المصباح الكهربائي
يتكوَّن المصباح الكهربائي من موصلين فلزّيين في قاعدته، موصولَين بدارّة كهربائيّة ، وموصولَين أيضاً بسلكين صلبين، والموصولان بفتيلة رقيقة مكونة من أسلاك فلزّيّة مُغلّفة بالزجاج ، وتوجد في منتصف المِصباح. جميع هذه المكوّنات توجد في وعاء زجاجي بَصَليّ الشكل، والذي يكون مملوءاً بغاز خامل (بالإنجليزيّة: Inert gas) كغاز الأرغون (بالإنجليزيّة: Argon).
عند وصل المصباح الكهربائي بمصدر للطاقة الكهربائيّة ، يبدأ التيّار الكهربائي بالسريان في المصباح من الموصل الفلزّي الأول إلى الثاني، مارّاً بذلك من خلال السلكين الصُلبين بالإضافة إلى الفتيلة. بما أنَّ التيّار الكهربائي هو عبارة عن حركة حُرّة للإلكترونات من المنطقة المشحونة بشحنة سالبة إلى المنطقة المشحونة بشحنة موجبة، فإنَّ حركة هذه الإلكترونات عبر الفتيلة ستؤدّي إلى تصادمها مع ذرّاتها. إن كل تصادم يحدث يؤدّي إلى إرتجاج ذرّة ، أيّ أنَّ سريان التيّار الكهربائي يتسبَّب في نشوء طاقة حراريّة في ذرّات الفتيلة. كلّما نقص قُطر الموصلين في المصباح، زاد مقدار المقاومة للإلكترونات، ممّا يؤدّي إلى سهولة نشوء طاقة حراريّة فيه.
تُستخدم مادّة التنغستن (بالإنجليزيّة: Tungsten) للفتيلة، وعادةً ما تكون الفتيلة من هذه المادّة طويلةً ولكن في نفس الوقت نحيلة، ففي المصباح الاعتيادي ذي قدرة كهربائيّة 60 واط، يصل طول الفتيلة إلى مترين تقريباً، ولكن لا يتعّدى سُمكه 0.25 مليميتر. حتّى تتّسع فتيلة التنغستن في المصباح الكهربائي ، يتم لفّها حول نفسها مرّتين، أي يتم تشكيل ملفّ منها، ومن ثمَّ تشكيل ملفّ آخر بواسطة هذا الملف، بحيث يصبح ملفّاً كبيراً، والذي لا يتعدّى طوله 2.5 سم.
الاشتعال
للحصول على ضوء من خلال اشتعال فلزّ ما، يجب رفع درجة حرارة هذا الفلز إلى درجة عالية جدّاً، إلّا أنَّ معظم الفلزّات تبدأ بالانصهار قبل حتّى الوصول إلى مثل هذه الدرجات العالية، ولكن يُعدّ فلزّ التنغستن استثناءً لهذه الظاهرة، إذ يستطيع هذا الفلزّ تحمُّل درجات حرارة مرتفعة جدّاً قبل أن ينصهر، فيكتفي بالاشتعال (بالإنجليزيّة: Ignition) عند تسخينه، باعثاً ضوءاً ظاهراً. في حال تواجد غاز الأكسجين (بالإنجليزيّة: Oxygen) بالقرب من مكان الاشتعال، فإنَّ هذا سيتسبَّب في حدوث احتراق (بالإنجليزيّة: Combustion)، لذلك، يتم تفريغ المصباح الكهربائي من الهواء وإغلاقه بإحكام لمنع تسرُّب الهواء إلى الداخل، ويتم ملؤه بغاز نبيل كالأرغون لجعل عمليّة الاحتراق أصعب.
صناعة مصباح كهربائي بسيط
باستخدام الغرافيت
يمكن صناعة مصباح كهربائي بسيط باستخدام مادّة الغرافيت (الموجودة في أقلام الرصاص )، باتباع الخطوات الآتية:
الأدوات المطلوبة:
- سلكان نحاسيّان معزولان بطول 30-60 سم تقريباً.
- 4 مشابك كهربائيّة (اختياري).
- إناء زجاجيّ شفّاف (اختياري).
- 5 بطّاريّات أو أكثر.
- رصاصات بسمك 0.5 مم، والمُستخدمة في أقلام الرصاص الميكانيكيّة. من الجدير بالذِّكر أنَّ هذا "الرصاصات" مصنوعة من مادّة الغرافيت وليس مادّة الرصاص.
الخطوات:
- وصل طرفي كل من السلكين بالمشابك الكهربائيّة. في حال عدم توفُّر المشابك الكهربائيّة، فيمكن لفّ كل من أطراف الأسلاك على شكل خطّاف (بالإنجليزيّة: Hook)، مع مراعاة أن يكون كبيراً بشكل كافي ليتّسع طرف البطّاريّة.
