Φυσική & Αυτοκίνητο
Mια γωνιά για τους φίλους του αυτοκινήτου που θέλουν να γίνουν φίλοι της φυσικής και το αντίστροφο.Καλή αρχή, κύριε Έντισον!
του Διονύση Κωνσταντίνου, Φυσικού
Η πρώτη ηλεκτρική λυχνία κατασκευάστηκε από τον Έντισον το 1879 και λειτούργησε για 13,5 ώρες πριν καεί το νήμα της, το οποίο ο εφευρέτης είχε κατασκευάσει από άνθρακα. Τα πρώτα χρόνια του 20ού αιώνα ηλεκτροφωτίστηκαν οι πρωτεύουσες και οι μεγάλες πόλεις της Αμερικής και της Ευρώπης, ενώ σήμερα έχει ηλεκτροδοτηθεί σχεδόν ολόκληρο το κατοικημένο μέρος του πλανήτη μας. Τη δεκαετία του ’20 οι λάμπες αυτές «πέρασαν» στα αυτοκίνητα.
Οι λαμπτήρες πυρακτώσεως δέχτηκαν αρκετές βελτιώσεις, η απόδοση και η διάρκεια ζωής τους (πάνω από 2.000 ώρες στις μέρες μας) αυξήθηκαν, η βάση της λειτουργίας τους, όμως, παραμένει η ίδια: όταν «κλείσουμε» το διακόπτη των φώτων (θυμηθείτε, κλειστός διακόπτης σημαίνει ότι το ηλεκτρικό κύκλωμα διαρρέεται από ρεύμα), ένα αναρίθμητο πλήθος από ηλεκτρόνια, σπρωγμένα από την τάση της μπαταρίας ή της ηλεκτρογεννήτριας του αυτοκινήτου (για τη διαδικασία αυτή χρησιμοποιούμε τον όρο «ηλεκτρικό ρεύμα»), κινούνται μέσα από το νήμα του λαμπτήρα και το θερμαίνουν. Όλα τα σώματα σε υψηλές θερμοκρασίες εκπέμπουν φως. Το νήμα δε θα μπορούσε να κάνει κάτι διαφορετικό, αφού η θερμοκρασία του ανεβαίνει στους 2.000° C, περίπου. Η φυσική του ζητήματος είναι κάπως περίπλοκη, αλλά το αποτέλεσμα χειροπιαστό: τα φώτα ανάβουν! Όλο αυτό το φως που φωτίζει το δρόμο μπροστά μας (και μερικές φορές θαμπώνει τους άλλους οδηγούς) παράγεται από βολφράμιο, το υλικό του νήματος, και οδηγείται στο δρόμο από κοίλα κάτοπτρα ή φακούς. Το δύστηκτο μέταλλο «αισθάνεται» απολύτως άνετα στη θερμοκρασία λειτουργίας της λάμπας, η οποία είναι κάτι σαν χρυσή τομή ανάμεσα στην απόδοση και τη διάρκεια ζωής της. Σε μεγαλύτερες θερμοκρασίες, η πρώτη μεγαλώνει, αλλά η δεύτερη μειώνεται σημαντικά.
Ο βασικός παράγοντας που περιορίζει τη διάρκεια λειτουργίας είναι η εξάχνωση του βολφραμίου, το πέρασμά του από τη στερεά στην αέρια κατάσταση. Αυξανομένης της θερμοκρασίας του (πάντα μικρότερης των 3.410° C, όπου τήκεται), μεγαλώνει και ο ρυθμός με τον οποίο άτομα βολφραμίου αποσπώνται από την επιφάνεια του νήματος. Τα άτομα αυτά κινούνται για λίγο στο χώρο της λάμπας και, τελικά, προσκολλώνται στο αρκετά ψυχρότερο γυαλί της, κάνοντάς το να μαυρίζει. Το νήμα χάνει υλικό, λεπταίνει και κάποια στιγμή λιώνει στο πιο αδύνατο σημείο του - η λάμπα «καίγεται». Πρακτικό συμπέρασμα: αν κάποιος διαπιστώσει ότι μειώνεται η απόδοση των φώτων του, είναι καιρός να αλλάξει λάμπες. Το γυαλί τους δεν είναι πια ακριβώς διαφανές και, έτσι ή αλλιώς, πολύ σύντομα θα μείνει από φώτα.
Σημαντική βελτίωση ήταν η χρήση ιωδίου, που εισάγεται στη λυχνία και καθυστερεί την εξάχνωση, επιτρέποντας μεγαλύτερες θερμοκρασίες λειτουργίας (πάνω από 2.700° C), επομένως μεγαλύτερη απόδοση. Επειδή το ιώδιο ανήκει στην ομάδα των χημικών στοιχείων που ονομάζουμε «αλογόνα», οι λάμπες αυτές ονομάζονται «λυχνίες αλογόνου». Σήμερα, τα περισσότερα αυτοκίνητα έχουν τέτοια φώτα στη μεσαία και μεγάλη σκάλα. Οι λάμπες αυτές πλεονεκτούν έναντι των απλών κυρίως σε τρία σημεία: δίνουν περισσότερο φως, έχουν μεγαλύτερη διάρκεια ζωής και παρουσιάζουν σταθερή απόδοση, αφού το κρύσταλλό τους παραμένει διαυγές για σχεδόν ολόκληρο το χρόνο λειτουργίας τους.
Πάντως, απλές ή αλογόνου, οι λάμπες αυτές έχουν ένα θεμελιώδες μειονέκτημα: μετατρέπουν το μεγαλύτερο μέρος της ηλεκτρικής ενέργειας σε θερμότητα, εν προκειμένω άχρηστη. Οι έρευνες για καλύτερη απόδοση και περισσότερο φως έφεραν στο προσκήνιο τους λαμπτήρες xenon, για τους οποίους θα συζητήσουμε στο επόμενο σημείωμα.._ Δ. K.