكامل للهواء جعل من الممكن استخدام الجهاز في أي ظروف درجة الحرارة. ونظرا لارتفاع تكلفة البلاتين، كان من غير المنطقي استخدام مثل هذا المصباح للأغراض التجارية، حتى مع الأخذ في الاعتبار كفاءته. ومع ذلك، في وقت لاحق كانت عينة من هذا المصباح الكهربائي هي التي بدأت تعتبر سلف المصابيح المتوهجة الأخرى. وارن دي لا رو بعد عدة عقود (في 1860 -x) بدأ في دراسة ظاهرة توهج تفريغ الغاز تحت تأثير التيار.

في 1841 وفي عام 2010، حصل الإنجليزي فريدريك دي مولين على براءة اختراع للمصابيح، وهي عبارة عن قوارير ذات خيوط بلاتينية مملوءة بالكربون. ومع ذلك، فإن اختباراته على الموصلات في عام 1844 لم تنجح. كان هذا بسبب الذوبان السريع لخيوط البلاتين. وفي عام 1845، قام عالم آخر، كينغ، باستبدال العناصر المتوهجة البلاتينية بعصي الكربون وحصل على براءة اختراع لاختراعه. خلال هذه السنوات نفسها، في الخارج، في الولايات المتحدة، حصل جون ستار على براءة اختراع لمصباح كهربائي ذو كرة مفرغة وموقد كربون.

في 1854 في عام 2010، توصل صانع الساعات الألماني هاينريش جوبل إلى جهاز يعتبر النموذج الأولي للمصابيح الكهربائية الحديثة. لقد أظهر ذلك في معرض كهربائي في الولايات المتحدة الأمريكية. لقد كان مصباحًا مفرغًا وهاجًا ومناسبًا للاستخدام في مجموعة متنوعة من الظروف. كمصدر للضوء، اقترح هاينريش استخدام خيط الخيزران المتفحم. بدلا من القارورة، أخذ العالم زجاجات بسيطة من ماء التواليت. تم إنشاء الفراغ الموجود بها عن طريق إضافة الزئبق وسكبه من الدورق. وكان عيب الاختراع هو هشاشته المفرطة ووقت التشغيل الذي لا يتجاوز بضع ساعات. خلال سنوات حياته البحثية النشطة، لم يتمكن جوبل من تلبية الاعتراف الواجب في المجتمع، ولكن في سن 75 تم تسميته مخترع أول مصباح وهاج عملي يعتمد على خيوط الكربون. بالمناسبة، كان Goebel هو أول من استخدم أجزاء الإضاءة لأغراض إعلانية: فقد تجول حول نيويورك في عربة مزينة بالمصابيح الكهربائية. تم تركيب تلسكوب على الكرسي المتحرك، مما جذب الانتباه من بعيد، ومن خلاله سمح له العالم بالنظر إلى السماء المرصعة بالنجوم مقابل رسوم.

النتائج الأولى

تم تحقيق النتائج الأكثر فعالية في إنتاج المصباح المفرغ من قبل الكيميائي والفيزيائي الشهير من إنجلترا جوزيف سوان (سوان). في 1860 في العام التالي حصل على براءة اختراع لاختراعه، على الرغم من أن المصباح لم يعمل لفترة طويلة. كان هذا بسبب استخدام ورق الكربون - وسرعان ما تحول إلى فتات بعد الاحتراق.

في منتصف السبعينيات. في القرن التاسع عشر، بالتوازي مع سوان، حصل عالم روسي أيضًا على براءة اختراع للعديد من الاختراعات. اخترع العالم والمهندس المتميز ألكسندر لوديجين 1874 سنة، مصباح خيطي يستخدم فيه قضيب الكربون للتدفئة. بدأ تجاربه في دراسة أجهزة الإضاءة عام 1872 أثناء وجوده في سانت بطرسبرغ. ونتيجة لذلك، وبفضل المصرفي كوزلوف، تم تأسيس شركة لتشغيل مصابيح الفحم. لاختراعه حصل العالم على جائزة من أكاديمية العلوم. بدأ استخدام هذه المصابيح على الفور لإضاءة الشوارع ومبنى الأميرالية.

الكسندر نيكولايفيتش لوديجين

كان Lodygin أيضًا أول من طرح فكرة استخدام خيوط التنغستن أو الموليبدينوم الملتوية في شكل حلزوني. ل 1890 -م. كان لدى Lodygin عدة أنواع من المصابيح ذات الشعيرات المتوهجة المصنوعة من معادن مختلفة. واقترح ضخ الهواء من المصباح الكهربائي بحيث تتم عملية الأكسدة بشكل أبطأ، مما يعني أن عمر خدمة المصباح سيكون أطول. تم لاحقًا إنتاج أول مصباح تجاري مزود بفتيل تنجستين حلزوني في أمريكا وفقًا لبراءة اختراع Lodygin. حتى أنه اخترع مصابيح الغاز المملوءة بخيوط الكربون والنيتروجين.

