Luknutie vypínača – a tmavá miestnosť sa okamžite zmenila, detaily najmenších prvkov interiéru sa stali viditeľnými. Takto sa energia z malého zariadenia okamžite šíri a zaplavuje všetko naokolo svetlom. Prečo vytvárate také silné žiarenie? Odpoveď sa skrýva v názve osvetľovacieho zariadenia, ktoré sa nazýva žiarovka.
História vzniku prvých svetelných prvkov
Počiatky prvých žiaroviek siahajú do začiatku 19. storočia. Alebo skôr, lampa sa objavila o niečo neskôr, ale už bol pozorovaný účinok žiaru platinových a uhlíkových tyčí pod pôsobením elektrickej energie. Pred vedcami vyvstali dve ťažké otázky:
- nájdenie vysoko odolných materiálov schopných zahriať sa vplyvom prúdu do stavu vyžarovania svetla;
- Prevencia rýchleho horenia materiálu vo vzduchu.
Výskum avynálezy ruského vedca Alexandra Nikolajeviča Lodygina a Američana Thomasa Edisona.
Lodygin navrhol použiť ako žeraviaci prvok uhlíkové tyčinky, ktoré boli v uzavretej banke. Nevýhodou konštrukcie bola náročnosť odčerpávania vzduchu, ktorého zvyšky prispievali k rýchlemu spaľovaniu tyčí. Napriek tomu jeho lampy horeli niekoľko hodín a vývoj a patenty sa stali základom pre vytvorenie odolnejších zariadení.
Americký vedec Thomas Edison, ktorý sa zoznámil s prácami Lodygina, vyrobil účinnú vákuovú banku, do ktorej vložil uhlíkové vlákno vyrobené z bambusového vlákna. Edison tiež vybavil základňu lampy závitovým pripojením, ktoré je vlastné moderným lampám, a vynašiel mnoho elektrických prvkov, ako napríklad: zástrčku, poistku, otočný spínač a oveľa viac. Účinnosť žiarovky Edison bola malá, hoci mohla pracovať až 1 000 hodín a mala praktické využitie.
Následne bolo namiesto uhlíkových prvkov navrhnuté použiť žiaruvzdorné kovy. Volfrámové vlákno používané v moderných žiarovkách bolo tiež patentované spoločnosťou Lodygin.
Zariadenie a princíp činnosti lampy
Dizajn žiarovky sa viac ako sto rokov zásadne nezmenil. Zahŕňa:
- Hermeticky uzavretá banka, ktorá ohraničuje pracovný priestor a je naplnená inertným plynom.
- Podstavec, ktorý mášpirálovitý tvar. Slúži na uchytenie lampy v objímke a jej elektrické pripojenie k častiam pod prúdom.
- Vodiče, ktoré vedú prúd zo základne do špirály a držia ju.
- Žiarovková špirála, ktorej zahrievanie vytvára emisiu svetelnej energie.
Keď elektrický prúd prechádza cievkou, okamžite sa zahreje na najvyššie teploty až 2700 stupňov. Je to spôsobené tým, že špirála má veľký prúdový odpor a na prekonanie tohto odporu sa vynakladá veľa energie, ktorá sa uvoľňuje ako teplo. Teplo zahreje kov (volfrám) a začne vyžarovať fotóny svetla. Vďaka tomu, že banka neobsahuje kyslík, volfrám pri zahrievaní neoxiduje a nevyhorí. Inertný plyn zabraňuje vyparovaniu horúcich kovových častíc.
Aká je účinnosť žiarovky
Účinnosť ukazuje, aké percento vynaloženej energie sa premení na užitočnú prácu a aké nie. V prípade žiarovky je účinnosť nízka, pretože iba 5-10% energie ide na vyžarovanie svetla, zvyšok sa uvoľňuje ako teplo.
Účinnosť prvých žiaroviek, kde uhlíková tyč fungovala ako vlákno, bola v porovnaní s modernými zariadeniami ešte nižšia. Je to spôsobené dodatočnými stratami v dôsledku konvekcie. Špirálové vlákna majú nižšie percento týchto strát.
Účinnosť žiarovky priamo závisí od teploty ohrevu špirály. Štandardne sa špirála 60 W žiarovky zahrieva až na 2700 ºС, pritáto účinnosť je len 5%. Je možné zvýšiť hodnotu ohrevu na 3400 ºС zvýšením napätia, ale zníži sa tým životnosť zariadenia o viac ako 90%, hoci lampa bude svietiť jasnejšie a účinnosť sa zvýši na 15%.
Je nesprávne myslieť si, že zvýšenie výkonu lampy (100, 200, 300 W) vedie k zvýšeniu účinnosti len preto, že sa zvýšil jas zariadenia. Lampa začala jasnejšie svietiť vďaka väčšej sile samotnej špirály a v dôsledku väčšieho svetelného výkonu. Zvýšili sa však aj náklady na energie. Preto bude účinnosť 100 W žiarovky tiež v rozmedzí 5-7 %.
Rôzne žiarovky
Žiarovky sa dodávajú v rôznych prevedeniach a funkčných účeloch. Delia sa na svietidlá:
- Všeobecné použitie. Patria sem svietidlá pre domáce použitie rôzneho výkonu, určené pre sieťové napätie 220 V.
- Dekoratívny dizajn. Majú neštandardné typy baniek v podobe sviečok, gúľ a iných tvarov.
- Typ osvetlenia. Nízkoenergetické farebné lampy pre farebné osvetlenie.
- Miestna destinácia. Zariadenia bezpečného napätia do 40 V. Používajú sa na výrobných stoloch, na osvetlenie pracovísk obrábacích strojov.
