Ampul nedir? Nasıl çalışır? Çeşitleri nelerdir?

Bu yazımızda aydınlatma uygulamalarının vazgeçilmezi olan ve aynı zamanda tarihi çok eskilere dayanan ampul, diğer bir adıyla akkor lamba hakkında bilgi vereceğiz. Ampul çeşitlerini, çalışma prensibini ve ampulün özelliklerini mercek altına alacağız.

Ampul nedir?

Ampul, içerisinden elektrik akım geçtiğinde akkor durumuna gelerek ışık yayan içinde argon gazı bulunan armut biçimli cam tüptür. Akkor lamba veya flamanlı lamba olarak da adlandırılır. Ampulün görevi elektrik enerjisini ısı ve ışık formuna dönüştürmektir. Ana işlevi ortamı aydınlatmaktır ve görünürlüğü artırmaktır.

Ampul elektrikle çalışan en eski aydınlatma cihazlarından birisidir.

Ampul nasıl çalışır?

Ampul, üzerinden geçirilen elektrik akımının sonucunda bir flamanın direnç göstermesi prensibi ile çalışır. Direnç gösteren flaman bir süre sonra ışık saçmaya başlar.

Bilindiği gibi üzerinden elektrik akımı geçen herhangi bir metal iletken, bir direnç gösterir. Gösterdiği direnç sonucunda da ısınmaya başlar. Bu ısınma etkisi ısıtma ve aydınlatma gibi amaçlarla kullanabilir. Örneğin tost makinesinin içerisindeki direnç ısıya dönüşür ve ekmeği kızartmanızı sağlar. Elektrikli ısıtıcılardaki direnç de ortamın ısıtılmasını sağlar. Ampulde ise bu direnci ortam aydınlatması olarak kullanırız.

Ampulün yapısı

Ampulün içerisindeki direnç görevini de tungstenden yapılmış filaman üstlenir. Bu filamanın üzerinden geçen elektrik akımı sonucu kıvrılmış filaman teli yaklaşık 3000 derece civarında ısınarak etrafa ışık saçar. Filaman, içerisinde azot ve argon gibi yanma özelliği olmayan gazla doldurulmuş kapalı bir cam tüp içerisine konur. Böylelikle oksijenle temas edip tutuşmaz, sadece ışık saçar. Aynı zamanda havası boşaltılmış tüp içerisine azot ve argon konduğu için filamanın yüksek sıcaklıklarda buharlaşması önlenir ve böylece cam tabakası üzerinde bir is oluşması engellenir.

Ampulün içerisinde kullanılacak metal ısınma etkisiyle erimemelidir. Erime derecesi yüksek bir metal kullanılmalıdır. Tungstenin erime derecesi yaklaşık 3410°C’dir. Ampullerde kullanılmak için idealdir. Isıya çok dayanıklıdır ve yüksek parlaklıkta ışık saçar. Ayrıca tungsten filaman direncinin artırılması ışık şiddetinin artırılabilmesini sağlar ve yukarıdaki şekilde de görülebileceği gibi kıvrılmış bir şekilde taşıyıcılara tutturulur. Tungstenin diğer adı volframdır.

Kaide flaman teli doğru konumda tutarken taban ise elektrik girişini sağlayan duya yerleştirilir.

Ampul çeşitleri nelerdir?

Ampul çeşitlerini ve özelliklerini şöyle sıralayabiliriz:

1-Akkor ampuller

Herkesin aşina olduğu yukarıda da çalışma şeklini tarif ettiğimiz standart ampullerdir. Halen kullanılmaktadırlar fakat yavaş yavaş yerlerini LED ve floresan lambalara bırakmışlardır. Fiyat olarak en uygun lamba modelleridir. Filamının ısınması prensibine göre çalıştıkları için zamanla filaman erir ve ampul kullanılmaz hale gelir. Akkor lambaların aydınlatma verimleri watt başına 15 lümendir.

