Švihněte vypínačem – a tmavá místnost se okamžitě změnila, byly vidět detaily nejmenších prvků interiéru. Takto se energie z malého zařízení okamžitě šíří a zaplavuje vše kolem světlem. Proč vytváříte tak silné záření? Odpověď se skrývá v názvu osvětlovacího zařízení, kterému se říká žárovka.
Historie vzniku prvních světelných prvků
Počátky prvních žárovek se datují na začátek 19. století. Nebo spíše, lampa se objevila o něco později, ale již byl pozorován účinek záře platinových a uhlíkových tyčí při působení elektrické energie. Před vědci vyvstaly dvě obtížné otázky:
- hledání vysoce odolných materiálů schopných zahřát se vlivem proudu do stavu emise světla;
- Prevence rychlého spalování materiálu ve vzduchu.
Výzkum avynálezy ruského vědce Alexandra Nikolajeviče Lodygina a Američana Thomase Edisona.
Lodygin navrhl použít uhlíkové tyčinky jako žhavící prvek, které byly v uzavřené baňce. Nevýhodou konstrukce byla obtížnost odčerpávání vzduchu, jehož zbytky přispívaly k rychlému spalování tyčí. Ale přesto jeho lampy hořely několik hodin a vývoj a patenty se staly základem pro vytvoření odolnějších zařízení.
Americký vědec Thomas Edison, který se seznámil s prací Lodygina, vyrobil účinnou vakuovou baňku, do které vložil uhlíkové vlákno vyrobené z bambusového vlákna. Edison také opatřil základnu lampy závitovým připojením, které je vlastní moderním lampám, a vynalezl mnoho elektrických prvků, jako jsou: zástrčka, pojistka, otočný spínač a mnoho dalšího. Účinnost žárovky Edison byla malá, i když mohla pracovat až 1000 hodin času a získala praktické využití.
Následně bylo místo uhlíkových prvků navrženo používat žáruvzdorné kovy. Wolframové vlákno používané v moderních žárovkách bylo také patentováno společností Lodygin.
Zařízení a princip fungování lampy
Design žárovky se více než sto let zásadně nezměnil. Zahrnuje:
- Hermeticky uzavřená baňka, která ohraničuje pracovní prostor a je naplněna inertním plynem.
- Podstavec, který máspirálovitý tvar. Slouží k uchycení lampy v objímce a jejímu elektrickému připojení k částem pod proudem.
- Vodiče, které vedou proud ze základny do spirály a drží ji.
- Žhavící spirála, jejíž zahřívání vytváří emisi světelné energie.
Když elektrický proud prochází cívkou, okamžitě se zahřeje na nejvyšší teploty až 2700 stupňů. To je způsobeno tím, že spirála má velký proudový odpor a na překonání tohoto odporu je vynaloženo mnoho energie, která se uvolňuje jako teplo. Teplo zahřeje kov (wolfram) a začne vyzařovat fotony světla. Díky tomu, že baňka neobsahuje kyslík, wolfram při zahřívání neoxiduje a nevyhoří. Inertní plyn chrání horké kovové částice před vypařováním.
Jaká je účinnost žárovky
Účinnost ukazuje, jaké procento vynaložené energie se přemění na užitečnou práci a jaké ne. V případě žárovky je účinnost nízká, protože pouze 5–10 % energie jde na vyzařování světla, zbytek se uvolňuje jako teplo.
Účinnost prvních žárovek, kde uhlíková tyč fungovala jako vlákno, byla ve srovnání s moderními zařízeními ještě nižší. To je způsobeno dodatečnými ztrátami v důsledku konvekce. Spirální vlákna mají nižší procento těchto ztrát.
Účinnost žárovky přímo závisí na teplotě ohřevu spirály. Cívka žárovky 60 W se standardně zahřívá až na 2700 ºС, přitato účinnost je pouze 5 %. Je možné zvýšit hodnotu ohřevu na 3400 ºС zvýšením napětí, ale tím se zkrátí životnost zařízení o více než 90 %, ačkoli lampa bude svítit jasněji a účinnost se zvýší na 15 %.
Je mylné si myslet, že zvýšení výkonu lampy (100, 200, 300 W) vede ke zvýšení účinnosti pouze proto, že se zvýšil jas zařízení. Lampa začala svítit jasněji díky větší síle samotné spirály a v důsledku většího světelného výkonu. Zvýšily se ale i náklady na energie. Proto bude účinnost 100W žárovky také v rozmezí 5-7%.
Různé druhy žárovek
Žárovky se dodávají v různých provedeních a funkčních účelech. Jsou rozděleny do svítidel:
- Obecné použití. Patří sem žárovky pro domácí použití různého výkonu, určené pro síťové napětí 220 V.
- Dekorativní design. Mají nestandardní typy baněk ve formě svíček, koulí a dalších tvarů.
- Typ osvětlení. Nízkoenergetické barevné lampy pro barevné osvětlení.