- Zrkadlový povrch. Lampy, ktoré vytvárajú smerové svetlo.
- Typ signálu. Používa sa na prácu na paneloch rôznych zariadení.
- Na dopravu. Široká škála svietidiel so zvýšenou odolnosťou proti opotrebovaniu a spoľahlivosťou. Má užívateľsky príjemný dizajn pre rýchlu výmenu.
- Pre reflektory. Lampy so zvýšeným výkonom, dosahujúce až 10 000 W.
- Pre optické zariadenia. Lampy pre filmové projektory a podobné zariadenia.
- Komunitár. Používa sa ako segmenty digitálneho displeja meracích prístrojov.
Pozitívne a negatívne strany žiaroviek
Osvetľovacie zariadenia typu žiarovky majú svoje vlastné charakteristiky. Medzi pozitíva patria:
- okamžité zapálenie cievky;
- environmentálna bezpečnosť;
- malá veľkosť;
- spravodlivá cena;
- schopnosť vytvárať zariadenia s rôznym výkonom a prevádzkovým napätím striedavého aj jednosmerného prúdu;
- všestrannosť použitia.
Do záporu:
- nízkoúčinná žiarovka;
- náchylnosť na život zachraňujúce prepätia;
- krátky pracovný čas nepresahujúci 1000;
- nebezpečenstvo požiaru lámp v dôsledku silného zahrievania žiarovky;
- krehký dizajn.
Iné typy svietidiel
Existujú osvetľovacie lampy, ktorých princíp sa zásadne líši od fungovania žiaroviek. Patria sem plynové výbojky a LED žiarovky.
Existuje veľa oblúkových alebo plynových výbojok, ale všetky sú založené na žiare plynu, keď medzi elektródami vznikne oblúk. Žiara sa vyskytuje v ultrafialovom spektre, ktoré sa potom premení na viditeľné pre ľudské oko.prechodom cez fosforový povlak.
Proces, ktorý prebieha v plynovej výbojke, zahŕňa dve fázy práce: vytvorenie oblúkového výboja a udržiavanie ionizácie a žiaru plynu v žiarovke. Preto všetky typy takýchto svietidiel majú systém riadenia prúdu. Fluorescenčné zariadenia majú vyššiu účinnosť ako žiarovky, ale nie sú bezpečné, pretože obsahujú ortuťové výpary.
Zariadenia na osvetlenie LED sú najmodernejšie systémy. Účinnosť žiarovky a LED žiarovky je neporovnateľná. V druhom prípade dosahuje 90 %. Princíp činnosti LED je založený na žiare určitého typu polovodiča pod vplyvom napätia.
Čo nemá rada žiarovka
Životnosť obyčajnej žiarovky sa skráti, ak:
- Napätie v sieti je neustále nadhodnotené od menovitého napätia, na ktoré je osvetľovacie zariadenie konštruované. Je to spôsobené zvýšením prevádzkovej teploty vykurovacieho telesa a v dôsledku toho zvýšeným odparovaním kovovej zliatiny, čo vedie k jej poruche. Hoci účinnosť žiarovky bude väčšia.
- Počas prevádzky lampou prudko zatraste. Keď sa kov zahreje do stavu blízkeho roztaveniu a vzdialenosť medzi závitmi špirály sa zmenší v dôsledku expanzie látky, akýkoľvek mechanický, prudký pohyb môže viesť k okom nepostrehnuteľnému okruhu medzi závitmi. To znižuje celkový odpor cievky voči prúdu, prispieva k jej väčšiemu a rýchlemu zahrievaniuvyhorenie.
- Voda sa dostane na vyhrievanú banku. V mieste nárazu dochádza k teplotnému rozdielu, ktorý spôsobí rozbitie skla.
- Dotknite sa prstami žiarovky halogénovej žiarovky. Halogénová žiarovka je typom žiarovky, má však výrazne vyšší svetelný a tepelný výkon. Pri dotyku zostane na banke neviditeľná mastná škvrna z prsta. Vplyvom teploty dochádza k spaľovaniu tuku a tvorbe uhlíkových usadenín, ktoré bránia prenosu tepla. Výsledkom je, že v mieste kontaktu sa sklo začne topiť a môže prasknúť alebo napučiavať, čím sa naruší režim plynu vo vnútri, čo vedie k vyhoreniu špirály. Halogénové žiarovky majú vyššiu účinnosť ako obyčajné.
Ako vymeniť lampu
Ak je lampa vypálená, ale žiarovka sa nezrútila, môžete ju po úplnom vychladnutí vymeniť. V takom prípade vypnite napájanie. Pri zaskrutkovaní lampy nie je potrebné nasmerovať oči jej smerom, najmä ak nie je možné vypnúť elektrinu.
Keď žiarovka praskne, ale zachovala si svoj tvar, odporúča sa zobrať bavlnenú handričku, zložiť ju do niekoľkých vrstiev a ovinúť ju okolo lampy a pokúsiť sa vybrať sklo. Potom pomocou klieští s izolovanými rukoväťami opatrne odskrutkujte základňu a naskrutkujte novú lampu. Všetky operácie sa musia vykonávať pri vypnutom napájaní.
Záver
Napriek skutočnosti, že účinnosť žiarovky je malé percento a má stále viac konkurentov, je relevantná v mnohých oblastiach života. Existuje dokonca aj najstaršia žiarovka, ktorá nepretržite funguje viac ako sto rokov. Nie je to potvrdením a zvečnením génia myšlienky človeka, ktorý sa snaží zmeniť svet?
