Ampül Nasıl İşık Verir -Ampül Yapısı

Ampül Nasıl Işık verir -Ampül yapısı



İletken bir filamandan akım geçirilirse, molekülleri uyarılacağından, filaman ısınarak parlamaya başlar: Bir elektrik ampulünün (ya da, daha doğru bir deyişle, akkor telli lambanın) çalışma ilkesi böyledir

Ampul, günlük yaşamımızın bir parçasıdır; ama böylesine yalın bir aygıtı bu denli kullanışlı kılan teknolojiyi çoğumuz bilmeyiz

Akkor metal filamanlarla yapılan pek çok deneyden sonra, 1800'lerin ortalarında, İngiltere'de Swan, 1878 yılında da Amerika'da EDİSON, ilk kez kullanışlı denebilecek ampuller yaptılar Swan'ın yaptığı ilk lamba, havası boşaltılmış kapalı bir cam içerisindeki platin tellere tutturulmuş bir bitki lifinden oluşuyordu Ancak, bitki lifinin kesiti her yerde aynı değildi; aynca camda ne kadar yüksek bir vakum sağlanırsa sağlansın, filaman malzemesi içinde her; zaman biraz oksijen kalıyordu Bu iki engelden ötürü, Swan'ın ampulü uzun ömürlü değildi

1905'lefde filamanlar, kalıplanmış selüloz üzerine karbon emdirilerek üretilmeğe başlandı Piyasada satılmağa başlanan bu ampullerin, bir watt'lık elektrik enerjisine karşılık, yaklaşık 2-3 lümen'lik ışık çıkışı vardı (lm/W ile gösterilir) Lümen, bir mum'luk bir ışık kaynağından, birim uzaklıktaki birim akma saniyede düşen ışık miktarı olarak tanımlanır Daha sonra metal filamanların üretimiyle ilgilenildi ve başlangıçta osmiyum ve tantal denendi Ama her ikisinin de bazı olumsuz yönleri olduğundan,ömürleri kısa oluyordu 1909'da tungsteni çok ince tel biçimine sokma sorunu çözüldü Bu metal 3 382°C gibi çok yüksek bir sıcaklıkta eridiğinden, filamanı daha yüksek sıcaklıklarda çalıştırma ve daha çok ışık sağlama olanağı sağlandı

Gaz doldurma: Bir ampuldeki filamanın ömrü, yapıldığı metalin buharlaşma îtzına, o da filamanın çalışma sıcaklığına bağlıdır 1913 yılında buharlaşma hızını azaltan ve lambanın ömrünü artıran bir yol bulundu Ampulün havasını boşaltmak yerine, bir gaz (örneğin, azot) doldurmak bunu sağlamaya yetiyordu Gaz doldurmanın tek olumsuz yanı, lamba içinde oluşan konveksiyon akımlarıdır Bu akımlar,, filamanın sıcaklığını ve dolayısıyla ışığını azaltır Filamanın ince bir kıvrım biçiminde yapılması tekniği, Birinci Dünya savaşı nedeniyle 1918 yıllarına kadar gecikti

1934 yılında filamanın kıvrımlı biçime getirilmesi, daha sonra da çift kıvrımlı biçime sokulması, sıcaklığın korunmasını sağladı Bu filaman biçimi, bugün de kullanılmaktadır Hergün kullandığımız armut biçimindeki ampullerin 8 lm/W'den 19 lm/W'a dek ışık verenleri, gücü 25 W'dan 150 W'a dek uzananları üretilmektedir

Flamanlı lamba türleri: Ampul üretimi hızla artarken, türlerinin sayısı da binlere ulaşmıştır Tıp aygıtlarında kullanılan pirinç tanesi büyüklüğünde olanından, DENİZ FENERLERİ'nde kullanılan futbol topu büyüklüğünde olanlarına dek pek çok türüne ras-lamak olasıdır Bazı yansıtmalı türler, odağında bir sigarayı yakacak sıcaklığı üretecek biçimde, bazıları ise sıcaklığı arkadan dışarı atacak biçimde planlanmıştır Süsleme amacıyla da çeşitli renk ve büyüklükte lambalar üretilmiştir Bütün türlerin burada anlatılması olanaksızdır Yalnız,1934'deki,ampul üretim tekniğinden bu yana, bu alanda gerçek ve tek ilerlemeyi simgeleyen önemli bir tür vardır: Tungsten halogen lambaları

