Πως δουλεύουν τα Χριστουγεννιάτικα λαμπάκια;

Από την ιστοσελίδα Howstuffworks, Δεκέμβριος 2003

Τα Χριστουγεννιάτικα λαμπάκια αποτελούν μέρος της εορταστικής ατμόσφαιρας των ημερών. Έχετε αναρωτηθεί ποτέ πως δουλεύουν; Τι αποτελέσματα στα υπόλοιπα έχει η καταστροφή ενός εξ' αυτών; Πως τα καταφέρνουν να εμφανίζουν διάφορους χρωματικούς σχηματισμούς στη σειρά; 

Τι είχαμε στο παρελθόν

Αν πάμε πίσω στο χρόνο κατά 30-40 χρόνια θα δούμε ότι οι περισσότεροι άνθρωποι χρησιμοποιούσαν για τη διακόσμηση των χριστουγεννιάτικων δέντρων λαμπάκια πυρακτώσεως που δούλευαν με τάση 230Volt. Κάθε λαμπάκι είχε ισχύ 5-10Watt κι έτσι έμοιαζαν περισσότερο με τα φωτάκια νυκτός. Σήμερα πια δεν τα πολυσυναντάμε για τους παρακάτω λόγους: 

• Καταναλώνουν πολύ ισχύ. Αν έχουμε μια δεσμίδα από 50 λάμπες των 5W καθεμιά, η δεσμίδα καταλώνει 250W. Λογαριάστε ότι για ένα δέντρο χρειαζόμαστε τουλάχιστον 2 ή 3 δεσμίδες, και θα δείτε ότι μιλάμε για σημαντική ισχύ.  

• Εξαιτίας του ότι τα λαμπάκια αυτά καταναλώνουν τόσο μεγάλη ισχύ, παράγουν και πολλή θερμότητα. 

• Είναι ακριβά. Έχουν σχεδόν δεκαπλάσια τιμή από τα σημερινά μικροσκοπικά λαμπάκια. 

Το μόνο πλεονέκτημα της διάταξης σύνδεσης γι αυτά τα λαμπάκια είναι ότι αν καταστραφεί το ένα εξ' αυτών, τα υπόλοιπα συνεχίζουν να φωτοβολούν. Στη συγκεκριμένη διάταξη λέμε ότι τα λαμπάκια είναι συνδεδεμένα παράλληλα μεταξύ τους και με την τάση των 230Volt. 

Στη διάταξη αυτή μπορείτε να τοποθετήσετε όσα λαμπάκια θέλετε. Ο μόνος περιορισμός είναι το συνολικό ρεύμα που μπορούν ν' αντέξουν τα καλώδια σύνδεσης. 

Μίνι λαμπάκια

Κατά τη δεκαετία του 1970 έγινε μια επανάσταση στο φωτισμό διακόσμησης. Εμφανίστηκαν τα μίνι λαμπάκια, τα οποία γρήγορα κυριάρχησαν. Ένα μίνι λαμπάκι είναι ένα λαμπάκι με νήμα πυρακτώσεως αλλά δουλεύει με τάση 4,5Volt και μοιάζει όπως αυτό στην εικόνα. 

Αν σκεφτούμε όμως ότι συνδέουμε αυτά τα λαμπάκια των 4,5Volt με την τάση του σπιτιού μας που είναι 230Volt, θα αναρωτηθούμε: Τότε πως δουλεύουν; 

Το κλειδί για τη χρήση τους είναι ότι τα συνδέουμε στη σειρά. Αν πολλαπλασιάσουμε το 4,5 επί 50, παίρνουμε 225 Volt και αυτός είναι ο αριθμός από λαμπάκια που μπορούμε κατ' αρχήν να βάλουμε σε μια δεσμίδα. Η σύνδεση σε μια δεσμίδα των 50 λαμπιονιών είναι όπως στο παρακάτω σχήμα.

Τώρα μπορείτε να καταλάβετε γιατί αν λείπει έστω και ένα λαμπάκι της δεσμίδας η δεσμίδα δεν ανάβει. Απλούστατα διακόπτεται το κύκλωμα κι έτσι δεν περνάει ρεύμα από κανένα λαμπάκι. Όταν πρωτοεισήχθησαν τα μίνι λαμπάκια, αν καιγόταν ένα από αυτά θα έσβηνε όλη η δεσμίδα. Σήμερα μπορεί να καεί ένα λαμπάκι και η υπόλοιπη δεσμίδα να παραμένει αναμμένη, αλλά αν βγάλετε ένα λαμπάκι από τη βάση του θα σβήσει όλη η δεσμίδα. Η διαφορά αυτή στη συμπεριφορά εξηγείται διότι τα σύγχρονα λαμπάκια περιέχουν μια εσωτερική αντίσταση εκτροπής του ρεύματος, όπως φαίνεται στην παρακάτω εικόνα. 

Στα σύγχρονα μίνι λαμπάκια περιέχεται ένα σύρμα κάτω από το νήμα πυρακτώσεως. Αν το νήμα καεί, το ρεύμα περνάει από αυτό το σύρμα κι έτσι δεν σβήνει η δεσμίδα.

Αν κοιτάξουμε προσεκτικά μέσα στο λαμπάκι θα δούμε το σύρμα εκτροπής να φέρει μια επικάλυψη η οποία του δίνει μια υψηλή αντίσταση έως τη στιγμή που θα καεί το νήμα πυρακτώσεως. Τότε το ρεύμα που θα περάσει αποκλειστικά από το σύρμα εκτροπής θα λιώσει την επικάλυψη και θα ελαττωθεί έτσι η αντίσταση του σύρματος. Ένα τυπικό λαμπάκι έχει μια αντίσταση 7-8 Ω στο νήμα και 2-3 στο σύρμα εκτροπής από τη στιγμή που θα λιώσει η επικάλυψη. 

