Prinsip Dasar Lampu Pijar dan Lampu Halogen

Saat malam tiba, sumber penerangan yang umum pada saat sekarang adalah lampu. Lampu sekarang memiliki banyak jenis, salah satunya yang paling familiar dan paling lama adalah lampu pijar. 

Sudah puluhan tahun kita mengenal benda ajaib hasil temuan Thomas alfa Edison ini. 

Namun, tahukah kita bagaimana lampu pijar ini dapat menyala?

Panas dan Berpijar
Pada lampu pijar terdapat suatu kawat yang sangat tipis yang biasa disebut filament. Filament ini terbuat dari tungsten dan memiliki hambatan yang besar. Saat arus listrik mengalir, elektron-elektron dalam rangkaian mengalir melalui filament ini. Karena hambatan filament ini besar, maka elektron tersebut bertumbukan dengan atom-atom yang ada di dalam filament ini  

Akibat bergesekan, maka menyebabkan filament menjadi panas. Jika suatu benda dipanaskan, maka benda tersebut akan meradiasikan gelombang elektromagnetik. Semakin panas benda tersebut, maka gelombang elektromagnetik yang diradiasikan akan semakin pendek dan berada pada spektrum cahaya tampak.

Seperti halnya jika seorang pandai besi sedang memanaskan besi, maka besi tersebut akan berubah menjadi merah atau memancarkan warna merah (berpijar). Semakin panas suhu filament, maka cahaya yang dipancarkan akan bergeser dari warna merah-kuning-hijau-biru-putih.

Pemanasan yang terjadi pada filament sangat tinggi sampai berpijar dan memancarkan cahaya kuning. Namun sebenarnya, hanya 10%-12% energinya hanya dipancarkan sebagai cahaya tampak. Selebihnya dipancarkan sebagai cahaya inframerah yang tidak kasat mata dan lebih menyebabkan pemanasan.

Gambar Filamen yang Berpijar Menghasilkan Cahaya

Untuk mencegah oksidasi filament tersebut, maka di dalam bola lampu pijar diisikan gas lembam atau tidak reaktif (gas mulia) seperti argon atau krypton. Dengan tambahan sedikit nitrogen, maka gas-gas ini menjaga agar filamen tidak teroksidasi atau terbakar habis seperti ketika di udara bebas. Sebagian bola lampu kecil memecahkan masalah ini dengan cara dihampakan.

Filament Dari Tungsten
Filament adalah kumparan tipis kawat tungsten. Tungsten digunakan karena memiliki titik leleh paling tinggi dari semua logam (3400 derajat celcius) dan tetap kuat walaupun dipanaskan sampai suhu 3500 derajat celcius atau lebih. Selain itu, tungsten juga memiliki tekanan uap paling rendah di antara semua logam sehingga menguap paling sedikit dibandingkan logam lain.
Ketika kawat tungsten dipanaskan, maka kawat ini akan menguap cukup cepat dan mengakibatkan kawat menjadi tipis. Karena proses penguapan yang terus menerus, maka kawat tungsten ini akan putus sehingga lampu menjadi padam. Sebelum lampu padam, kadang kita dapat mengetahui sisa-sisa penguapan tungsten dari lapisan gelap yang mengotori bagian dalam kaca. Lapisan ini adalah hasil pengembunan uap tungsten karena bagian kaca lebih dingin. Lapisan ini juga yang menyebabkan lampu pijar tidak seterang biasanya.

Bagaimana dengan lampu Halogen?

Lampu halogen sebenarnya adalah variasi atau penyempurnaan dari lampu pijar. Lampu ini juga lampu pijar dan menggunakan filament dari tungsten juga. Namun, lampu halogen dapat menyala lebih terang dari lampu pijar biasa. Lampu halogen dapat berumur dua kali lebih lama dari lampu pijar biasa. Hal ini dikarenakan gas yan diisikan dalam lampu halogen berbeda dengan lampu pijar. Gas yang diisikan pada lampu halogen adalah gas iodium atau brom, gas yang tergolong unsur halogen, sehingga lampu ini disebut lampu halogen.

Siklus yang berulang
Tugas halogen dalam lampu pijar adalah menurunkan laju peguapan tungsten dengan cara yang menarik sekali. Mula-mula uap iodium akan bereksi dengan atom-atom yang menguap sebelum mereka mengembun di permukaan kaca. Reaksi tersebut menghasilkan tungsten iodide, senyawa kimia berwujud gas. 

Molekul tungsten iodide tersebut melayang-layang di dalam lampu sampai bertemu kembali dengan filament yang sedang berpijar. Temperature yang tinggi membuat senyawa tersebut terurai kembali menjadi uap iodium dan tungsten logam yang langsung menyatu kembali dengan filamen.

Iodium yang dilepaskan dalam proses penguraian ini selanjutnya bebas untuk bereaksi dengan atom-atom tungsten, maka siklus ini berlanjut dengan atom iodium terus menangkap atom tungsten yang menguap dan mengembalikan mereka ke filament. 

Proses daur ulang ini kurang lebih dapat menggandakan masa hidup filament sehingga umur lampu lebih lama. 

Proses halogen memungkinkan lampu dioperasikan pada suhu lebih tinggi tanpa pelapukan filament yang berlebihan sehigga menghasilkan cahaya lebih terang. Namun, suhu di dalam dinding bola lampu harus lebih tinggi (di atas 250 derajat celcius) agar atom-atom tungsten tidak langsung mengembun. Oleh karena itu, bola lampu halogen terbuat dari kuarsa yang tahan terhadap temperatur jauh lebih tinggi daripada kaca biasa. Bentuknya pun seperti tabung dan dindingnya pun tidak jauh dari filament supaya tetap panas.

Sekian, semoga bermanfaat.