المصابيح الاقتصادية

كانت المصابيح المتوهجة التقليدية المصدر الرئيسي (إن لم نقل الوحيد) للإضاءة منذ اختراعها في القرن التاسع عشر، بعد بضع سنوات ستختفي هذه المصابيح التقليدية لتدع مكانها لمصابيح اقل استهلاكا للطاقة هي المصابيح المتألقة.

 المصباح المتألق أو المتفلورLa lampe fluorescente   والذي يسمى أيضا «المصباح المتألق المُدْمَج» Lampe Fluorescente Compacte (LFC)   هو تكييف للأنابيب المتألقة الصناعية لغرض الاستخدام المنزلي، حيث تم تصغير الأنبوب ودمج الدارة الكهربائية المشغلة له في جملة مدمجة فأصبحت تشبه في شكلها المصابيح الاعتيادية، وتعرف في السوق باسم المصابيح الاقتصاديةLampes Economiques   لأن الطاقة التي تستهلكها أقل بكثير من تلك التي تستهلكها المصابيح التقليدية التي تعمل بمبدأ التوهج (مصابيح إديسون).

لا تخلو المصابيح المتوهجة من إيجابيات

سعرها زهيد.       لا تسبب أي مشاكل أو أضرار صحية.       اشتغالها آني.      يمكن التخلص منها مع النفايات المنزلية العادية.    تجسيدها للألوان حسن.      تتحمل الإشعال/الإطفاء المتكرر.

من أكبر سلبياتها

أن 95 % من الطاقة الكهربائية التي يستهلكها المصباح المتوهج تتحول إلى حرارة، أي أن 5 % فقط تتحول إلى ضوء، وبالتالي فمردودها الضوئي ضعيف جدا:  14 - 25 Lumens/Watt ، حيث Lumens (lm)   هي وحدة لقياس شدة الاضاءة.

مدة الحياة المتوسطة لمصباح متوهج هي حوالي 1000 ساعة، أي ما يقارب مدة سنة كاملة من الاستعمال بمعدل 4 ساعات في اليوم.

كما أن استعمالها يحتمل أخطار الحريق لأنها تنشر حرارة عالية.

المصابيح الاقتصادية ..

جاءت كبديل عن المصابيح المتوهجة، بسبب مجموعة من الميزات الايجابية:

مردود ضوئي جيد 60 - 70 Lumens/Watt، ومنه فالمصباح المتألق ذو الاستطاعة 11W   يعطي إضاءة تعادل تلك التي يعطيها مصباح تقليدي استطاعته 40 W.

مدة حياة طويلة 8000 ساعة، أي ما يقارب 6 سنوات من الاستعمال بمعدل اشتغال 4 ساعات في اليوم.

المصابيح الاقتصادية أكثر أمانا لأنها لا تولد حرارة كبيرة.

لكن سعرها مرتفع نسبيا بالمقارنة إلى المصابيح التقليدية.

من سلبيات المصباح الاقتصادي ..

احتواؤه على بخار الزئبق (حوالي 25 mg  لكل مصباح) مما يجعل من هذه المصابيح نفايات خطيرة وعالية السُّمِيَة، وهي قابلة لإعادة التدوير بنسبة 93 % بشرط أن يتم استرجاعها، حيث أن سعرها يتضمن رسما جبائيا يتعلق بذلك.

تجسيدها للألوان أقل جودة من المصابيح المتوهجة.

لا تتحمل الإشعال/الإطفاء المتكرر لأن ذلك يقلل من مدة حياتها.

تشع موجات ضوئية فوق بنفسجية ضارة، لاسيما لحظة إشعالها، لذلك لا ينصح باستعمالها في المصابيح المكتبية أو مصابيح الأَسِرَّة في غرف النوم لأنها تكون قريبة جدا من جسم الإنسان.

