বৈদ্যুতিক বাতি

বৈদ্যুতিক বাতি আলোক সৃষ্টিকারী একপ্রকার বৈদ্যুতিক উপাদান। বৈদ্যুতিক বাতির নিম্নাংশ সাধারণত দগ্ধমৃত্তিকা, ধাতু, কাচ বা প্লাস্টিক দিয়ে তৈরি যা আলোক ফিক্সচারের সকেটে বাতিকে সুরক্ষিত রাখে।
বৈদ্যুতিক বাতি প্রধানত তিনপ্রকার: তড়িৎ প্রবাহ দ্বারা শ্বেততপ্ত ফিলামেন্ট দ্বারা আলোক সৃষ্টিকারী ভাস্বর বাতি, গ্যাসীয় মাধ্যমে বৈদ্যুতিক আর্ক দ্বারা আলোক সৃষ্টিকারী গ্যাস-ডিসচার্জ বাতি (যেমন প্রতিপ্রভ বাতি) এবং অর্ধপরিবাহীতে ব্যান্ড গ্যাপ দিয়ে ইলেকট্রন প্রবাহের দ্বারা আলোক সৃষ্টিকারী এলইডি বাতি।
ঊনবিংশ শতাব্দীতে আর্ক বাতি ও ভাস্বর বাতির প্রাথমিক পরীক্ষার পর থেকে বৈদ্যুতিক আলোর দক্ষতা যথেষ্ট বৃদ্ধি পেয়েছে। আধুনিক যুগে বিভিন্ন প্রয়োগের জন্য বিভিন্ন ধরন ও আকারের বৈদ্যুতিক বাতি রয়েছে। বেশিরভাগ আধুনিক বৈদ্যুতিক বাতি কেন্দ্রীয়ভাবে উৎপাদিত বিদ্যুৎশক্তি দ্বারা চালিত, তবে চলন্ত বা নির্ভরশীল বৈদ্যুতিক জেনারেটর বা ব্যাটারির মাধ্যমে বৈদ্যুতিক বাতি চালিত হতে পারে। সাধারণত যেখানে স্থাণু বাতি কার্যকর হয় না সেখানে ব্যাটারিচালিত বাতি ব্যবহার করা হয়, যেমন টর্চবাতি, বৈদ্যুতিক লণ্ঠন, যানবাহন ইত্যাদি।
বিংশ শতাব্দীতে বৈদ্যুতিক বাতি আসার আগে মোমবাতি, গ্যাস বাতি, প্রদীপ ও আগুন কৃত্রিম আলোর যাবতীয় উৎস ছিল। ১৭৯৯–১৮০০ সালে আলেসান্দ্রো ভোল্টা প্রথম বৈদ্যুতিক ব্যাটারি ভোল্টায়িক পাইল তৈরি করেছিলেন। এরকম ব্যাটারি থেকে প্রাপ্ত তড়িৎ প্রবাহ তামার তারকে ভাস্বরতা পর্যন্ত উত্তপ্ত করতে পারত। ১৮০২ সালে ভাসিলি ভ্লাদিমিরোভিচ পেত্রভ প্রথম পুনঃপুন আলোক সৃষ্টিকারী বৈদ্যুতিক আর্ক তৈরি করেছিলেন আর রসায়নবিদ হামফ্রে ডেভি ১৮০৬ সালে আর্ক বাতির এক ব্যবহারিক প্রদর্শন করেছিলেন। এরপর প্রায় এক শতাব্দী ধরে নিরন্তর ও ক্রমবর্ধমান উন্নয়ন এবং একাধিক নকশা, পেটেন্ট ও তার ফলস্বরূপ মেধা সম্পদ বিবাদের মধ্যে দিয়ে গিয়ে অবশেষে ১৯২০-এর দশকে প্রথম বাণিজ্যিক ভাস্বর বাতি তৈরি হয়েছিল।
