Cara Kerja Bola Lampu

Sebelum ditemukannya bola lampu, menemukan sumber cahaya setelah matahari terbenam sangat sulit. Butuh banyak lilin atau obor untuk sepenuhnya menerangi sebuah ruangan. Sekitar sebelum tahun 1990-an di pelosok desa di Indonesia sebagian besar masih belum terjangkau listrik, masyarakat memanfaatkan lampu minyak, saat itu memang cukup efektif, tapi cenderung meninggalkan residu jelaga pada benda di sekitarnya, apalagi warna hitam pekat di bagian atas.

Ketika ilmu listrik sudah mulai muncul pada pertengahan 1800-an, penemu di berbagai belahan dunia berlomba-lomba untuk merancang alat penerangan yang praktis, terjangkau dan mudah digunakan di rumah. Penemu Inggris Sir Joseph Swan dan penemu dari Amerika Thomas Edison keduanya sudah mulai meneliti tentang lampu sekitar tahun yang sama (tahun 1878 dan 1879), dan dalam 25 tahun jutaan orang di seluruh dunia telah memasang lampu listrik di rumah mereka. Inilah masa di mana teknologi pencahayaan mulai berubah secara drastis.

Hal yang menakjubkan tentang pergantian sejarah ini adalah fakta bahwa bola lampu itu sendiri terdiri dari bagian-bagian yang tidak sederhana. Lampu modern, yang tidak berubah drastis sejak model Edison, dapat dilihat hanya terdiri dari segelintir bagian, tapi bagaimana bisa bagian-bagian kecil ini menghasilkan cahaya?.

Sifat Dasar Cahaya
Cahaya adalah suatu bentuk energi yang dapat dilepaskan oleh atom, terdiri dari banyak partikel kecil yang memiliki energi dan momentum tapi tidak memiliki massa. Partikel-partikel ini, yang disebut foton cahaya, adalah unit yang paling dasar dari cahaya.
Atom melepaskan foton cahaya ketika elektron lebih aktif. Elektron adalah partikel yang bermuatan negatif yang bergerak di sekitar inti atom (yang memiliki muatan positif murni). Elektron atom memiliki tingkat energi yang berbeda, tergantung pada beberapa faktor, termasuk kecepatan dan jarak dari inti. Elektron dengan tingkat energi yang berbeda menempati orbital yang berbeda. Secara umum, elektron dengan energi yang lebih besar bergerak dalam orbital yang jauh dari inti. Ketika atom mendapatkan atau kehilangan energi, perubahan terjadi pada pergerakan elektron. Ketika sesuatu melewati energi pada atom, elektron dapat sementara didorong ke orbit yang tinggi (lebih jauh dari inti). Elektron berada di posisi ini dalam waktu yang sangat singkat, segera ditarik kembali ke inti, dengan orbit aslinya. Ketika kembali ke orbitnya, elektron melepaskan energi ekstra dalam bentuk foton, dalam beberapa kasus adalah foton cahaya.

Panjang gelombang cahaya yang dipancarkan (yang menentukan warna) tergantung pada seberapa banyak energi yang dilepaskan, yang tergantung pada posisi tertentu dari elektron. Akibatnya, berbagai macam atom akan melepaskan berbagai jenis foton cahaya. Dengan kata lain, warna cahaya ditentukan oleh jenis atom yang aktif.
Ini adalah mekanisme dasar dan cara kerja di hampir semua jenis sumber cahaya. Perbedaan utama antara berbagai sumber cahaya ini adalah proses menarik atom.

Struktur Bola Lampu
Bola lampu memiliki struktur yang sangat sederhana. Di bagian bawah, terdapat dua kontak logam, yang terhubung ke ujung dari sebuah rangkaian listrik. Kontak logam yang melekat pada dua kawat kaku, yang melekat pada filamen logam tipis. Filamen berada di tengah bohlam, yang ditopang oleh kaca panjang yang mengarah dari dasar ke tengah bola lampu. Kabel dan filamen ditempatkan dalam bola kaca, yang diisi dengan gas inert, seperti argon.
Ketika bohlam dihubungkan ke lsitrik, arus listrik mengalir dari satu kontak ke kontak yang lain, melalui kabel dan filamen. Arus listrik dalam konduktor padat adalah gerakan massa elektron bebas (elektron yang tidak terikat erat dengan atom) dari area bermuatan negatif ke area bermuatan positif.
Ketika elektron berjalan bersama melalui filamen, mereka terus-menerus menabrak atom yang membentuk filamen. Energi dari setiap benturan akan membuat atom bergetar, dengan kata lain memanaskan atomnya. Sebuah konduktor tipis yang dapat lebih mudah memanas digunakan daripada konduktor tebal karena lebih tahan terhadap pergerakan elektron.