فكرة لودين 1875 تم تحسين العام بواسطة مخترع ميكانيكي روسي آخر فاسيلي ديدريكسون. لقد صنع الفحم عن طريق تفحم أسطوانات الخشب في بوتقات الجرافيت. كان هو أول من تمكن من ضخ الهواء وتركيب أكثر من خيط في المصباح الكهربائي بحيث يمكن استبداله عندما يحترق. تم إنتاج مثل هذا المصباح تحت قيادة كوهن، وتم استخدامه لإضاءة متجر كبير للملابس الداخلية والقيسونات تحت الماء أثناء بناء جسر في سانت بطرسبرغ. في عام 1876، تم تحسين المصباح بواسطة نيكولاي بافلوفيتش بوليجين. قام العالم بتسخين طرف واحد فقط من الفحم، والذي كان يتحرك باستمرار أثناء عملية الاحتراق. ومع ذلك، كان الجهاز معقدا ومكلفا.

في 1875-76 زز. اكتشف المهندس الكهربائي بافيل يابلوشكوف، أثناء صنع شمعة كهربائية، أن الكاولين (نوع من الطين الأبيض) يوصل الكهرباء جيدًا عند تعرضه لدرجات حرارة عالية. اخترع مصباح الكاولين الكهربائي بخيط مصنوع من المادة المناسبة. السمة المميزة لهذا المصباح هي أنه لتشغيله لم يكن من الضروري وضع خيوط الكاولين في دورق مفرغ - فهو يظل قيد التشغيل عند ملامسته للهواء. سبق إنشاء المصباح الكهربائي العمل الطويل الذي قام به العالم على المصابيح الكهربائية القوسية في باريس. في أحد الأيام، زار يابلوشكوف مقهى محليًا، وشاهد النادل وهو يرتب أدوات المائدة، وتوصل إلى فكرة جديدة. قرر وضع أقطاب الكربون موازية لبعضها البعض، وليس أفقيا. ومع ذلك، كان هناك خطر ألا يحترق القوس فحسب، بل أيضًا المشابك الموصلة. تم حل المعضلة عن طريق إضافة عازل يحترق تدريجياً بعد الأقطاب الكهربائية. أصبح الطين الأبيض هذا العازل. ولجعل المصباح الكهربائي مضاءً، تم وضع وصلة عبور من الكربون بين الأقطاب الكهربائية، وتم تقليل الاحتراق غير المتساوي للأقطاب الكهربائية نفسها إلى الحد الأدنى باستخدام مولد التيار المتردد.

أظهر يابلوشكوف اختراعه في معرض تكنولوجي في لندن عام 1876 سنة. وبعد ذلك بعام، أنشأ أحد الفرنسيين، دينيروز، شركة مساهمة لدراسة تقنيات الإضاءة التي ابتكرها يابلوشكوف. لم يكن للعالم نفسه ثقة كبيرة في مستقبل المصابيح المتوهجة، لكن شموع يابلوشكوف الكهربائية كانت تحظى بشعبية كبيرة. تم ضمان النجاح ليس فقط من خلال السعر المنخفض، ولكن أيضًا من خلال مدة الحرق البالغة 1.5 ساعة. وبفضل هذا الاختراع، حلت الفوانيس محل الشموع، وبدأت الشوارع تضيء بشكل أفضل. صحيح أن عيب هذه الشموع كان وجود تدفق متغير للضوء فقط. وبعد ذلك بقليل، طور الفيزيائي الألماني والتر نيرنست مصباحًا كهربائيًا بنفس المبدأ، لكنه صنع خيوطًا من المغنيسيا. تم إضاءة المصباح فقط بعد تسخين الفتيل، حيث استخدموا أعواد الثقاب أولاً ثم السخانات الكهربائية.

الكفاح من أجل براءات الاختراع

بحلول نهاية سبعينيات القرن التاسع عشر. بدأ المهندس والمخترع المتميز توماس إديسون، الذي عاش في الولايات المتحدة الأمريكية، أنشطته البحثية. في عملية صنع المصباح، قام بتجربة معادن مختلفة لصنع الخيوط. في البداية، اعتقد العالم أن مشكلة المصابيح الكهربائية يمكن حلها عن طريق إطفاءها تلقائيا عند درجات حرارة عالية. لكن هذه الفكرة لم تنجح، لأن إطفاء المصباح البارد باستمرار لا يؤدي إلا إلى وميض إشعاعي متقطع. هناك نسخة في أواخر السبعينيات. أحضر ملازم البحرية الروسية خوتينسكي العديد من المصابيح المتوهجة من Lodygin وأظهرها لإديسون، مما أثر على تطوراته الإضافية.