مقارنة عددية 

لأجل مدة اشتغال قدرها 15000 ساعة

كيف تعمل المصابيح المتألقة ؟

لا يمكن ربط الأنبوب المتألق مباشرة إلى مأخذ التيار الكهربائي كما نفعل بالنسبة للمصباح المتوهج، لأن اشتغال الأنبوب المتألق يتم بواسطة دارة كهربائية تتكون من صابورة وقادح للإشعال ومكثفة لتحسين عامل الجودة بالإضافة إلى مقاومة معدلة.

المكونات ومبدأ العمل

الأنابيب الفلورية المتألقة تحتوي على مزيج غازي تحت ضغط منخفض، يتألف من بخار الزئبق وغازات خاملة مثل الأرغون أو الكريبتون، ولكي يضيء الأنبوب يجب توليد وتغذية قوس كهربائية بين زوجين من المساري كل واحد منهما موجود في أحد طرفي الأنبوب، الشرارة الكهربائية (القوس) المتولدة بين المسريين تثير ذرات الغازات الموجودة في الأنبوب فينبعث منها ضوء فوق بنفسجي لا يضيء لأنه غير مرئي، لكن الغبرة المتألقة التي تبطن جدار المصباح من الداخل تحول الضوء فوق البنفسجي المنبعث إلى ضوء مرئي يمكن للعين أن تتحسسه.

الصابورة المغناطيسية الحديدية Ballast Ferromagnétique

لأجل توليد القوس الكهربائية وتغذيتها نستعمل نظاما كهرومغناطيسيا يسمى الصابورة Le Ballast   وهي مكونة من وشيعة تحريضية ذات نواة معدنية. مصطلح الصابورة يعبر عن مُكَوِّن كهربائي يستخدم للحد من شدة التيار الكهربائي المار في دارة، فقد تأخذ الصابورة شكل ناقل أومي بسيط بالنسبة للأنابيب المتفلورة ضعيفة الاستطاعة، أما من أجل أنابيب إضاءة عالية الاستطاعة فإن الطاقة المصروفة في المقاومة بفعل جول تكون كبيرة جدا، لذلك نستعمل دارة تغذية كهربائية تضم مكثفات ووشائع، سمتها الايجابية أن ممانعتها الكهربائية تتضمن مقاومة كهربائية صغيرة ومنه قلة الطاقة المصروفة بفعل جول.

في الأنابيب المتألقة تلعب الصابورة المغناطيسية الحديدية دورا مزدوجا، أولا تولد التوتر العالي الذي يسمح بإشعال الأنبوب وثانيا تسمح بالحد من شدة التيار الكهربائي المار في الدارة.

القادح (المُشعل، المُقلع) Starter

القادح هو قاطعةٍ مكونة من صفيحتين تقطع التيار الكهربائي المار في الوشيعة مما يؤدي إلى توليد فرق كمون لحظي عالي يسمح باشتعال الأنبوب ..

معلوم أن القطع المفاجئ للتيار بواسطة القادح يولد في الوشيعة (الصابورة) قوة محركة كهربائية تحريضية في وشيعة (الصابورة).

يمكن توضيح ذلك بالدارة الكهربائية بسيطة مكونة من وشيعة(تمثل الصابورة، وقاطعة هي بمثابة القادح. القَطْعُ المُفاجئ للتيار عند فتح القاطعة يولد في الوشيعة قوة محركة كهربائية تحريضية ذاتية عالية التوتر وفقا لقانون فاراداي لنز، هذا التوتر العالي كفيل بإشعال الأنبوب المتألق.