- Místní destinace. Zařízení bezpečného napětí do 40 V. Používají se na výrobních stolech, k osvětlení pracovišť obráběcích strojů.
- Zrcadlově potažené. Lampy, které vytvářejí směrové světlo.
- Typ signálu. Používá se k práci v řídicích panelech různých zařízení.
- Pro dopravu. Široká škála žárovek se zvýšenou odolností proti opotřebení a spolehlivostí. Má uživatelsky přívětivý design pro rychlou výměnu.
- Pro reflektory. Lampy se zvýšeným výkonem, dosahující až 10 000 W.
- Pro optická zařízení. Lampy pro filmové projektory a podobná zařízení.
- Komunita. Používá se jako segmenty digitálního displeje měřicích přístrojů.
Pozitivní a negativní strany žárovek
Osvětlovací zařízení žárovkového typu mají své vlastní charakteristiky. Mezi pozitiva patří:
- okamžité zapálení cívky;
- environmentální bezpečnost;
- malá velikost;
- spravedlivá cena;
- schopnost vytvářet zařízení s různým výkonem a provozním napětím AC i DC;
- všestrannost použití.
Do záporu:
- nízká účinná žárovka;
- náchylnost na život zachraňující přepětí;
- krátká pracovní doba nepřesahující 1000;
- nebezpečí požáru lamp v důsledku silného zahřátí žárovky;
- křehký design.
Jiné typy svítidel
Existují osvětlovací žárovky, jejichž princip se zásadně liší od provozu žárovek. Patří mezi ně plynové výbojky a LED lampy.
Existuje mnoho obloukových nebo plynových výbojek, ale všechny jsou založeny na záři plynu, když mezi elektrodami vznikne oblouk. Záře se vyskytuje v ultrafialovém spektru, které je následně přeměněno na viditelné pro lidské oko.průchodem přes fosforový povlak.
Proces, ke kterému dochází v plynové výbojce, zahrnuje dvě fáze práce: vytvoření obloukového výboje a udržení ionizace a záře plynu v žárovce. Proto všechny typy takových svítidel mají systém řízení proudu. Fluorescenční zařízení mají vyšší účinnost než žárovky, ale nejsou bezpečná, protože obsahují rtuťové páry.
LED osvětlovací zařízení jsou nejmodernější systémy. Účinnost žárovky a LED žárovky je nesrovnatelná. V druhém případě dosahuje 90 %. Princip činnosti LED je založen na záři určitého typu polovodiče pod vlivem napětí.
Co nemá ráda žárovka
Životnost běžné žárovky se zkrátí, pokud:
- Napětí v síti je neustále nadhodnocené od jmenovitého, pro které je osvětlovací zařízení navrženo. To je způsobeno zvýšením provozní teploty topného tělesa a v důsledku toho zvýšeným odpařováním kovové slitiny, což vede k jeho selhání. I když účinnost žárovky bude vyšší.
- Během provozu lampou prudce zatřeste. Když se kov zahřeje do stavu blízkého roztavení a vzdálenost mezi závity spirály se zmenší v důsledku expanze látky, jakýkoli mechanický, prudký pohyb může vést k okem nepostřehnutelnému okruhu mezi závity. To snižuje celkový odpor cívky vůči proudu, přispívá k jejímu většímu a rychlému zahřívánívyhoření.
- Voda se dostane na zahřívanou baňku. V místě nárazu dochází k teplotnímu rozdílu, který způsobí rozbití skla.
- Dotkněte se prsty žárovky halogenové žárovky. Halogenová žárovka je druh žárovky, ale má výrazně vyšší světelný a tepelný výkon. Při dotyku zůstane na baňce neviditelná mastná skvrna z prstu. Vlivem teploty dochází k vypalování tuku a tvorbě karbonových usazenin, které brání přenosu tepla. V důsledku toho se sklo v místě kontaktu začne tavit a může prasknout nebo nabobtnat, což naruší plynový režim uvnitř, což vede k vyhoření spirály. Halogenové žárovky mají vyšší účinnost než obyčejné.
Jak vyměnit lampu
Pokud je lampa spálená, ale žárovka se nezhroutila, můžete ji po úplném vychladnutí vyměnit. V takovém případě vypněte napájení. Při zašroubování lampy není třeba nasměrovat oči jejím směrem, zvláště pokud není možné vypnout elektřinu.
Když žárovka praskne, ale zachovala si svůj tvar, je vhodné vzít bavlněnou látku, složit ji v několika vrstvách a omotat ji kolem lampy a pokusit se vyjmout sklo. Dále pomocí kleští s izolovanými rukojeťmi opatrně odšroubujte základnu a našroubujte novou lampu. Všechny operace musí být prováděny s vypnutým napájením.
Závěr
Navzdory skutečnosti, že účinnost žárovky je malé procento a má stále více konkurentů, je relevantní v mnoha oblastech života. Existuje dokonce nejstarší žárovka, nepřetržitě fungující více než sto let. Není to potvrzení a zvěčnění génia myšlenky člověka, který se snaží změnit svět?
