Ívlámpa | A Pallas nagy lexikona

Ívlámpa (l. a mellékelt képet),

mesterséges fényforrásaink között a legerősebb. Felfedezése Davy Humphrynak 1808. tett kisérletére vezethető viszsza. Ő ugyanis 2000 elemből összeállított volta-oszlop sarkainak mindegykét egy-egy drb puha szénruddal kötötte össze és ekkor azt tapasztalta, hogy ha a 2 szénpálca végét egymáshoz érintette, az érintkező csúcsok között vakító világítás mellett szikrázás keletkezett, a szénpálcák pedig fehér izzásig hevültek. Ha a 2 szénpálcát széthuzta, a fényív bizonyos hosszig nem szakadt meg, hanem vakítóan világító sávban, mely a pálcavégeken legkeskenyebb és középen legszélesebb, továbbra is megmaradt. Ha a szénpálcák távolságát bizonyos határon tul növelte, a fényív nyugtalanná lett, lobogott és a szénpálcák végein változtatta helyét; mig végre bizonyos hossznál egészen megszakadt. Ha azonban a szénpálcákat ujból összeérintette, az izzás ismét megindult s a pálcák széthuzásával a fényív ujra előállt. E kisérlet képezi alapját a mai villamos ívlámpáknak. Nehogy a szén hamar elfogyjon, mint ez az első kisérleteknél történt, ma már kemény, külön eljárás szerint készült retortaszenet használunk. Mint láttuk, az ív képződését megleőzőleg a 2 szénpálcának egymást érintenie kell és hogy ezután nyugodtan világítsanak, csak bizonyos távolságig szabad egymástól távozniok. Ezen beállítást az Í.-kon azok külön szerkezete, a szabályozó mű létesíti. Minden Í.-ban ennek megfelelően 2 fő alkotó rész van és pedig első sorban a villamosság fénynyé való átalakítására szolgáló szénpálcák és széntartók, másodsorban pedig a szabályozó mű.

Hogy a fényívet léghuzam ne lobogtassa, az egészet üveggömbbel veszszük körül, mely ott, ahol kényesebb igényeket nem kell kielégíteni, p. gyárakban, udvarokban, átlátszó üvegből készülhet; nagyobb foku igények kielégítésére áttetsző vagy bordázott üvegből készül, hogy a kis helyre összpontosított vakító fényt egész felületével szétszórja és igy annak a szemre való kellemetlen hatását megszüntesse. Minden ily üveggömb azonban többé-kevésbé elnyeli a fényt, miért is gazdasági szempontból némileg hátrányos. Az egész gömb, hogy esetleges repedéskor cserepei le ne hulljanak, dróthálóval van körülvéve. Magának az ívfénynek természete még sok tekintetben ismeretlen. Képzésére a legkülönbözőbb szerkezet mellett egyenáram esetén 40-50 volt között változó feszültség szükséges és pedig minél nagyobb fényerősséget kivánunk tőle, annál nagyobb a feszültség és a fényív hossza, amely 1-5 milliméter között ingadozik. Váltakozó irányu áramnál 25-40 volt feszültség szükséges, de hogy a fényív nyugodt legyen, az áramnak másodpercenkint legalább 80-szor kell irányát változtatnia. Az ív fényének erőssége nagyrészt az áramerősségtől függ és nagy átlagban 1 ampere áramra 100 gyertyafény esik. A fényerősség azonban az áramerősségnél gyorsabban nő, igy 7 amperees I. 700 gyertyafényü, a 4 amperees már csak 360, mig a 10 amperes 1130 gyertya fényével bir. A 4 amperees lámpa feszültsége 40 voltra tehető, ugy hogy ez 4++40 = 160 wattot fogyaszt, vagyis gyertyafénykint 160:360 = 0,44 wattot. A 10 amperees lámpa feszültsége mintegy 45 volt, ugy hogy az 1130 gyertyafény előállítására 450 wattra van szükség, vagyis gyertyafényenkint 450:1130 = 0,40 watt. Ebből különben azt is látjuk, hogy a nagyobb fényerejü Í. mindenkor gazdaságosabb.