১৮৪০ সালে ওয়ারেন ডি লা রিউ নির্বাত নলে একটি প্ল্যাটিনাম কুণ্ডলী ঢুকিয়ে তার মধ্য দিয়ে তড়িৎ প্রবাহিত করেছিলেন। এইভাবে তিনি প্রথম ভাস্বর বাতি তৈরি করেছিলেন। প্ল্যাটিনামের উচ্চ গলনাঙ্কের ফলে এটি উচ্চ তাপমাত্রায় কাজ করতে পারে, আর নির্বাত নলে প্ল্যাটিনামের সাথে বিক্রিয়াকারী গ্যাস অণুর সংখ্যা কম থাকবে, যা প্ল্যাটিনাম কুণ্ডলীর দীর্ঘায়ু সুনিশ্চিত করে। যদিও বাতিটি দক্ষ ছিল, কিন্তু প্ল্যাটিনামের খরচের দরুন এটি বাণিজ্যিক ব্যবহারের অযোগ্য হয়ে যায়।
বৈদ্যুতিক বাতির ইতিহাসে ১৮৭০-এর ও ১৮৮০-এর দশক তীব্র প্রতিযোগিতা ও নব্যতার প্রতীক ছিল। তখন যুক্তরাজ্যে জোসেফ সোয়ান ও মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রে টমাস এডিসনের মতো উদ্ভাবকরা স্বতন্ত্রভাবে কার্যকর ভাস্বর বাতি তৈরি করতে লেগেছিল। উইলিয়াম স্টেইটের নকশার উপর ভিত্তি করে তৈরি সোয়ানের ভাস্বর বাতি সফল ছিল, কিন্তু এর ফিলামেন্ট খুবই পুরু ছিল। এডিসনের বাতির ফিলামেন্ট তুলনায় সরু ছিল, যা আরও ভালো ছিল। সোয়ান ও এডিসনের মধ্যে প্রতিযোগিতার পর তাদের কোম্পানি একত্রিত হয়েছিল, যার ফলে এডিসন অ্যান্ড সোয়ান ইলেকট্রিক লাইট কোম্পানি প্রতিষ্ঠিত হয়েছিল। বিংশ শতাব্দীর প্রথমভাগে ভাস্বর বাতি সম্পূর্ণভাবে আর্ক বাতিকে প্রতিস্থাপিত করেছিল।
বিংশ শতাব্দীর সূচনার সময় বৈদ্যুতিক বাতির দীর্ঘায়ু ও দক্ষতার আরও উন্নতি ঘটেছিল। উইলিয়াম ডি. কুলিজ ১৯১২ সালের পেটেন্টে টাংস্টেন ফিলামেন্টের প্রবর্তন করেছিলেন। এই নব উদ্ভাবন বহু বছর ধরে ভাস্বর বাতির মানদণ্ড হয়ে দাঁড়িয়েছিল।
১৯১০ সালে জর্জ ক্লোদ প্রথম নিয়ন বাতি প্রবর্তন করেছিলেন, যা বিজ্ঞাপনে বহুল ব্যবহৃত নিয়ন সাইনের পথ উন্মোচন করেছে।
১৯৬২ সালে প্রথম ব্যবহারিক আলোক নিঃসারী ডায়োড বা এলইডি আবির্ভূত হয়েছিল।
আধুনিক ভাস্বর বাতি টাংস্টেন ফিলামেন্ট কুণ্ডলী ও তাকে বেষ্টনকারী গোলাকার কাচের প্রকোষ্ঠ নিয়ে গঠিত। প্রকোষ্ঠটি বায়ুশূন্য হতে পারে কিংবা আর্গনের মতো নিষ্ক্রিয় গ্যাস দ্বারা পরিপূর্ণ। এর মধ্য দিয়ে তড়িৎ প্রবাহিত করলে টাংস্টেন পর্যন্ত উত্তপ্ত হয়ে জ্বলতে থাকে, আর এখান থেকে নিঃসৃত আলো নিরবিচ্ছিন্ন বর্ণালীর কাছাকাছি।
ভাস্বর বাতি অত্যন্ত অদক্ষ; গৃহীত শক্তির কেবল ২–৫ শতাংশ দৃশ্যমান ও কার্যকর আলো হিসাবে নিঃসৃত হয়, আর বাকি ৯৫ শতাংশ তাপ হিসাবে ব্যয়িত হয়। গ্রীষ্মপ্রধান অঞ্চলে ভাস্বর বাতি থেকে নির্গত তাপ ভেন্টিলেশন ও শীতাতপ নিয়ন্ত্রণ ব্যবস্থার উপর অতিরিক্ত চাপ সৃষ্টি হচ্ছে। শীতপ্রধান অঞ্চলে ভাস্বর বাতি থেকে নির্গত তাপের কিছু মূল্য রয়েছে, আর সেখান থেকে প্রাপ্ত তাপ অবলোহিত বাতির মতো যন্ত্রে সফলভাবে ব্যবহৃত হয়েছে।