Tungsten halogen lambalar: Başlangıçta kullanılan maddelerin adından ötürü bunlara 'kuvars-iyot' lamba da denir Tungsten halogen lambanın boyutu, aynı güçteki sıradan bir ampulden çok daha küçüktür Ampule HALOGEN'lerden iyot (bazen brom ve flor da kullanılır) gazı doldurulur Buharlaşan tungsten, iyotla birleşerek tungsten iyodür oluşturur Böylece buharlaşan tungstenin, lamba camının iç çeperlerini kaplayarak karartması önlenir Lamba içinde konveksiyon yoluyla dolaşan tungsten iyodür, filamana ulaştığında 2 000°C sıcaklıkta ayrışır ve tungstenin bir bölümü yeniden filamanın üzerinde birikir İyot da yeniden birleşim yapmak için açığa çıkar Bu çevrim 250°C'ın üstündeki sıcaklıkta da gerçekleşebildiğinden, lambanın boyutları ısı yitimini azaltmak için küçük tutulur
Bu tür lambaların üstünlükleri şöyle sıralanabilir: 20-22 lm/W'a dek ışık verebilir; verdiği ışık miktarı lamba ömrü boyunca değişmez; filaman çok yüksek sıcaklıklarda çalıştırılabilir; buharlaşma azaltı-labildiğinden ömrü 2 000 saatin üstüne ulaşmıştır Boyutlarının küçüklüğü hassas optik denetimde kullanılabilmesini sağlar, ayrıca vitrin aydınlatmalarında ve otomobil farlarında kullanılan 50-55 W*hk olanlardan, projektörlerde kullanılan 10kW'lıklara kadar çeşitli büyüklükleri bulunur Düşük güçteki bu tür lambaların, ev aydınlatmasında da kullanılması düşünülmektedir Ancak, kullanılan malzemenin çok pahalı oluşu, bu yaygınlaşmayı engelleyici niteliktedir

Üretim:İlk ampuller elle yapılmaktaydıGünümüzde bile özel türden birçok ampul gene elle yapılmaktadır Sıradan ampuller saatte 2 000-4 000 lamba üretilebilen makinalarda yapılır

Ampul makinası, yüksek arılıkta özel bir camla sürekli olarak beslenir Makina, düzenli aralıklarla ka-lınlaştırdığı camı ampul biçimi vermek için kalıbın içine üfler Daha sonra, ampuller soğutulur, bağlantıları kesilir ve taşıyıcı banda bırakılır İşlem öylesine hızlıdır ki, beş makinalı bir fabrika, İngiltere'nin tüm gereksinimiyle Avrupa'nın bir bölümünün ampul talebini karşılayabilir

Filaman için tungsten tozu, büyük basınç altında sıkıştırılmış sünek bir tel çubuk durumuna getirilir Filaman telinin çapı 15 W'lık bir lamba için 0,014 mm, 100 W'lık lamba için 0,042 mm'dir Ölçüm zorluğundan ötürü kalınlık, belli uzunluktaki tellerin tartımıyla denetlenir 15 W'lık bir lambada kalınlık toleransı %» 2 dolayındadır, bu da 0,00014 mm'lik bir toleranstır (yani, görünür ışığın dalga boyunun dörtte biri kadar) Filaman daha sonra, kıvrım yapmak için bir mandrele sarılır; bu kıvrımlı tel yeniden bir mand-rele sarılarak,çift kıvrımlı filamanlar elde edilir Teller tavlandıktan sonra mandreller asitte eritilir Ardından yeniden tavlama yapılır Daha sonra da mikroskopla incelenir

Otomatik makinalar filamanlan, ampulün dışına çıkan tellere ve dolayısıyle gövdeye bağlar Filaman bağlanan gövde, cam balonun içine sokulur ve gövde ile balon eritilerek kaynatılır

Daha sonra ampulün havası tümüyle boşaltılır Oksijen düzeyi milyonda 5-10'a düştüğünde, boşaltma borusu eritilerek kapatılır Ardından metal kapak yapıştırılır Dışa açılan teller de değme noktalarına lehimlenir

Işık sistemlerinin icadından önce güneş battıktan sonraki ışık ihtiyacı insanlar için büyük bir sorun olsa gerekti Tabi ki mumlar meşaleler gaz lambaları gibi ilkel ışık sistemleri kullanılıyordu Ama sizi o yıllara götürseler herhalde ampulsüz bir dünyaya pek de sabredemezdiniz Ampulün icat edilmesinden bugüne ışık sistemleri çok değişti

Bu yazımda en basit ışık sistemi olan ampulleri anlatmaya çalışacağım Fakat benim anlatacağım hepimizin evinde bulunan klasik akkor telli ampuller

NASIL ÇALIŞIR?

Aslında ampullerin çok basit bir ışık sistemi yapısı vardır Hepimiz biliriz ki üzerinden elektrik akımı geçen bir metal direnç gösterir Bu direnç karşısında ısınır Bunu en yakın elektrik sobalarında ve elektrik ocaklarında görebilirsiniz İşte ampulde bu prensibe göre çalışır Ampulün içinde bulunan çok ince filaman dediğimiz (çoğunlukla tungsten metalinden yapılmış) bir tel bulunur Bu telden geçen elektrik akımı sonucunda tel aşırı derecede ısınarak (yaklaşık 3000 C) ışık yaymaya başlar


