Wady żarówek jako źródła światła
Przy wszystkich swoich zaletach wszystkie żarówki, począwszy od próżni z włóknem węglowym, a skończywszy na wypełnionych gazem wolframowym, mają dwie ważne wady jako źródła światła:
- niska wydajność, tj. niska wydajność promieniowania widzialnego na jednostkę przy tej samej mocy;
- silna różnica w widmowym rozkładzie energii z naturalnego oświetlenia (światło słoneczne i rozproszone światło dzienne), charakteryzująca się słabym promieniowaniem widzialnym krótkofalowym i przewagą fal długich.
Pierwsza okoliczność sprawia, że używanie żarówek jest nieopłacalne z ekonomicznego punktu widzenia, druga — skutkuje zniekształceniem barwy przedmiotów. Obie wady wynikają z tej samej okoliczności: uzyskiwania promieniowania przez ogrzewanie ciała stałego w stosunkowo niskiej temperaturze ogrzewania.
Nie jest możliwe skorygowanie rozkładu energii w widmie żarówki, w sensie jego znacznej zbieżności z rozkładem w widmie słonecznym, ponieważ temperatura topnienia wolframu wynosi około 3700 ° K.
Ale nawet niewielki wzrost temperatury roboczej korpusu żarnika, powiedzmy, z temperatury barwowej 2800°K do 3000°K, prowadzi do znacznego skrócenia żywotności lampy (z około 1000 godzin do 100 godzin) z powodu do znacznego przyspieszenia procesu parowania wolframu.
Parowanie to prowadzi przede wszystkim do czernienia bańki lampy pokrytej wolframem, a w konsekwencji do utraty światła emitowanego przez lampę, a ostatecznie do spalenia żarnika.
Niska temperatura pracy obudowy żarnika jest również przyczyną małej mocy świetlnej i niskiej wydajności żarówek.
Obecność wypełnienia gazowego, które zmniejsza parowanie wolframu, umożliwia nieznaczne zwiększenie udziału energii emitowanej w widmie widzialnym w wyniku wzrostu temperatury barwowej. Zastosowanie zwiniętych włókien i wypełnienie cięższymi gazami (krypton, ksenon) pozwala na nieco dalsze zwiększenie frakcji promieniowania padającego na widzialny obszar, ale mierzone tylko w kilku procentach.
Najbardziej ekonomiczny, tj. o najwyższej skuteczności świetlnej, będzie źródłem, które przetwarza całą moc wejściową na promieniowanie o tej długości fali. Wydajność świetlna takiego źródła, czyli stosunek wytwarzanego przez nie strumienia świetlnego do maksymalnego możliwego strumienia przy tej samej mocy wejściowej, jest równy jedności. Okazuje się, że maksymalny strumień świetlny to 621 lm/W.
Wynika z tego jasno, że wydajność świetlna żarówek będzie znacznie niższa niż liczby charakteryzujące promieniowanie widzialne (7,7 — 15 lm / W).Odpowiednie wartości można znaleźć dzieląc moc świetlną lampy przez moc świetlną źródła o skuteczności świetlnej równej jedności. W rezultacie uzyskujemy skuteczność świetlną na poziomie 1,24% dla lampy próżniowej i 2,5% dla wypełnionej gazem.
Radykalnym sposobem ulepszenia żarówek byłoby znalezienie materiałów korpusu żarnika, które mogą pracować w znacznie wyższych temperaturach niż wolfram.
Zwiększyłoby to wydajność i poprawiło nasycenie ich emisji. Poszukiwania takich materiałów nie zakończyły się jednak sukcesem, w wyniku czego zbudowano bardziej ekonomiczne źródła światła o lepszym rozkładzie widmowym, oparte na zupełnie innym mechanizmie przetwarzania energii elektrycznej na światło.
Kolejna wada żarówek:
Dlaczego żarówki najczęściej przepalają się w momencie włączenia
Pomimo wyższości w ekonomii, żaden z typów lamp wyładowczych nie okazał się zdolny do zastąpienia żarówek do oświetlenia, z wyjątkiem świetlówki… Powodem tego jest niezadowalający skład widmowy promieniowania, które całkowicie zniekształca kolor obiektów.
Lampy wysokociśnieniowe z gazami obojętnymi mają wysoką skuteczność świetlną.Typowym przykładem jest Lampa sodowa, która ma najwyższą skuteczność świetlną spośród wszystkich gazowych lamp wyładowczych, w tym świetlówek. Jego wysoka sprawność wynika z faktu, że prawie cała moc wejściowa jest przetwarzana na promieniowanie widzialne.Wyładowanie w parach sodu emituje tylko żółty kolor w widzialnej części widma; dlatego przy oświetleniu lampą sodową wszystkie przedmioty nabierają zupełnie nienaturalnego wyglądu.
Wszystkie różne kolory wahają się od żółtego (biały) do czarnego (powierzchnia dowolnego koloru, która nie odbija żółtych promieni). Ten rodzaj oświetlenia jest wyjątkowo nieprzyjemny dla oka.
Tak więc gazowo-wyładowcze źródła światła przez samą metodę wytwarzania promieniowania (wzbudzanie poszczególnych atomów) okazują się z punktu widzenia właściwości ludzkiego oka podstawową wadą polegającą na liniowej budowie widmo.
Tej wady nie można całkowicie przezwyciężyć przez bezpośrednie wykorzystanie wyładowania jako źródła światła. Zadowalające rozwiązanie znaleziono, gdy bitowi nadano tylko funkcję wzbudzenie blasku luminoforów (świetlówki).
Świetlówki mają niekorzystną właściwość w porównaniu z lampami żarowymi, która polega na silnych wahaniach strumienia świetlnego podczas pracy na prąd przemienny.
Powodem tego jest znacznie mniejsza bezwładność blasku luminoforów w porównaniu z bezwładnością żarników żarówek, w wyniku czego przy dowolnym napięciu przechodzącym przez zero, co prowadzi do zakończenia wyładowania, luminoforowi udaje się stracić znaczną część swojej jasności, zanim nastąpi wyładowanie w przeciwnym kierunku. Okazuje się, że te wahania strumienia świetlnego świetlówek przekraczają 10 - 20 razy.
To niepożądane zjawisko można znacznie osłabić, włączając dwie sąsiadujące ze sobą świetlówki, tak aby napięcie jednej z nich było opóźnione w stosunku do napięcia drugiej o ćwierć okresu.Osiąga się to poprzez włączenie kondensatora do obwodu jednej z lamp, który tworzy pożądane przesunięcie fazowe. Korzystanie z pojemnika jednocześnie poprawia i Współczynnik mocy cała instalacja.
Jeszcze lepsze efekty uzyskuje się przy przełączaniu z przesunięciem fazowym trzech i czterech lamp. Dzięki trzem lampom możesz również zmniejszyć wahania strumienia świetlnego, włączając je w trzech fazach.
Pomimo szeregu wspomnianych powyżej wad, świetlówki, ze względu na swoją wysoką wydajność, rozpowszechniły się i swego czasu, w postaci konstrukcji świetlówek kompaktowych, wszędzie wymieniano żarówki. Ale era tych lamp też się skończyła.
Obecnie źródła światła LED stosowane są głównie w oświetleniu elektrycznym:
Urządzenie i zasada działania lampy LED