নিম্ন দক্ষতার জন্য বহু দেশে ভাস্বর বাতির জায়গায় বিদ্যুৎ সাশ্রয়ী বাতি (সিএফএল) ও এলইডি বাতি চালু করা হচ্ছে। ২০১২ সালে ইউরোপীয় কমিশন অনুমান করেছিল যে ভাস্বর বাতির উপর সম্পূর্ণ নিষেধাজ্ঞা ইউরোপীয় ইউনিয়নের অর্থনীতিতে ৫০০-১,০০০ কোটি ইউরো অবদান রাখতে পারবে আর ১,৫০০ কোটি টন কার্বন ডাই অক্সাইড নিঃসরণ বন্ধ হবে।
সাধারণ ভাস্বর বাতির তুলনায় হ্যালোজেন বাতি অনেক ছোট, কারণ সফলভাবে আলো দেওয়ার জন্য সাধারণত ২০০ ডিগ্রি সেলসিয়াস তাপমাত্রাই যথেষ্ট। সেইজন্য বেশিরভাগ হ্যালোজেন বাতিতে কোয়ার্টজ বা অ্যালুমিনোসিলিকেট কাচ ব্যবহার করা হয়। একে আবার কাচের অতিরিক্ত তরের মধ্যে আবদ্ধ করা হয়। পূর্বনিরাপত্তা হিসাবে অতিবেগুনী নিঃসরণ কমানো এবং ভিতরের কাচ বিস্ফোরিত হলে তপ্ত কাচের টুকরোকে আবদ্ধ করার জন্য বাইরের কাচ ব্যবহৃত হয়েছে। আঙুলের ছাপ থেকে নির্গত তৈলাক্ত অবশেষে ফলে সেখানে ঘনীভূত তাপের দরুন তপ্ত কোয়ার্টজ কাচ বিস্ফোরিত হতে পারে।
প্রতিপ্রভ বাতিতে একটি কাচের নলের মধ্যে নিম্নচাপে পারদ-বাষ্প বা আর্গন রয়েছে। নল দিয়ে প্রবাহিত তড়িতের ফলে নলের ভিতরের মাধ্যম অতিবেগুনী শক্তি বিকিরিত করে। নলের ভিতরের অংশ ফসফর দিয়ে আচ্ছাদিত, আর অতিবেগুনী ফোটন আপতিত হলে সেখান থেকে দৃশ্যমান আলো বিকিরিত হয়। এরকম প্রতিপ্রভ বাতির দক্ষতা ভাস্বর বাতির তুলনায় অনেক বেশি। একই পরিমাণ আলোক সৃষ্টির ক্ষেত্রে প্রতিপ্রভ বাতি ভাস্বর বাতির ক্ষমতার তৃতীয়াংশ বা চতুর্থাংশ ব্যবহার করে। প্রতিপ্রভ বাতির সাধারণ লুমিনাস এফিকেসি ৫০–১০০ লুমেন প্রতি ওয়াট, যা অনুরূপ পরিমাণ আলোক সৃষ্টিকারী ভাস্বর বাতির এফিকেসির তুলনায় অনেকগুণ বেশি। প্রতিপ্রভ বাতির ফিক্সচার ভাস্বর বাতির তুলনায় ব্যয়বহুল, কারণ বাতি দিয়ে তড়িৎ প্রবাহ নিয়ন্ত্রণের জন্য ব্যালাস্টের প্রয়োজন। অবশ্য কম বিদ্যুৎ খরচ এই উচ্চতর প্রাথমিক খরচকে সমতাবিধান করে। প্রতিপ্রভ বাতির সংকুচিত রূপ বিদ্যুৎ সাশ্রয়ী বাতির (সিএফএল) আকার ভাস্বর বাতির মতোই, আর এটি ঘরে ভাস্বর বাতির বিদ্যুৎ সাশ্রয়ী বিকল্প হিসাবে ব্যবহৃত হয়। পারদ থাকার জন্য প্রতিপ্রভ বাতিকে ক্ষতিকারক বর্জ্য হিসাবে চিহ্নিত করা হয়।
