الملهوف
04-06-2007, 01:47 PM
لم تكد تطل مصابيح غاز الكزينون(الزينون) xenon الى مقدم السيارات السياحية خلال التسعينات، حتى بدأت تلوح في الأفق إمكانات... شكرها على "أتعابها"، للإنتقال الى تقنيات أكثر فاعلية ووأرخص إنتاجاً وأقل إستهلاكاً وأطول خدمة. .
http://www.roadtuning.nl/images/test31.jpghttp://www.****system.net/images/2005/ej_xenon.jpg
صحيح أن مصابيح الكزينون، ويلفظها الأنغلوساكسون "زينون"، كما يسميها الأميركيون مصابيح الإنارة العالية الكثافة HID, high intensity discharge lights، تطورت خلال السنوات القليلة الماضية، فأصبحت تتاح مثلاً، لا في صيغة لمبة واحدة تخدم للإنارة العادية فقط، بل في صيغة مزدوجة bi-xenon وتتضمن حاجباً داخلياً يتحرك للتحويل بين الإنارتين العادية والعالية.
http://www.motorauthority.com/wp-content/uploads/Audi/R8/Le_Mans/audi_le_mans_quattro_1.jpg
وصحيح أن تقنيات الإنارة العصرية أصبحت تجيز تركيب قسم إنارة إضافية وقابلة للإنعطاف، مع وجهة حركة المقود (وحسب سرعة السيارة)، لكشف مساحة أوسع من المنطقة المظلمة عند ولوج المنعطفات، لكن مصدر النور ذاته، أي اللمبة، يبدو اليوم متجهاً نحو الإستغناء الكلي عن اللمبة التقليدية، الهالوجينية Halogen أو حتى المعتمدة لغاز الكزينون، لبلوغ المرحلة التالية مع تقنية الصمام الثنائي الباعث للضوء "إل إي دي" LED, light emitting diode والمعروفة حتى الآن في المصابيح الخلفية فقط، إضافة الى مؤشرات توجيه الإنعطاف في بعض السيارات (في علبتَي المرآتين الجانبيتين عادة). أول ما يلفت فعلاً هو قصر العمر المتوقع لتقنية إنارة غاز الكزينون التي تستغني عن السلك المعدني بين القطبين الإيجابي والسلبي للمبة، خلافاً لمصابيح الهالوجين المعروفة منذ العام 1958 (لم تنتشر فعلاً قبل السبعينات) ولو تطورت كثيراً خلال العقود الماضية (تستغل الغازات الهالوجينية، أي المولدة للملح، لزيادة فاعلية النور المنبعث من السلك المعدني الداخلي). لحسن الحظ، ستتزامن هذه التقنيات خلال العقدين المقبل، ريثما تنتقل التقنيات الجديدة تباعاً، أولاً من السيارات الفخمة الى المتوسطة ثم الشعبية، وثانياً، من قائمة التجهيزات الإضافية الى قائمة المتاح أساساً في أي من فئات الموديلات عموماً.