Είναι πολύ πιο συνηθισμένο αντί να αγοράζουμε δεσμίδα των 50 λαμπιονιών, να αγοράζουμε δεσμίδες των 100 ή 150 λαμπιονιών. Οι δεσμίδες αυτές είναι απλά δεσμίδες των 50 συνδεδεμένες παράλληλα όπως στο σχήμα: 

Αν βγάλετε ένα από τα λαμπάκια, η δεσμίδα του των 50 θα σβήσει, αλλά οι υπόλοιπες δεσμίδες δεν θα επηρεαστούν. Αν κοιτάξετε μια τέτοια δεσμίδα θα δείτε να υπάρχει ένα τρίτο καλώδιο που τρέχει κατά μήκος της δεσμίδας, και ξεκινάει είτε από το φις είτε από το πρώτο λαμπάκι Το καλώδιο αυτό εξασφαλίζει την παράλληλη σύνδεση κατά μήκος της γραμμής. 

Το μεγάλο πλεονέκτημα στα μίνι λαμπάκια είναι η χαμηλή τους ισχύς (περίπου 25 Watt ανά 50 λαμπάκια) και το χαμηλό τους κόστος. Το μεγάλο τους μειονέκτημα είναι τα χαλασμένα λαμπάκια. Είναι εύκολο να έχουμε χαλασμένα ή χαλαρά λαμπάκια γιατί λόγω του μικρού τους μεγέθους είναι αρκετά ευαίσθητα. 

Τα λαμπάκια μπορούν να φωτοβολούν σαν φλας 
Αν συνδέσουμε ένα μίνι λαμπάκι κατευθείαν με μια μπαταρία ΑΑ, το λαμπάκι θα φωτοβολήσει σαν φλας. Ωστόσο θα έχει αμυδρό φως γιατί χρειάζεται τάση 4,5Volt αντί των 1,5Volt της μπαταρίας. Μπορούμε βέβαια να χρησιμοποιήσουμε 3 τέτοιες μπαταρίες στη σειρά ή και μια των 9V

Τότε όμως επειδή χρησιμοποιούμε αρκετά ψηλότερη τάση από αυτή που χρειάζεται, το λαμπάκι φωτοβολεί πολύ έντονα και η ζωή του περιορίζεται σε 30 λεπτά ή 1 ώρα περίπου.

Το αναβοσβήσιμο 

Υπάρχουν δύο διαφορετικές τεχνικές που χρησιμοποιούνται για να κάνουν τα φώτα ν' αναβοσβήνουν. Η μια είναι πιο άμεση και η δεύτερη πιο εξεζητημένη.

Η άμεση μέθοδος περιλαμβάνει την εγκατάσταση ενός ειδικού λαμπιονιού που δημιουργεί το αναβοσβήσιμο σε οποιοδήποτε σημείο της δεσμίδας. Ένα τυπικό τέτοιο λαμπάκι είναι όπως το παρακάτω: 

Το επιπλέον μεταλλικό τμήμα στην κορυφή είναι μια διμεταλλική λωρίδα. Το ρεύμα πηγαίνει από τη λωρίδα στο νήμα και το κάνει να φωτοβολήσει. Όταν το νήμα είναι πολύ θερμό, αναγκάζει τη λωρίδα να λυγίσει λόγω διαφορετικής διαστολής των δύο μετάλλων που την αποτελούν. Τότε όμως διακόπτεται το ρεύμα και σβήνει το λαμπάκι. Καθώς η λωρίδα ξαναψύχεται, ισιώνει πάλι, ξανασυνδέει το κύκλωμα και το λαμπάκι ανάβει πάλι. Έτσι ο κύκλος επαναλαμβάνεται. Όταν το ειδικό αυτό λαμπάκι δεν είναι αναμμένο, τα υπόλοιπα της δεσμίδας δεν παίρνουν ρεύμα κι έτσι όλη η σειρά αναβοσβήνει μαζί του. Προφανώς τα ειδικά αυτά λαμπάκια δεν έχουν σύρμα εκτροπής του ρεύματος, κι έτσι όταν τύχει και καούν τα υπόλοιπα της δεσμίδας τους δεν ανάβουν, ώσπου να αντικαταστήσουμε το ειδικό λαμπάκι αποκατάστασης και διακοπής. 

Τα πιο εξεζητημένα φωτιστικά σύνολα περιέχουν ελεγκτές για 16 λειτουργίες που μας δίνουν πολλούς φωτεινούς σχηματισμούς. Στα συστήματα αυτά συναντάμε ένα κουτάκι ελέγχου, που ελέγχει 4 ξεχωριστές δεσμίδες από λαμπάκια. Οι 4 αυτές δεσμίδες αλληλοεμπλέκονται μάλλον αντί να είναι η μία μετά την άλλη. Αν ανοίξετε ποτέ ένα τέτοιο κουτάκι ελέγχου θα δείτε ότι είναι πολύ απλό. Περιέχει ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα και 4 τρανζίστορς - ένα για να ελέγχει καθεμιά από τις 4 δεσμίδες. Διεγείροντας σε ακολουθία αυτά τα τρανζίστορς μπορείτε να δημιουργήσετε πολλούς φωτεινούς συνδυασμούς.