Maga az ív lényegileg izzó gáz és izzó szénszemecskékből áll. Vannak azonban annak a nézetnek is szószólói, hogy az ív voltaképen gyors egymásután véghez menő villamos kisülésekből képződik. Némikép tisztább fogalmat alkothatunk magunknak, ha figyelembe veszszük mind ama munkát, melyet az áramnak a fényív létrehozására végeznie kell. Mekanikai munkát végez, amennyiben az egyes szénszemecskéket egymástól szétválasztja, vegyileg az anyagot átváltoztatja, miután gázokat hoz létre, melyek elégve magas hőfokot fejlesztenek. Ezen munkáknak az elektromos energiában feszültségcsökkenés az egyenértéke. Maga e feszültségcsökkenés nem egyenletes a fényív egész hosszában. A 10 amperees lámpánál arra a helyre, ahol az áram a pozitiv szénből az ívbe lép át, 33 volt esik, magára az ívre 6,5 volt, mig ahol az ívből a negativ szénbe lép, 5,5 volt emésztetik fel. Ezzel megegyezően különböző az ív egyes részeinek hőmérséklete is, Rosetti szerint a hőmérséklet a pozitiv szénnél 3200 °C., mig a negativnál 2500 °C.

Teljesen megfelelő egyenetlenséget mutat a fényelosztás is. A fényelosztásra különben nagy befolyást gyakorol az egyenirányu lámpáknál a pozitiv - rendesen felső - szénen képződő izzó krater, mely a fényt egy irányban lefelé veri viszsza. Ugyanis ily lámpáknál az összes fénymennyiségnek 85%-a a pozitiv, 10%-a a negativ szénből ered, mig a fényív csupán 5%-ot ad. A váltakozó irányu áramu lámpáknál krater nem képződik és ezek ennek folytán a fényt a vizszintes sík felett és alatt egyenlőbben osztják meg. Mivel azonban majdnem mindig a vizszintes sík alá kivánjuk a megvilágítást, a felső szénpálcát valamivel vastagabbra veszik és sugárvetítőket alkalmaznak. Mig azonban sugárvetítővel az alsó szénpálca kissé gyorsabban fogy el, addig e nélkül a felső használódik el hamarább, ennek oka a fényív körül képződő légáramlás. Érdekes felvilágosítást ad a fényívről szinkép elemzése. Maga az izzó szén a fehér napfény minden szinét mutatja, az ív azonban a nap izzó gázaitól jelzett Fraunhofer-féle csikokat is birja, ugy hogy jogosan tehetjük fel, hogy az izzó gázokból áll és hasonló a nap fényéhez. Váltakozó áramu fényívet forgó tükörrel is szokás vizsgálni, miáltal a váltakozások közben beálló pillanatnyi elsötétülések is megállapíthatók. Ha e képet a dinamo forgó tengelyére vetítjük, a változások és az áram közötti összefüggést is láthatjuk.

A szénpálcák gyártása általában igen nagy gonddal történik külön berendezésü gyárakban. Hogy az egyenirányu lámpák pozitiv, rendesen felső szene, mely kétszerte nagyobb mérvben használódik el, nagyon gyorsan el ne fogyjon, arra az alsónál vastagabb szenet alkalmaznak. A fényív azonban e vastag pálca szélein is képződhetik, folytonosan vándorol és ennek folytán a fény lobog és a fényelosztás is egyenetlen, ha a szenek nem egészen koncentrikusan vannak beállítva. Ezek elkerülésére e szén voltaképen 2 részből áll. A külső rész kemény csőalaku, mig belseje puhább minőségü szénnel van kitöltve. E belső puha rész azután, mivel az áram rajta jobb utat talál, a fényívet mindenkor koncentrikusan vezeti. Ez a bélszén, mig az alsót, mely egynemü, homogén szénnek nevezzük. Vékonyabb szenek egyenletesebben osztják el a különböző irányokban a fényt, de nagyobb hosszban melegednek fel és igy lehülés folytán több meleget vesztenek, sőt végük felé fémfoglalatjukat is annyira felmelegítik, hogy abban káros átmeneti ellenállások keletkezhetnek. Vastag szeneknél nagy fényerősségeknél az egyenletesebb elosztást azzal biztosítjuk, hogy a fényívet hosszabbra képezzük. Nagy átlagban a felső szénpálcánál amperenkint 28 mm2, mig az alsónál 11 mm2 esik. Sok függ természetesen magának a szénnek minőségétől is. Egy-egy szénpálca pár kisebb Í.-kban, melyek rendesen belső zárt termek világítására szolgálnak és igy a szénpálcák a széntartók magassága miatt felette hosszu nem lehet, 5-10 óráig tart, mig csarnokok, utcák és terek világítására szolgáló nagyobb lámpák, melyeknél a magassági méret nem fontos, 10-16 óráig tartó szénpálcákkal vannak ellátva. Vannak szerkezetek, amelyekbe egyidejüleg 2 szénpárt helyeznek és ha az egyik elégett, a lámpa önműködően a másodikat kapcsolja be. Midőn a lámpa nem működik, a szénpálcák összeérhetnek és azért ezeket a fényív képződésére szét kell választani, avagy nem érnek össze és akkor előbb a fényív keletkezésére, mihelyt az áram megindul, össze kell értetni és azután a megfelelő hosszra szétválasztani. Ugy ezen beállítást, valamint a szénpálcák távolságának a fényív nyugodt világítása végett szükséges szabályozását a szabályozó mű végzi.