http://www.motiontrends.com/mtnet/2005/m05/technology/hellaled/halogenvsxenonvsled.jpghttp://www.germancarfans.com/news/2050418.005/2050418.005.Mini6M.jpg
ومع أن شركة هيلا Hella الألمانية تعد بإمكان تسويق أول سيارة بمصابيح أمامية عاملة بتقنية الصمام الثنائي الباعث للضوء LED في حدود 2008، بعد الترخيص بها في أوروبا في حدود 2007 (مسموح بها قانونياً في الولايات المتحدة)، سيستمر طبعاً إنتشار لمبات الكزينون المعروفة بشدة فاعليتها وهبوط إستهلاكها للطاقة الكهربائية بنحو الخمس الى الربع، قياساً باللمبات الهالوجينية (يهبط إستهلاك اللمبة من نحو 55 الى نحو 42 وات، حسب اللمبات والموديلات طبعاً)، وشدة تركيزها للضوء (أقل تبعثراً بالتالي) الزرقاوي الأقرب الى لون نور الفجر، إضافة الى طول خدمتها قياساً باللمبات الهالوجينية، ولو وجب التذكير في المناسبة أن اسعار لمبات الكزينون لا تزال نفيسة وتباع بمئات الدولارات حتى الآن (بين 300 و500 للسيارة). بمَ تعد اللمبات الأمامية العاملة بتقنية الصمام الثنائي الباعث للضوء LED، والمتوقع إطلاقها إذاً قبل نهاية العقد الحالي، ليشهد العقد المقبل تزامن بدء إنشتارها مع شيوع لمبات الكزينون و... إنطفاء عهد اللمبات الهالوجينية؟
أول ما تعدنا به الإنارة الأمامية بتقنية الصمام الثنائي الباعث للضوء LED ، وهي تقنية معروفة منذ العام 1962 في قطاعات مختلفة (في لمبات أجهزة الكومبيوتر والتجهيزات الإلكترونية والكهربائية المختلفة) قبل وصولها الى الإنارة الخلفية للسيارة (بدأت تحديداً من مصباح الكبح الخلفي الأوسط في العقد الماضي، على مستوى الزجاج الخلفي أو مؤخر سقف السيارة، أو في أعلى غطاء الصندوق الخلفي، حسب الموديلات)، هو الإستغناء عن مبدأ اللمبة المعروفة حتى الآن بإحتوائها لسلك معدني ينير بإرتفاع حرارته الى نحو 2500 درجة مئوية، أو عن الغازات الداخلية المنيرة في الكزينون، لتكتفي في المقابل بمرور الطاقة الكهربائية بين قطبين كهربائيين أحدهما إيجابي والآخر سلبيمع الصمام الثنائي الباعث للضوء LED ، تنشأ الإنارة مع وصول التيار الكهربائي الى السلك المركب في كل من الرؤوس البلاستيكية المتراصة في صفوف عدة لتشكيل المصباح المتكامل، علماً بأن تلك التقنية تتفوق على اللمبات التقليدية في قلة إستهلاك للطاقة (بنحو عشرة أضعاف) وبطول خدمتها (طوال عمر السيارة مبدئياً) وسرعة بعثها للضوء (أسرع من اللمبة بنحو مئتَي مرة)، وبقلة المساحة التي يتطلبها كل من تلك المصابيح الصغيرة والمتراصفة على نحو يسهّل مهمة المصممين (يريحهم من ضرورة المحافظة على عمق إلزامي لكل مصباح)، فيخف الوزن والحجم المطلوب من جهة، بينما يسهل تصميم أشكال مصابيح أكثر جرأة وأضيق مساحة عند الضرورة (مثل خط ضيق جداً لضوء مصباح الكبح الخلفي الثالث).
كيف ينتج الديود الضوء
الضوء هو عبارة عن طاقة تنتج او تنبعث من الذرة في صورة اشباه جسيمات تسمى الفوتونات Photons لها كمية حركة وكتلتها صفر. وسميت اشباه جسيمات لان الضوء له طبيعة مزدوجة فيمكن ان يكون موجة ويمكن ان يكون جسيم (ارجع الى محاضرات في الفيزياء الحديثة في هذا الموقع).
تنطلق الفوتونات من الذرات نتيجة لحركة الكرترونات، ففي الذرة تتحرك الالكترونات في مدارات دائرية حول النواة يعتمد نصف قطر المدار على كمية الطاقة التي يحمتلكها الالكترون فكلما كانت الطاقة كبيرة كان نصف قطر المدار اي الالكترن ابعد عن النواة.
عندما ينتقل الكترون من مدار منخفض إلى مدار اعلى فإنه يمتص طاقة خارجية ليتم الانتقال اما في حالة عودة اللكترون من المدار الاكبر إلى المدار الادنى فإنه تتحرر طاقة يحملها فوتون تساوي فرق الطاقة بين المدارين. وبالتالي فإن طاقة الفوتون تتحدد بفارق الطاقة بين المداريين الذين انتقل بينهما الالكترون وهذا يدل على ان طاقة الفوتون يمكن ان تكون متغيرة المدارات التي حدثت بينها الانتقالات، تغير طاقة الفوتون تعني تغير في الطول الموجي للفوتون فيمكن ان يكون فوتون على شكل ضوء مرئي او ضوء غير مرئي.