১৯৭০-এর দশক থেকে ভোক্তা ইলেকট্রনিক্‌স ও পেশাদারি অডিও গিয়ারের ইন্ডিকেটর বাতি হিসাবে আলোক নিঃসারী ডায়োড (এলইডি) জনপ্রিয়। ২০০০-এর দশকে এফিকেসি ও উৎপন্ন আলো এতটা বৃদ্ধি পেয়েছে যে বর্তমানে গাড়ির সম্মুখ বাতি ও ব্রেক বাতি, টর্চবাতি, সাইকেলের বাতি এবং সাময়িক বাতি হিসাবে এলইডি ব্যবহৃত হয়েছে। অতি দীর্ঘায়ুর জন্য ইন্ডিকেটর এলইডি পরিচিত, আর এর আয়ু পর্যন্ত। কিন্তু আলোকসজ্জার এলইডি অতটা রক্ষণশীলভাবে ব্যবহৃত হয় না, আর সুতরাং এদের আয়ুও কম। আলোক কারিগরদের ক্ষেত্রে এলইডি প্রযুক্তি উপকারী, কারণ এটি কম বিদ্যুৎ খরচ করে, কম তাপ উৎপাদন করে, তৎক্ষণাৎ অন/অফ করা যায়, আর একরঙা এলইডির ক্ষেত্রে ডায়োডের আয়ুষ্কাল জুড়ে রঙের ধারাবাহিকতা ও তুলনায় কম উৎপাদন খরচ। ডায়োডটির তাপমাত্রার উপর এলইডির আয়ু তীব্রভাবে নির্ভর করে। অভ্যন্তরীণ তাপমাত্রা যেখানে বৃদ্ধি পেতে পারে এমন জায়গায় একটি এলইডি বাতি ব্যবহার করলে এর আয়ু প্রচুর পরিমাণে কমে যাবে। একমুখী আলোর জন্য এলইডির বিকল্প হিসাবে কিছু লেজার উদ্ভাবন করা হয়েছে।
কার্বন আর্ক বাতি উন্মুক্ত বাতাসে দুটি কার্বন তড়িদ্দ্বার দণ্ড নিয়ে গঠিত। সীমিত প্রবাহের ব্যালাস্ট এর তড়িতের উৎস। পরস্পর বিচ্ছিন্ন দুটি দণ্ডের শীর্ষ স্পর্শ করলে একটি বৈদ্যুতিক আর্ক সৃষ্টি হয়। সৃষ্ট আর্ক দণ্ড দুটির শীর্ষের মধ্যে একটি শ্বেততপ্ত প্লাজমা সৃষ্টি করে। আর্কের তাপজনিত ক্ষয়ের দরুন কার্বন দণ্ড দুটি ক্ষণস্থায়ী এবং ব্যবহারের সময়ে নিরন্তরভাবে এদের উপযোজিত করাতে হয়, তবে এরকম বাতির দক্ষতা ফিলামেন্ট বাতির চেয়ে বেশি। আর্ক বাতি প্রচুর পরিমাণে অতিবেগুনী রশ্মি বিকিরণ করে, ভবনের অভ্যন্তরে এর ব্যবহারের সময় বায়ু সঞ্চালনের প্রয়োজন, আর এর তীব্রতার জন্য প্রত্যক্ষ দৃষ্টি থেকে সুরক্ষার ব্যবস্থা প্রয়োজন।