E szabályozást és fényívképzést legtöbb esetben óraművel érik el, melyet az áramtól átfutott elektromágnes indít és állít meg, avagy a szabályozást közvetlenül elektromagnetikus uton eszközlik. Az első ily mekanizmust Foucault szerkesztette a párisi opera mutatványainak villamos világításához és az övé is volt az érdem, hogy a villamos világítást először vitte át a gyakorlatba. Az állandó távolság megtartása végett a mekanizmus, rendesen a szenek fogyásával arányosan, a felső szenet lefelé engedi haladni, miáltal a fényív is mindinkább sülyed; hogyha tehát fontos, hogy a fényív helyét ne változtassa, oly elrendezést készítenek, melynél a két szén egyenletesen halad egymás felé. Ezenkivül az óramű feladatához tartozik még, hogy a szenek leégése után az áramkört soros kapcsolásnál zárja, avagy párhuzamos kapcsolás esetén a széntartók elégés ellen való megóvása végett megszakítsa, kettős szenü lámpáknál pedig, hogy a második szenet beiktassa. Aszerint, amint a szabályozó elektromágnes a főáramkörbe, mellékáramkörbe, v. mindkettőbe van kapcsolva, megkülönböztetünk főáramu, mellékáramu és differenciális Í.-kat.

1. A főáramu Í.-nál, mint az 1. ábra mutatja, a szabályozó tekercs a szénpálcákkal együtt a főáramkörben van. Ha a szenek elégtek, nő a köztük levő köz és igy a fényív ellenállása is, minek folytán az áramerősség csökken, az M elektromágnes enged és igy az F rugó jut tulsúlyra, az a szabályozást megindítja, mig a szenek ismét a szabályos közüket ugyanazon ellenállással és igy működő áramerősséggel elérik. Az ily lámpa voltaképen tehát állandó áramerősségre szabályoz. 2. Mellékáramu lámpánál a szabályozó elektromágnes a főáramkörben lévő szenekhez képest mellékzárban van, mint azt a 2. ábra mutatja. Ennél ha a szenek elégnek, azoknak ellenállása nagyobbodik és igy több áram jut az M mellékzárban levő elektromágnes tekercsébe, ez a szabályozást megindítja, mig ismét az elágazó helyen levő állandó feszültség folytán csak annyi áram jut bele, mely mellett F rugójával egyensúlyban van. Ez tehát állandó feszültségre szabályoz. 3. A differenciális Í.-nál a fő áramkörben levő kevés és vastagdrótu tekercs, a mellékáramkörben levő sok és vékonyhuzalu tekercscsel ellentétes irányban hat a szabályozó műre, mint ezt a 3. ábra mutatja. Igy tehát ez sem állandó feszültségre, sem állandó áramra nem szabályoz, hanem e kettőnek viszonyára. Az Ohm törvénye szerint azonban a feszültség viszonya az áramhoz voltaképen e kör ellenállása, igy tehát a differenciális I. voltaképen állandó ellenállásra szabályoz.

A 4. ábra Schuchert & Co.-féle Í. külső elrendezését mutatja. A belső szerkezetet főáramu lámpára az 5. ábra láttatja. A két szénrud a felső csigán át vezetett selyemszálon függő széntartóba van erősítve, ennek folytán mindkettő mozog. A széntartó üres bádogcső, ebben kettős kúpalaku vasmag van, melyet az elektromágnes behuz. A vasmag azért kúpalaku, hogy azt az elektromágnes minden helyzetben egyenlően vonzza, e szerkesztési mód Piette-Kriziktől ered. Ha a szén leég, a segéd elektromágnes a csigatekercs alakban látható pótellenállást kapcsolja be a lámpa helyett a főáramkörbe.