http://www.hazemsakeek.com/QandA/LED/Untitled-1.gifhttp://www.hazemsakeek.com/QandA/LED/Untitled-2.gif
http://www.hazemsakeek.com/QandA/LED/Untitled-3.gifhttp://www.hazemsakeek.com/QandA/LED/led-diagram4.jpg
في حالة وصلة الديود فإن الالكترونات الحرة تحرك عبر وصلة الديود في اتجاه الفجوة وهذا يعني ان الالكترون عندما يتحد مع الفجوة كما لو انه انتقل من مدار عالي الطاقة إلى مدار منخفض الطاقة وتنطلق الطاقة على شكل فوتون. ولكن لا نرى الفوتون المنبعث إلا اذا كان ذو طول موجي في الطيف المرئي وهذا لا يتحقق في كل وصلات الديود ففي الديود المصنعة من مادة السليكون يكون الفوتون المنطلق في منطقة تحت الحمراء من الطيف الكهرومغناطيسي ولا يرى بالعين المجردة ولكن له تطبيقات هامة في الرموت كنترول حيث تنتقل التعليمات من الرموت كنترول إلى التلفزيون على شكل نبضات من الفوتونات تحت الحمراء يفهمها مجس الاستقبال في التلفزيون. وللحصول على وصلة ديود تعطي ضوء مرئي فإنه يستخدم مواد ذات فارق طاقة اكبر بين مدار الالكترون في المادة N والفجوة في المادة P التي تمثل المدار ذو الطاقة الأدنى. حيث ان التحكم في هذا الفارق يحدد لون الضوء المنبعث من الديود عند اتحاد الالكترون مع الفجوة خلال وصلة الديود.
في حين ان كل انواع الديودات تعطي ضوء الا ان هذا الضوء المنبعث له كفاءة معينة تحدد شدة الضوء المنبعث. حيث ان جزء من هذا الضوء يعاد امتصاصه داخل وصلة الديود. ولكن الديودات الباعثة لضوء LED تصمم بحيث يتم توجيه الضوء الى الخارج من خلال احتواء وصلة الديود داخل مادة بلاستيكية على شكل مصباح شبه كروي كما في الشكل ادناه لتركيز الفوتونات المنطلقة في اتجاه محدد.
http://www.roadtuning.nl/images/test31.jpghttp://www.****system.net/images/2005/ej_xenon.jpg
صحيح أن مصابيح الكزينون، ويلفظها الأنغلوساكسون "زينون"، كما يسميها الأميركيون مصابيح الإنارة العالية الكثافة HID, high intensity discharge lights، تطورت خلال السنوات القليلة الماضية، فأصبحت تتاح مثلاً، لا في صيغة لمبة واحدة تخدم للإنارة العادية فقط، بل في صيغة مزدوجة bi-xenon وتتضمن حاجباً داخلياً يتحرك للتحويل بين الإنارتين العادية والعالية.
http://www.motorauthority.com/wp-content/uploads/Audi/R8/Le_Mans/audi_le_mans_quattro_1.jpg
وصحيح أن تقنيات الإنارة العصرية أصبحت تجيز تركيب قسم إنارة إضافية وقابلة للإنعطاف، مع وجهة حركة المقود (وحسب سرعة السيارة)، لكشف مساحة أوسع من المنطقة المظلمة عند ولوج المنعطفات، لكن مصدر النور ذاته، أي اللمبة، يبدو اليوم متجهاً نحو الإستغناء الكلي عن اللمبة التقليدية، الهالوجينية Halogen أو حتى المعتمدة لغاز الكزينون، لبلوغ المرحلة التالية مع تقنية الصمام الثنائي الباعث للضوء "إل إي دي" LED, light emitting diode والمعروفة حتى الآن في المصابيح الخلفية فقط، إضافة الى مؤشرات توجيه الإنعطاف في بعض السيارات (في علبتَي المرآتين الجانبيتين عادة). أول ما يلفت فعلاً هو قصر العمر المتوقع لتقنية إنارة غاز الكزينون التي تستغني عن السلك المعدني بين القطبين الإيجابي والسلبي للمبة، خلافاً لمصابيح الهالوجين المعروفة منذ العام 1958 (لم تنتشر فعلاً قبل السبعينات) ولو تطورت كثيراً خلال العقود الماضية (تستغل الغازات الهالوجينية، أي المولدة للملح، لزيادة فاعلية النور المنبعث من السلك المعدني الداخلي). لحسن الحظ، ستتزامن هذه التقنيات خلال العقدين المقبل، ريثما تنتقل التقنيات الجديدة تباعاً، أولاً من السيارات الفخمة الى المتوسطة ثم الشعبية، وثانياً، من قائمة التجهيزات الإضافية الى قائمة المتاح أساساً في أي من فئات الموديلات عموماً.