لم يتوقف جوزيف سوان عند إنجازاته في إنجلترا، بل كان معروفًا بالفعل في الأوساط العلمية في ذلك الوقت، حيث حصل على براءة اختراع لمصباح من ألياف الكربون في عام 1878. تم وضعه في جو مخلخل مع الأكسجين، فخرج الضوء مشرقا للغاية. وفي غضون عام، ظهرت الإضاءة الكهربائية في معظم المنازل في إنجلترا.

توماس الفا اديسون

وفي الوقت نفسه، قام توماس إديسون بتعيين فرانسيس أبتون للعمل في مختبره. معه، بدأ اختبار المواد بشكل أكثر دقة، وتركز الاهتمام على أوجه القصور في براءات الاختراع السابقة. في عام 1879، حصل إديسون على براءة اختراع للمصباح الكهربائي ذو القاعدة البلاتينية، وبعد مرور عام، ابتكر العالم مصباحًا مصنوعًا من ألياف الكربون ويعمل دون انقطاع لمدة 40 ساعة. خلال عمله، أجرى الأمريكي 1.5 ألف اختبار وتمكن أيضًا من إنشاء مفتاح دوار من النوع المنزلي. من حيث المبدأ، لم يقم توماس إديسون بإجراء أي تغييرات جديدة على مصباح لوديجين الكهربائي. تم ضخ نسبة كبيرة من الهواء ببساطة من مجاله الزجاجي بخيط من الكربون. والأهم من ذلك، أن العالم الأمريكي طور نظامًا فائقًا للمصباح الكهربائي، واخترع قاعدة لولبية ومقبسًا وصمامات، ثم نظم الإنتاج الضخم لاحقًا.

كانت مصادر الضوء الجديدة قادرة على إزاحة مصادر الغاز، وكان الاختراع نفسه يسمى مصباح إديسون سوان لبعض الوقت. في عام 1880، أنشأ توماس القيمة الأكثر دقة للفراغ، والتي خلقت مساحة خالية من الهواء الأكثر استقرارًا. تم ضخ الهواء من المصباح الكهربائي باستخدام مضخة الزئبق.

بحلول نهاية عام 1880، يمكن أن تحترق ألياف الخيزران الموجودة في المصابيح الكهربائية لمدة 600 ساعة تقريبًا. تم الاعتراف بهذه المادة من اليابان كأفضل مكون للكربون العضوي. وبما أن خيوط الخيزران كانت باهظة الثمن، اقترح إديسون تصنيعها من ألياف القطن المعالجة بطرق خاصة. تم إنشاء أولى الشركات التي قامت ببناء الأنظمة الكهربائية الكبيرة في نيويورك عام 1882. خلال هذه الفترة، رفع إديسون دعوى قضائية ضد سوان بتهمة انتهاك حقوق الطبع والنشر. ولكن في النهاية، أنشأ العلماء شركة Edison-Swan United المشتركة، والتي نمت بسرعة لتصبح رائدة عالميًا في إنتاج المصابيح الكهربائية.

تمكن توماس إديسون خلال حياته من الحصول على 1093 براءة اختراع. ومن اختراعاته الشهيرة: الفونوغراف، والكينيتوسكوب، وجهاز إرسال الهاتف. سُئل ذات مرة عما إذا كان من العار ارتكاب الأخطاء ألفي مرة قبل إنشاء المصباح الكهربائي. أجاب العالم: لم أكن مخطئا، ولكنني اكتشفت 1999 طريقة لعدم صنع المصباح الكهربائي.

خيوط معدنية

في نهاية تسعينيات القرن التاسع عشر. بدأت المصابيح الكهربائية الجديدة في الظهور. وهكذا، اقترح والتر نيرنست صنع خيوط من سبيكة خاصة، والتي تشمل أكاسيد المغنيسيوم والإيتريوم والثوريوم والزركونيوم. في مصباح أوير (كارل أوير فون ويلسباخ، جمهورية النمسا) كان باعث الضوء عبارة عن خيوط من الأوسيميوم، وفي مصباح بولتون وفويرلاين كان عبارة عن خيوط من التنتالوم. في عام 1890، حصل ألكسندر لوديجين على براءة اختراع لمصباح متوهج يستخدم خيوط التنغستن سريعة التسخين (تم استخدام العديد من المعادن المقاومة للحرارة، ولكن وفقًا لنتائج البحث، كان التنغستن هو الأفضل أداءً). يُشار إلى أنه بعد 16 عامًا باع جميع حقوق اختراعه الثوري لشركة جنرال إلكتريك الصناعية العملاقة، وهي الشركة التي أسسها العظيم توماس إديسون.