১৮০৫ সালে হামফ্রে ডেভি উদ্ভাবিত কার্বন আর্ক বাতি প্রথম কার্যকরী বৈদ্যুতিক বাতি। ১৮৭০-এর দশক থেকে বিংশ শতাব্দীর প্রথমার্ধ পর্যন্ত বৃহৎ অট্টালিকা ও রাস্তার আলো হিসাবে আর্ক বাতির বাণিজ্যিক ব্যবহার হয়ে এসেছিল। পরে তার জায়গায় ভাস্বর বাতি এসেছিল। কার্বন আর্ক বাতি উচ্চ ক্ষমতায় কাজ করে আর উচ্চ তীব্রতার সাদা আলো বিকিরণ করে। এছাড়া এটি আলোর একটি বিন্দু উৎস। দ্বিতীয় বিশ্বযুদ্ধ পর্যন্ত চলচ্চিত্রের প্রজেক্টর, মঞ্চ আলোক ও সন্ধানী আলো হিসাবে সাদা আলো বা বিন্দু উৎস হিসাবে আর্ক বাতির সীমিত ব্যবহার ছিল।
অনেক বৈদ্যুতিক বাতিকে প্রমাণ আকারের কোড ও সকেটের নাম দিয়ে চিহ্নিত করা হয়। ভাস্বর বাতি ও তার বিকল্প বাতিদের অনেকসময় "A19/A60 E26/E27" আকারে চিহ্নিত করা হয়। এখানে "A" প্যারামিটার এ-শ্রেণির বাতির মধ্যে বাতির আকার ও আকৃতিকে চিহ্নিত করে, আর "E" প্যারামিটার এডিসন স্ক্রুয়ের আকার ও প্যাঁচালো অংশকে চিহ্নিত করে।
সাধারণত নিচের প্যারামিটারগুলি ব্যবহার করে বিভিন্ন বৈদ্যুতিক বাতির মধ্যে তুলনা করা হয়:
বিভিন্ন বাতির সম্ভাব্য আয়ুষ্কাল হচ্ছে এদের ৫০ শতাংশ ব্যর্থ হওয়ার আগে পর্যন্ত বাতিগুলি কত ঘণ্টা ধরে পরিচালিত হতে পারে তার পরিমাণ, অর্থাৎ বাতিদের মধ্যক আয়ু। উৎপাদনে সহনশীলতা ১ শতাংশ কম হলে বাতির আয়ুষ্কালে ২৫ শতাংশ ব্যবধান সৃষ্টি করতে পারে, সুতরাং উল্লেখিত সম্ভাব্য আয়ুষ্কালের আগেই কিছু বাতি অকার্যকর হয়ে যাবে আর কিছু বাতিকে আরও দীর্ঘকাল ধরে ব্যবহার করা যাবে। এলইডি বাতিগুলির ক্ষেত্রে আয়ু বলতে ৫০ শতাংশ এলইডি বাতি থেকে নির্গত আলোর পরিমাণ ৭০ শতাংশ কমে যাওয়ার আগে পর্যন্ত বাতিগুলি কত ঘণ্টা ধরে পরিচালিত হতে পারে তার পরিমাণ।
কিছু বৈদ্যুতিক বাতি সুইচিং চক্রের উপর সংবেদনশীল, যেমন বিদ্যুৎ সাশ্রয়ী বাতি (সিএফএল)। শৌচাগারের মতো ঘরে ঘন ঘন সুইচিং করা হয়, আর সেখানকার বাতিদের আয়ুষ্কাল বাক্সে মুদ্রিত প্রত্যাশিত আয়ুষ্কালের চেয়ে অনেক কম হতে পারে।
কৃত্রিম আলোর মোট পরিমাণ কোনো শহরকে রাত্রিকালীন আকাশ বা মহাকাশ থেকে সহজেই দেখতে পাওয়া যায়। বিংশ শতাব্দীর দ্বিতীয়ার্ধে বহিঃস্থ আলোর ব্যবহার ৩–৬ শতাংশ হারে বৃদ্ধিলাভ করেছিল, আর এটি আলোক দূষণের প্রধান উৎস, আর পৃথিবীর জনসংখ্যার ৮০ শতাংশই আলোক দূষণে আক্রান্ত এলাকায় বসবাস করে। আলোক দূষণ জ্যোতির্বিজ্ঞানী ও অন্যান্যদের কাছে ক্লান্তিকর, আর কিছু বন্যপ্রাণীর ক্ষেত্রে এটি একটি কুপ্রভাব সৃষ্টি করে।
উদ্ভিদের বৃদ্ধির সহায়ক হিসাবেও বৈদ্যুতিক বাতি ব্যবহার করা হয়।