- توصيل البطّاريّات مع بعضها البعض على التوالي، بحيث يكون القطب الموجب لكل بطّاريّة ملامساً للقطب السالب للبطاريّة التي تليها، ويتم استخدام لاصق لتثبيت البطّاريّات مع بعضها البعض.
- شبك أحد الأسلاك بواسطة المشبك (أو الخطّاف) مع القطب الموجب لمجموعة البطّاريّات، ومن ثمَّ شبك الطرف الآخر للسلك نفسه مع أحد طرفي قطعة غرافيت (رصاصة).
- شبك السلك الآخر بالطرف الآخر لقطعة الغرافيت، بحيث يُصبح الشكل الناتج شبيهاً بحرف "H" بالإنجليزيّة؛ فتكون قطعة الغرافيت محمولةً بشكل أفقي بواسطة كل من مشبكي السلكين. بعد ذلك يتم استخدام الصمغ أو اللاصق لتثبيت الشكل الناتج عموديّاً، بحيث تكون المشابك موجّهة للأعلى، وقطعة الغرافيت محمولة عليهم أفقيّاً.
- وضع الإناء الزجاجي فوق قطعة الغرافيت المحمولة بمشبكين.
- وصل المشبك المتبقّي بالقطب السالب لمجموعة البطّاريّات، وبذلك تكون الدارّة قد اكتملت.
أخطاء شائعة:
بعد الانتهاء من جميع الخطوات السابقة، قد لا تكون الإضاءة قويّة بما يكفي، ويعود ذلك لأحد الأسباب الآتية:
- التأكُّد من أنَّ سُمك قطعة الغرافيت (الرصاصة) هو 0.5مم.
- التأكُّد من أنَّ البطّاريّات موصولة سويّاً بالشكل الصحيح بحيث تلامس كل واحدة منها الأخرى الآتية لها، وفي حال كانت كذلك، فيمكن إضافة المزيد من البطّاريّات.
- التأكُّد من أنَّ جميع التوصيلات ثابتة ومتينة.
باستخدام الحديد
يمكن استخدام أسلاك من الحديد لصناعة مصباح بسيط، وذلك باتّباع ما يأتي:
الأدوات المطلوبة:
- سلكان نحاسيان معزولان بطول يتراوح بين 30-60سم.
- قطعة من الفلّين.
- مسمار.
- سلك حديدي بطول 25سم تقريباً.
- قطّاعة أسلاك.
- إناء زجاجيّ شفّاف.
- بطّاريّات.
الخطوات:
بعد جمع الأدوات والمعدّات المطلوبة، يتمّ اتباع الخطوات الآتية لصناعة المصباح الكهربائي البسيط:
- استخدام قطّاعة الأسلاك لإزالة 2.5سم من المادّة العازلة من كِلا طرفي كل من السلكين النحاسيين المعزولين.
- باستخدام المسمار، يتم خرق قطعة الفلّين بثقبين بحيث تكون المسافة بينهما 1.3سم تقريباً. ستعمل قطعة الفلّين عمل قاعدة المصباح الكهربائي.
- تمرير كل من السلكين النحاسيين من ثقبي قطعة الفلّين، بحيث يتم كشف حوالي 5سم من كل سلك من الطرف الآخر لقطعة الفلّين.
- ثني طرفي السلكين النحاسيين من الجهة العابرة لقطعة الفلّين، بحيث يتم تشكيل خطّاف في نهاية كل سلك.
- تقطيع السلك الحديدي إلى 5 قطع بحيث يكون طول كل قطعة من 3.8-5سم.
- تشكيل ملفّ بواسطة الأسلاك الحديديّة الخمس، ويتم ذلك من خلال لفّها على بعضها باستخدام اليدّ.
- تمرير الملفّ الحديدي من خلال خطّافيّ السلكين النحاسيين المارّين من قطعة الفلّين .
- وضع الإناء الزجاجي فوق قطعة الفلّين.
- وصل كل من طرفي السلكيين بمجموعة البطّاريّات الموصولة معاً على التوالي.
أخطاء شائعة:
في حال عدم الحصول على إضاءة كافية بعد اتباع الخطوات السابقة، فيمكن تجربة الحلول الآتية:
- التأكُّد من جميع توصيلات الدارّة.
- ترقيق الملفّ الحديدي من خلال تقليل عدد الأسلاك الحديديّة المستخدمة (4 بدلاً من 5 على سبيل المثال).
- استخدام بطّاريّة أكبر أو زيادة عدد البطّاريّات الموصولة مع بعضها البعض على التوالي.