2-Halojen ampuller

Halojen lambalar evlerde spot, projektör ışığı gibi amaçlarla; stadyum gibi dış uygulamalarında ise ortam aydınlatması amacıyla kullanılırlar. Yapı olarak akkor lambanın aynısıdırlar fakat akkorun aksine lambanın içerisinde halojen gazı bulunur. Halojen lambalar akkora göre daha dayanıklıdırlar ve daha çok ışık saçarlar. Halojen ampullerin aydınlatma verimleri watt başına 25 lümendir.

3-Floresan lambalar

Akkor lambalardan çok daha verimlidirler. Floresan lambaların iki ucunda bulunan flamanlardan akım geçtiğinde ısınar ve tüp içindeki gazı da ısıtır. Flamandan geçen akım çok kısa süre içinde starter tarafından kesilir. Akımın tam kesilmesi anında balast yüksek bir gerilim oluşturarak tüpün iki ucu arasında akım geçişini başlatır. Gazdan geçmeye başlayan elektrik akımı ışığı oluşturur. Floresan lambalar göz kamaştırmaz, çok fazla ısınmazlar, uzun ömürlü ve verimlidirler. Aydınlatma verimleri watt başına 45…100 lümendir.

4-LED lambalar

Yeni nesil lambalardır. Işık yayan diyot anlamına gelmektedirler. Çok uzun ömürlüdürler ve yüksek verimliliğe sahiptirler. Fiyatları pahalı olsa da uzun ömürleri sayesinde kullanımları giderek artmaktadır. Yarıiletken bir cihaz içerisinde elektronların hareketi boyunca ışık yayarlar.

5-Metal halojenürlü lambalar

Bir ampul içerisindeki deşarj tüpü ve ark tüpünden oluşurlar. Sokak , park aydınlatmalarında ve sahne aydınlatmalarında sıklıkla kullanılırlar. Çok verimli ve parlak bir ışık verirler. Nesneler bu ışık altında gerçek rengine en yakın şekilde görülebilir.

6-Yüksek basınçlı sodyum lambalar

Farklı tipte gazların sıkıştırılması ile yüksek bir basınç kazandırılmış lambalardır. Sokak aydınlatmalarında kullanımı yaygındır çünkü verimlidirler ve çok az bakım gerektirirler. Sarı-turuncu bir ışık saçarlar ve enerjilendikten sonra yanmaları zaman alır.

7-Düşük basınçlı sodyum lambalar

Yüksek basınçlı lamba ile çalışması aynıdır. Daha sarı bir ışık saçarlar.

Ampulü kim buldu? Ampul nasıl icat edildi?

Ampulü bulan kişi Thomas Edison olarak bilinse de bu teknolojinin bulunmasına katkıda bulunan tek kişi değildi.

Aslında, ampulün nasıl icat edildiğinin hikayesi Edison tarafından 1879 yılında patentlenmesinden çok önceleri başlar. 1800 yılında İtalyan bilim adamı Alessandro Volta elektrik üreten ilk yöntem olan voltaik pili geliştirdi. Bu pil tuzlu suya batırılmış mukavva tabakalar ile serpiştirilmiş çinko ve bakırdan oluşan alternatif disklerden yapılmıştır. Her iki ucunda da bir bakır tel bağlandığında elektriği iletir. Aslında bu bir batarya yani pil buluşu olarak görünse de aydınlatmaya ilham kaynağı olmuştur.

Volta’dan kısa bir süre sonra, bir İngiliz kimyager ve mucit olan Humphry Davy, voltaik pilleri kömür elektrotlarına bağlayarak dünyanın ilk elektrik lambasını üretti. Davy’in 1802 buluşu, iki karbon çubuğu arasında yayılan parlak ışık arkı olarak adlandırılan bir elektrik ark lambası olarak biliniyordu. Davy’nin bu buluşu ev ve çalışma alanlarını aydınlatmada kullanım için çok uygun değildi ancak ondan sonraki gelecek keşiflere zemin hazırlamıştı.