Elektron terikat pada atom yang bergetar dapat mendorong sementara ke tingkat energi yang lebih tinggi. Ketika mereka kembali ke tingkat normal, elektron melepaskan energi ekstra dalam bentuk foton. Atom logam melepaskan foton cahaya sebagian besar inframerah, yang tidak terlihat dengan mata manusia. Tetapi jika dipanaskan sampai tingkat yang cukup tinggi sekitar 2.200 derajat C dalam kasus bola lampu, mereka akan memancarkan banyak cahaya tampak.
Filamen dalam bola lampu yang terbuat dari logam tungsten panjang sangat tipis. Dalam bola lampu 60 watt standar, filamen tungsten memiliki panjang sekitar 2 meter tetapi dengan tebal hanya seperseratus inci. Tungsten yang diatur dalam kumparan ganda untuk menyesuaikan di ruang kecil. Artinya, filamen akhirnya berbentuk satu kumparan, dan kemudian kumparan ini dibuat koil yang lebih besar. Dalam bohlam 60 watt, koil memiliki panjang kurang dari satu inci.
Tungsten digunakan dalam hampir semua teknologi lampu pijar karena merupakan bahan filamen yang ideal.

Filamen
Seperti yang kita ketahui pada bagian sebelumnya, logam harus dipanaskan sampai suhu ekstrim sebelum memancarkan sejumlah cahaya tampak yang bermanfaat. Kebanyakan logam akan mencair sebelum mencapai suhu ekstrim tersebut, getaran akan memecah ikatan struktural yang kaku antara atom sehingga menjadi cair. Bola lampu diproduksi dengan filamen tungsten karena memiliki tingkat temperatur lebur yang tinggi.

Tapi tungsten akan terbakar pada suhu sangat tinggi, jika kondisi lingkungan mendukung. Pembakaran disebabkan oleh reaksi antara dua zat kimia, yang bermula ketika salah satu bahan kimia telah mencapai temperatur pengapiannya. Di Bumi, pembakaran biasanya terjadi reaksi antara oksigen di atmosfer dan beberapa materi yang dipanaskan, tetapi kombinasi lainnya dari beberapa bahan kimia juga akan menyebabkan kebakaran.

Filamen dalam bola lampu yang ditempatkan di sebuah penopang kaca, ruang bebas oksigen untuk mencegah pembakaran. Pada awal penemuan lampu, semua udara disedot keluar dari bola lampu untuk membuat ruang vakum, daerah tanpa materi di dalamnya. Karena tak ada materi gas(atau hampir tidak ada), materi di dalam bola lampu tidak bisa terbakar.
Masalah dengan pendekatan ini adalah penguapan atom tungsten. Pada suhu ekstrim seperti itu, atom tungsten sesekali mampu menghasilkan cukup getaran untuk melepaskan diri dari atom sekitarnya dan terbang ke udara. Dalam bola vakum, atom tungsten bebas bergerak dalam garis lurus dan terkumpul di bagian dalam kaca. Karena semakin banyak atom menguap, filamen mulai hancur, dan kaca mulai terlihat lebih gelap. Hal ini akan mengurangi masa pakai bola lampu.

Pada bola lampu modern, gas inert yang umumnya menggunakan argon, dirancang untuk mengurangi kerusakan dari tungsten. Ketika atom tungsten menguap, kemungkinan akan bertabrakan dengan atom argon dan segera bergerak kembali menuju filamen, di mana ia akan bergabung kembali dengan struktur padat. Karena gas inert biasanya tidak bereaksi dengan unsur-unsur lain, tidak ada resiko elemen bergabung dalam reaksi pembakaran.

Murah, efektif dan mudah digunakan, bola lampu telah terbukti sukses selama ini. Teknologi bola lampu ini masih merupakan metode yang paling populer untuk membuat cahaya di dalam ruangan terutama setelah matahari terbenam. Tapi dengan semua tanda-tanda teknologi yang semakin pesat, pada akhirnya akan memberikan jalan untuk teknologi yang lebih canggih.

Bola lampu pijar melepaskan sebagian energinya dalam bentuk foton cahaya inframerah panas, hanya sekitar 10 persen dari cahaya yang dihasilkan adalah dalam spektrum cahaya yang terlihat. Inilah salah satu limbah listrik. Teknologi sumber cahaya dingin, seperti lampu neon dan LED, tidak membuang banyak energi pembangkit panas dan mengeluarkan cahaya yang sebagian besar terlihat. Untuk alasan ini, teknologi lampu ini perlahan-lahan merayap dan mulai mngalahkan bola lampu.

Tingkat Kecerah Lampu
Tingkat kecerahan lampu dihitung berdasarkan kekuatannya, yaitu jumlah cahaya yang mereka hasilkan dalam suatu periode waktu tertentu (diukur dalam watt). Lampu yang lebih nilai watt yang tinggi memiliki filamen yang lebih besar, sehingga menghasilkan lebih banyak cahaya.

Sebuah bola lampu tiga arah memiliki dua filamen watt yang berbeda, biasanya filamen 50 watt dan 100 watt. Filamen ini dihubungkan ke sirkuit terpisah, yang dapat digunakan menggunakan tiga soket khusus. Saklar dalam soket bola lampu tiga arah memungkinkan Anda memilih dari tiga tingkat cahaya yang berbeda. Pada tingkat terendah, saklar menutup hanya untuk sirkuit filamen 50 watt. Untuk tingkat cahaya menengah, saklar menghubungkan rangkaian untuk filamen 100 watt. Untuk tingkat terang, saklar menghubungkan sirkuit untuk kedua filamen, sehingga bola lampu beroperasi pada tingkat 150 watt.

Bagikan Artikel ini