1. ábra. Főáramú ívlámpa kapcsolása

2. ábra. Mellékáramú ívlámpa kapcsolása

3. ábra. Differenciális ívlámpa kapcsolása

4. ábra. Schuckert-féle ívlámpa külső elrendezése

5. ábra. Schuckert-féle ívlámpa belső elrendezése

A 6. ábra a Hefner-Alteneck-féle differenciális Í.-t mutatja. A fő- és mellékáramtekercs egymás felett van elrendezve és ugyanazon vasmagra hatnak. E vasmag rövid kétkaru emelőhöz van erősítve. Ezen emelő másik vége egy parallelogramm elrendezésü emelő rendszerrel áll összeköttetésben. E parallelogramm továbbá egy kis kiakasztó emelőt tart, mely az ingaszabályozással működő óraművet fogva tartja. Mihelyt a szénrud leég, a mellékáramu tekercs jut tulsúlyra, a vasmagot kissé felemeli, ennek folytán a parallelogramm kiakasztója az óraművet futni hagyja, és igy a széntartót felfogó fogas rudat az óramű fogaskerekei sülyedni engedik. Ennek következtében azonban a mellékáramu tekercsben az áram csökken, ismét a főáramu tekercs jut tulsúlyra, a vasmag lehalad és a parallelogramm az óraművet ismét megakasztja. Ez igy ismétlődik azután, mig a szén elég. Amikor is a parallelogramm annyira sülyed, hogy ezen állásában az egész lámpát létrehozott fémes érintkezéssel rövidre zárja.

A 7. ábra a Zipernowsky Í.-t mutatja, mely mindhárom bekapcsolással készül; a szerkezet mindháromnál ugyanaz, csupán az elektromágnesek változnak. Ábránk mellékáramu lámpát mutat, főrésze a G nagy ellenállásu solinoid, mely helyt áll; benne az alsó végén vasból, felső végén rézből levő D mag mozoghat. E vasmag az E F E rudakkal a C rud két pontja körül mozgatható parallelogrammot képez. A parallelogramm oldja ki, illetve állítja meg az óraművet, mely a szeneket szabályozza. Az áram megszakadása esetén a HHD elektromágnes rövidre zárja a lámpát. Érdekes a Brush-féle I., melynek legujabb szabályozóját a 8. ábra mutatja. Az S szénpálcát K hoszszukás kengyel veszi körül. Elől K tengely van fülalaku nyujtványain áthuzva. Ezen K tengelyen van forgathatólag megerősítve az E emelő, melynek végére hat a szabályozó elektromágnes M zára. Ugyanezen K tengelyen van a T fékező tuskó. Mihelyt a lámpán áram megy át, az elektromágnes a 2 szenet felemeli. Mihelyt a szenek elégtek, az elektromágnes azokat lefelé engedi csuszni stb. Teljesen felszerelve a 9. ábra mutat ily kettős lámpát.

Az Í.-kal szoros rokonságban vannak, a villamos gyertyák. Ezekkel mutatta be Jablochkov először 1876. Páris utcáin a villamos gyakorlati világítást. A 10. ábra jelzi ennek elrendezését; az S J és S 2 széngyertya mintegy 3 mm. távolságban áll egymástól, közük őket egymástól szigetelő és a villamos fényív hőmérsékénél elillanó gipsz- és súlypátkeverékkel van kitöltve, mig az alsó HH rész, melynél a vezetők fémfoglalatokba vannak beerősítve, agyaggal van kitöltve. Világítás előtt a két szénpálcát kis szénrudacska hidalja át; amint az áram megindul, a hidacska izzásba jön, miközben elillan. Ezután a két szénpálca között képződik a fényív és azok folyton fogynak, közöttük ugyanily mértékben fogy a szigetelő réteg is, mig az alsó részekhez jutva, az ív kialszik és a szeneket ujakkal kell cserélni. Hogy a 2 szén egyenletesen fogyjon, csupán váltóáramot használhatunk. Ide tartoznak még azon szerkezetek is, melyeknél a szénpálcák ferdén támaszkodnak egymásnak és elégésük mértékeiben utáncsusznak.