التعديل Compensation

الدارة المكونة من الصابورة المغناطيسية والقادح هي في الأساس دارة تحريضية ذات عامل استطاعة يتراوح بين 0,4 إلى 0,5، وهي قيم تؤدي إلى ضياع كبير للطاقة الكهربائية بفعل جول في أسلاك التوصيل، مما يستلزم تعديل هذا الوضع عن طريق إضافة مكثفة لتحسين عامل الاستطاعة لتصبح قيمته بين 0,85 إلى 0,90

نظريا، عند غلق الدارة لإشعال المصباح يمكن للقيمة الأعظمية لشدة التيار الكهربائي أن تصل إلى 27 ضعفا من قيمتها الطبيعية ..!! لتصل إلى ما يقارب الـ 300 Ampères، كما يمكن للتوتر أن يبلغ 600 Volts ..!!  توجد إذن خطورة انصهار والتحام القاطعات Interrupteurs et Disjoncteurs ..  عمليا ولحسن الحظ، فالأخطار أقل حِدة بسبب الممانعة الكهربائية لكوابل التوصيل.

الصابورة الإلكترونية Ballast Electronique

ظهرت وسط الثمانينيات من القرن الماضي، وتستعمل كبديل عن الصابورة المغناطيسية لتغذية الأنابيب المتألقة والمصابيح المتألقة المدمجة، وهي تشمل أيضا عمل القادح Starter ولا تتطلب مكثفة التعديل.

مبدأ العمل

يتمثل مبدأ عمل الصابورة الإلكترونية في تغذية القوس الكهربائية للأنبوب المتألق بواسطة نظام إلكتروني يولد إشارة كهربائية مربعة عالية التردد، حيث نميز نوعين من الصابورات الالكترونية، صابورات ذات تردد منخفض ترددها يتراوح بين 50 إلى 500 Hz  وصابورات ذات ترددات عالية من 20 إلى 60kHz.

إن تغذية القوس تحت كمون عالي التردد يسمح بالقضاء نهائيا على العيب المتمثل في خفقان الأنابيب المتألقة   Papillotement ou Clignotement، كما أن الصابورة الالكترونية عديمة الصوت أو الرنين الذي يميز الصابورات التقليدية.

لدى تشغيل المصباح تبدأ مرحلة النظام الانتقالي والتي تسمى التسخين المُبْكِر Préchauffage حيث تعطي الصابورة الالكترونية للمصباح توترًا متزايدًا، وشدة تيار شبه ثابتة، ثم تليها مرحلة النظام الدائم خلالها تضمن الصابورة للمصباح توترا ثابتا لا يتأثر بتذبذبات توتر الشبكة العمومية للكهرباء. القوس المغذاة بهذه الطريقة المثالية توفر 10 % من الطاقة المستهلكة وزيادة في مدة صلاحية المصباح، من جهة ثانية مردود الصابورة الالكترونية يتجاوز 93 % في حين نظيره التقليدي لا يتجاوز 85 %، كما أن عامل استطاعة الصابورة الالكترونية عالٍ (أكبر من 0,9).

مخطط عمل الصابورة الإلكترونية

تتكون الصابورة الالكترونية من طابق تقويم Etage de Redressement مزود بنظام تحسين عامل الاستطاعة Amélioration du Facteur de Puissance، ثم مكثفة Condensateur de filtrage لتمليس التوتر الكهربائي المقوم، وبعدها طابق يتضمن دارة إلكترونية مهتزة لتوليد الإشارة المربعة ذات التردد العالي، وفي النهاية وشيعة تمنع التدفق المفاجئ للتيار الكهربائي الداخل إلى المصباح مما يطيل عمره.

لماذا هذا الموضوع ؟

لأن له علاقة بعدد من دروس منهاج العلوم الفيزيائية، منها:

• التحريض والتحريض الذاتي
• المرور من تيار متناوب إلى تيار مستمر
• تقويم التيار الكهربائي والتمليس
• عامل الاستطاعة في الدارات التحريضية
• إثارة الذرات Excitation des atomes وأطياف الإصدار   Spectres d’émission
• الأمواج الكهرومغناطيسية
• تحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة إشعاعية
• بنية المادة وحركة الإلكترونات بين مستويات الطاقة
• الوشيعة وثنائي القطب  RL
• المكثفة وثنائي القطب  RC
• الدارات الكهربائية المهتزة
• الطاقة والمواطنة
• التلوث البيئي ومعالجة النفايات
• فعل جول