http://www.motiontrends.com/mtnet/2005/m05/technology/hellaled/halogenvsxenonvsled.jpghttp://www.germancarfans.com/news/2050418.005/2050418.005.Mini6M.jpg
ومع أن شركة هيلا Hella الألمانية تعد بإمكان تسويق أول سيارة بمصابيح أمامية عاملة بتقنية الصمام الثنائي الباعث للضوء LED في حدود 2008، بعد الترخيص بها في أوروبا في حدود 2007 (مسموح بها قانونياً في الولايات المتحدة)، سيستمر طبعاً إنتشار لمبات الكزينون المعروفة بشدة فاعليتها وهبوط إستهلاكها للطاقة الكهربائية بنحو الخمس الى الربع، قياساً باللمبات الهالوجينية (يهبط إستهلاك اللمبة من نحو 55 الى نحو 42 وات، حسب اللمبات والموديلات طبعاً)، وشدة تركيزها للضوء (أقل تبعثراً بالتالي) الزرقاوي الأقرب الى لون نور الفجر، إضافة الى طول خدمتها قياساً باللمبات الهالوجينية، ولو وجب التذكير في المناسبة أن اسعار لمبات الكزينون لا تزال نفيسة وتباع بمئات الدولارات حتى الآن (بين 300 و500 للسيارة). بمَ تعد اللمبات الأمامية العاملة بتقنية الصمام الثنائي الباعث للضوء LED، والمتوقع إطلاقها إذاً قبل نهاية العقد الحالي، ليشهد العقد المقبل تزامن بدء إنشتارها مع شيوع لمبات الكزينون و... إنطفاء عهد اللمبات الهالوجينية؟
أول ما تعدنا به الإنارة الأمامية بتقنية الصمام الثنائي الباعث للضوء LED ، وهي تقنية معروفة منذ العام 1962 في قطاعات مختلفة (في لمبات أجهزة الكومبيوتر والتجهيزات الإلكترونية والكهربائية المختلفة) قبل وصولها الى الإنارة الخلفية للسيارة (بدأت تحديداً من مصباح الكبح الخلفي الأوسط في العقد الماضي، على مستوى الزجاج الخلفي أو مؤخر سقف السيارة، أو في أعلى غطاء الصندوق الخلفي، حسب الموديلات)، هو الإستغناء عن مبدأ اللمبة المعروفة حتى الآن بإحتوائها لسلك معدني ينير بإرتفاع حرارته الى نحو 2500 درجة مئوية، أو عن الغازات الداخلية المنيرة في الكزينون، لتكتفي في المقابل بمرور الطاقة الكهربائية بين قطبين كهربائيين أحدهما إيجابي والآخر سلبيمع الصمام الثنائي الباعث للضوء LED ، تنشأ الإنارة مع وصول التيار الكهربائي الى السلك المركب في كل من الرؤوس البلاستيكية المتراصة في صفوف عدة لتشكيل المصباح المتكامل، علماً بأن تلك التقنية تتفوق على اللمبات التقليدية في قلة إستهلاك للطاقة (بنحو عشرة أضعاف) وبطول خدمتها (طوال عمر السيارة مبدئياً) وسرعة بعثها للضوء (أسرع من اللمبة بنحو مئتَي مرة)، وبقلة المساحة التي يتطلبها كل من تلك المصابيح الصغيرة والمتراصفة على نحو يسهّل مهمة المصممين (يريحهم من ضرورة المحافظة على عمق إلزامي لكل مصباح)، فيخف الوزن والحجم المطلوب من جهة، بينما يسهل تصميم أشكال مصابيح أكثر جرأة وأضيق مساحة عند الضرورة (مثل خط ضيق جداً لضوء مصباح الكبح الخلفي الثالث).