1840 yılında İngiliz bilim adamı Warren de la Rue, bakır yerine sarılı bir platin filament kullanarak tasarlanmış bir ampul geliştirdi; ancak platinin yüksek maliyeti ampulün ticari bir başarı haline gelmesini engelledi. 1848’de İngiliz William Staite, lambaların hızlı aşınan karbon çubuklarının hareketini düzenleyen bir saat mekanizması geliştirerek geleneksel ark lambalarının ömrünü uzattı. Ancak Staite’ın lambalarını enerjilendirmek için kullandığı pillerin maliyeti, mucidin ticari girişimlerine bir engel koydu.

1850 yılında İngiliz kimyacı Joseph Swan, önceki mucitlerin maliyet-etkinlik problemini ele aldı ve 1860 yılında, platin yerine karbonize kağıt filamanlari kullanarak bir ampul geliştirdi. Swan, 1878’de İngiltere’de bir patent aldı ve 1879 şubatında İngiltere’nin Newcastle kentindeki bir konferansta lambası gösterdi . Swan’ın filamanları, oksijen seviyelerini en aza indirmek ve ömrünü uzatmak için bir vakum tüpüne yerleştirildi . Ne yazık ki o günlerin vakum pompaları şu anki kadar verimli değildi ve prototipi bir gösteri için iyi bir performans sergilerken, gerçek kullanımda pratik değildi.

Edison, Swan’ın tasarımıyla ilgili sorunun filaman olduğunu fark etti. Yüksek elektrik direncine sahip ince bir filaman, lambayı daha pratik hale getirecekti; çünkü parlaması için sadece küçük bir akım yetecekti. Ampulünü Aralık 1879’da gösterdi. Swan, geliştirmeyi ampullerine adapte etti ve İngiltere’de bir elektrik aydınlatma şirketi kurdu. Edison patent ihlali nedeniyle dava açtı, ancak Swan’ın patenti en azından Birleşik Krallık’ta güçlü bir yer edinmişti. Sonunda iki mucit nihai olarak güçlerini birleştirdi ve dünyanın en büyük ampul üreticilerinden biri haline gelen Edison-Swan United’ı kurdu.

Edison’un, karşılaştığı tek rakip Swan değildi. 1874 yılında Kanadalı mucitler Henry Woodward ve Matthew Evans, nitrojenle dolu bir cam silindirde elektrotlar arasında tutulan farklı büyüklükteki karbon çubuklara sahip bir elektrikli lamba için bir patent başvurusunda bulundular. İkili, lambalarını ticarileştirmeye çalıştı ama başarılı olamadı ve sonunda patentlerini Edison’a 1879’da sattı.

Edison’un ampulünün başarısını 1880 yılında Edison Elektrik Aydınlatma Şirketi’nin New York’ta kurması izledi. Şirket, JP Morgan ve zamanın diğer zengin yatırımcılarının maddi katkılarıyla üretimine başladı. Şirket, elektrik sistemini ve yeni patentli ampulleri çalıştıracak ilk elektrik üretim istasyonlarını inşa etti. İlk üretim istasyonu 1882 yılının eylül ayında Aşağı Manhattan’daki Pearl Caddesi’nde açıldı. William Sawyer ve Albon Man gibi diğer mucitler de General Electric’i oluşturmak için şirketlerini Edison’la birleştirmek zorunda kaldılar.

Edison’un nihai hedefi pratik ve pahalı olmayan bir ampul geliştirmekti. Çeşitli materyallerle yapılan denemeler sonunda General Electric’li Amerikalı bir fizikçi olan William David Coolidge, şirketin 1910 yılında tungsten filamanları üretme yöntemini geliştirdi . Herhangi bir kimyasal elementin en yüksek erime noktasına sahip olan Tungsten , Edison tarafından ampul filamanları için mükemmel bir malzeme olarak biliniyordu, fakat Süper ince tungsten tel üretmek için gerekli olan makineler 19. yüzyılın sonlarında mevcut değildi. Tungsten, bugün akkor ampul filamanlarında kullanılan birincil malzemedir.