ومع ذلك، في تاريخ الهندسة الكهربائية هناك براءتان معروفتان لمصباح التنغستن - في عام 1904، سجل الثنائي من العلماء ساندور جوست وفرانجو هانمان اختراعًا مشابهًا لاختراع لوديجين. وبعد مرور عام، بدأت النمسا والمجر الإنتاج الضخم لهذه المصابيح. وفي وقت لاحق، بدأت شركة جنرال إلكتريك في إنتاج المصابيح الكهربائية بالغازات الخاملة. تمكن عالم من هذه المنظمة، إيرفينغ لانجميور، في عام 1909 من تحديث اختراع لوديجين بإضافة الأرجون إليه من أجل إطالة عمره وزيادة إنتاج الضوء.

في عام 1910، قام ويليام كوليدج بتحسين عمليات الإنتاج الصناعي لخيوط التنغستن، وبعد ذلك بدأ إنتاج المصابيح ليس فقط بعنصر متوهج على شكل حلزوني، ولكن أيضًا على شكل حلزوني متعرج ومزدوج وثلاثي.

مزيد من الاختراعات

• منذ إنشاء أجهزة الإضاءة الكهربائية الأولى، تمت دراسة خصائص مصابيح تفريغ الغاز باستمرار، ولكن حتى بداية القرن العشرين، أظهر العلماء القليل من الاهتمام بها. ومن الأمثلة على ذلك حقيقة أن النماذج الأولية الأولى لمصابيح الزئبق تم تصنيعها في بريطانيا العظمى في ستينيات القرن التاسع عشر، ولكن لم يخترع بيتر هيويت مصباح الزئبق منخفض الضغط إلا في عام 1901. وبعد خمس سنوات، بدأ إنتاج نظائرها ذات الضغط العالي. وفي عام 1911، أظهر جورج كلودي، وهو مهندس كيميائي من فرنسا، للعالم لمبة ضوء النيون، والتي أصبحت على الفور مركز اهتمام جميع المعلنين.
• في العشرينيات والأربعينيات من القرن الماضي. تم اختراع مصابيح الصوديوم ومصابيح الفلورسنت والزينون. بدأ إنتاج بعضها بكميات كبيرة حتى للاستخدام اليومي. اليوم، حوالي 2 ألف نوع من مصادر الضوء معروفة.
• في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية، أصبح الاسم العامي للمصباح المتوهج هو عبارة "مصباح إيليتش الكهربائي". لقد أصبح هذا المصطلح موطنًا للفلاحين والمزارعين الجماعيين خلال فترة الكهرباء الشاملة. في عام 1920، زار فلاديمير لينين إحدى القرى لإطلاق محطة للطاقة، وحينها ظهر التعبير الشعبي. ومع ذلك، تم استخدام هذا التعبير في البداية للإشارة إلى خطة كهربة الزراعة والمدن والقرى. كان مصباح إيليتش الكهربائي عبارة عن مقبس، معلق بحرية بسلك من السقف ومعلق بدون غطاء. يتضمن تصميم الخرطوشة أيضًا مفتاحًا، وتم وضع الأسلاك بشكل مفتوح على طول الجدران.
• تم تطوير مصابيح LED في الستينيات. للأغراض الصناعية. كانت قوتهم قليلة ولم يتمكنوا من إضاءة المنطقة بشكل صحيح. ومع ذلك، يعتبر هذا الاتجاه اليوم هو الأكثر واعدة.
• في عام 1983، تم تقديم مصابيح الفلورسنت المدمجة. كان اختراعهم ذا أهمية خاصة في سياق الحاجة إلى توفير الطاقة. بالإضافة إلى ذلك، فهي لا تحتاج إلى معدات بدء تشغيل إضافية وتتناسب مع مقابس المصابيح المتوهجة القياسية.
• ومنذ وقت ليس ببعيد، قامت شركتان أمريكيتان بتصنيع مصابيح الفلورسنت للمستهلكين، ذات القدرة على تنقية الهواء وإزالة الروائح الكريهة. سطحها مغطى بثاني أكسيد التيتانيوم، والذي، عند تشعيعه، يؤدي إلى تفاعل تحفيزي ضوئي.

فيديو لكيفية صناعة المصابيح المتوهجة في المصانع القديمة.