كيف ينتج الديود الضوء
الضوء هو عبارة عن طاقة تنتج او تنبعث من الذرة في صورة اشباه جسيمات تسمى الفوتونات Photons لها كمية حركة وكتلتها صفر. وسميت اشباه جسيمات لان الضوء له طبيعة مزدوجة فيمكن ان يكون موجة ويمكن ان يكون جسيم (ارجع الى محاضرات في الفيزياء الحديثة في هذا الموقع).
تنطلق الفوتونات من الذرات نتيجة لحركة الكرترونات، ففي الذرة تتحرك الالكترونات في مدارات دائرية حول النواة يعتمد نصف قطر المدار على كمية الطاقة التي يحمتلكها الالكترون فكلما كانت الطاقة كبيرة كان نصف قطر المدار اي الالكترن ابعد عن النواة.
عندما ينتقل الكترون من مدار منخفض إلى مدار اعلى فإنه يمتص طاقة خارجية ليتم الانتقال اما في حالة عودة اللكترون من المدار الاكبر إلى المدار الادنى فإنه تتحرر طاقة يحملها فوتون تساوي فرق الطاقة بين المدارين. وبالتالي فإن طاقة الفوتون تتحدد بفارق الطاقة بين المداريين الذين انتقل بينهما الالكترون وهذا يدل على ان طاقة الفوتون يمكن ان تكون متغيرة المدارات التي حدثت بينها الانتقالات، تغير طاقة الفوتون تعني تغير في الطول الموجي للفوتون فيمكن ان يكون فوتون على شكل ضوء مرئي او ضوء غير مرئي.
http://www.hazemsakeek.com/QandA/LED/Untitled-1.gifhttp://www.hazemsakeek.com/QandA/LED/Untitled-2.gif
http://www.hazemsakeek.com/QandA/LED/Untitled-3.gifhttp://www.hazemsakeek.com/QandA/LED/led-diagram4.jpg
في حالة وصلة الديود فإن الالكترونات الحرة تحرك عبر وصلة الديود في اتجاه الفجوة وهذا يعني ان الالكترون عندما يتحد مع الفجوة كما لو انه انتقل من مدار عالي الطاقة إلى مدار منخفض الطاقة وتنطلق الطاقة على شكل فوتون. ولكن لا نرى الفوتون المنبعث إلا اذا كان ذو طول موجي في الطيف المرئي وهذا لا يتحقق في كل وصلات الديود ففي الديود المصنعة من مادة السليكون يكون الفوتون المنطلق في منطقة تحت الحمراء من الطيف الكهرومغناطيسي ولا يرى بالعين المجردة ولكن له تطبيقات هامة في الرموت كنترول حيث تنتقل التعليمات من الرموت كنترول إلى التلفزيون على شكل نبضات من الفوتونات تحت الحمراء يفهمها مجس الاستقبال في التلفزيون. وللحصول على وصلة ديود تعطي ضوء مرئي فإنه يستخدم مواد ذات فارق طاقة اكبر بين مدار الالكترون في المادة N والفجوة في المادة P التي تمثل المدار ذو الطاقة الأدنى. حيث ان التحكم في هذا الفارق يحدد لون الضوء المنبعث من الديود عند اتحاد الالكترون مع الفجوة خلال وصلة الديود.
في حين ان كل انواع الديودات تعطي ضوء الا ان هذا الضوء المنبعث له كفاءة معينة تحدد شدة الضوء المنبعث. حيث ان جزء من هذا الضوء يعاد امتصاصه داخل وصلة الديود. ولكن الديودات الباعثة لضوء LED تصمم بحيث يتم توجيه الضوء الى الخارج من خلال احتواء وصلة الديود داخل مادة بلاستيكية على شكل مصباح شبه كروي كما في الشكل ادناه لتركيز الفوتونات المنطلقة في اتجاه محدد.