Ampulün yapısına bakacak olursak içi argon gazıyla dolu armut şeklinde bir camdan yapıldığını görürüz İçinde elektrik akımının geçtiği kalın iki tane tel vardır Bu tellerin ucunda iki tel arasında ise filaman bulunur Filamanı tutan ayrıca iki veya daha fazla destek telleri vardır Akım ve destek telleri cam bir kaideye tutturulmuştur

Akım tellerinin birisi ampulün altındaki noktaya diğeri ise vidalı kısmın yan tarafına bağlıdır Elektrik bu noktalardan temin edilir

Filamanlar tungsten metalinden yapılırlar 60 Watt 'lık bir ampulde bulunan filamanın boyu yaklaşık iki metredir Çift sarmallı olarak yapıldıkları için boyu size kısa gelebilir Bunu aşağıdaki filamanın büyültülmüş resminden daha iyi anlayabilirsiniz


NEDEN TUNGSTEN METAL?

Ampulün içindeki filamanın yüksek sıcaklığa ulaşarak ışık yaydığını artık biliyoruz Bir filamanın bu denli yüksek bir sıcaklıkta erimemesi lazımdır

İlk ampullerde kullanılan karbon filamanlar 2100 C üzerindeki sıcaklıklarda buharlaşarak inceliyor ve kopuyordu Daha düşük bir sıcaklık loş bir ışık; daha yüksek bir sıcaklık ise filamanın erimesi demekti

Tungsten filamanlar ise yüksek erime derecesiyle (3410 C) ampullerde kullanılabilecek en iyi metaldir Yüksek ısı derecesinde parlak ışık verebilmektedir Bununla beraber tungsten filaman da bir gün incelecek ve kopacaktır

NEDEN ARGON GAZI?

Yanmanın gerçekleşebilmesi için ısınan bir cisim ve oksijen gazı gereklidir Oksijen gazı yoksa yanma gerçekleşmez Bu yüzden ilk ampullerde ampulün içindeki hava vakum ediliyor ve nerdeyse oksijen gazı olmuyordu Böylece içerdeki filaman yanıp kül olmuyordu

Tungsten filamanlı ampullerde şu problem ortaya çıktı: Tungsten filaman yüksek sıcaklıkta buharlaşmaya başlıyordu Bu buhar vakumsuz havasız bir ortamdan dolayı ampulün iç yüzeyinde bir is tabakası oluşturuyordu Bu da zamanla ampulüm kararması ve ışığı hapsetmesi demekti

Bu yüzden kullandığımız modern ampullerin içerisine argon gazı doldurulmaktadır Argon gazı ampulün zamanla kararmasını önlemektedir

AMPULÜN HİKAYESİ

Burada uzun uzadıya tarihçe anlatmayacağım size Ampulle ilgili olarak pek çok kişi tarihte çalışmalar yapmıştır Fakat yapılan ampuller çok kısa ömürlü olmuşlardır Size iki kişiden bahsedeceğim Birisi İngiliz Joseph Swan ve diğeri ise (sanırım hepinizin en çok duyduğu isim) Amerikalı Thomas Edison Şaşırtıcı bir şekilde her ikiside birbirinden habersiz 1878-1879 yıllarında o zaman göre uzun dayanan (yaklaşık 12-13 saat) ampulleri yapmışlardı Ampullerinde kullandıkları tel ise kömürleşmiş pamuk lifiydi Yani karbon elementiydi Daha sonra 1880 yılında Edison kömürleşmiş bambu lifinden 40 saate kadar dayanan ampulünü yaptı

Edison'un ampullerindeki sorun filaman telinin ömrünün kısa olmasıydı Kullandığı karbon lifleri 2675 C 'de ışık saçıyordu Bu karbon lifleri kısa sürede buharlaşarak inceliyor ve kopuyordu Çözüm düşük sıcaklıktı fakat buda az ve loş ışık demekti

Diğer mucitlerde çalışmalarını sürdürdüler 1898 'de Karl Auer filaman olarak erime derecesi 2700 C olan osmiyumu kullandı 1903 'de Siemens ve Halske tantalumu kullandı Erime noktası 2996 C idi Fakat hiçbirisi bugün kullandığımız ampul değildi

Nihayet 1906-10 yıllarında General Electric Firması ve William Coolidge bugünkü modern ampullerde kullanılan tungsten filamanlı ampulü geliştirdiler İşte o gün bu gündür bu ampulleri kullanıyoruz

AMPUL AVANTAJLI MI DEĞİL Mİ?

Birazda akkor telli ampullerin avantajlarına ve dezavantajlarına değinelim:

Avantajları:

- Yaygın kullanım alanı ve düşük maliyet

- Kolaylıkla elektrik sistemlerine bağlanabilmesi

- Ufak araçlara uyumluluğu

- Düşük voltajlarda örneğin pillerle bile çalışabilmesi

- Çok değişik şekillerde ve boyutlarda olabilmesi

Dezavantajları:

- Tek dezavantaj olarak elektrik enerjisinin sadece %10 kadarını ışığa çevirdiğini geri kalanını ise ısı enerjisine çevirdiğini söyleyebilirim