Žárovka

Konstrukce univerzálních žárovek počítá s pojistkou  - ztenčenou částí vývodu proudu z tělesa vlákna z kovaru a umístěnou mimo utěsněnou baňku žárovky - obvykle ve skleněné noze. Účelem pojistky je zabránit zničení žárovky při přetržení vlákna během provozu a v okamžiku zapnutí. V tomto případě vznikne v zóně prasknutí žhavicího tělesa elektrický oblouk , který roztaví zbytky kovu žlabového tělesa, kapky roztaveného kovu mohou zničit sklo baňky a způsobit požár. Pojistka je navržena tak, že při vzniku oblouku je zničena proudem oblouku, který výrazně převyšuje jmenovitý proud lampy. Pojistkový drát je umístěn v dutině, kde se tlak rovná atmosférickému, a proto oblouk, který vzniká při roztavení pojistky, snadno uhasne.

„... žárovky se často spálí hned při rozsvícení, když je závit studený a má nízký odpor . Aby se při vyhoření cívky neudržel obloukový výboj, který může způsobit přetížení elektrické sítě, výbuch žárovky a požár, má mnoho žárovek uvnitř pojistku v podobě úseku tenčího drátu vycházející ze základny uvnitř žárovky. Ve vypálené žárovce často pozorujeme kuličky roztaveného kovu ulpívající na skle zevnitř v zóně, kudy tento úsek procházel. [5]

Baňka

Skleněná baňka chrání vláknité těleso před atmosférickými plyny. Rozměry žárovky jsou určeny rychlostí nanášení materiálu vlákna.

V závislosti na typu lampy se používají různé druhy skla. Pro výrobu baněk pro žárovky a zářivky se obvykle používá sodnovápenatokřemičité sklo. Vysokoteplotní lampy používají borosilikátové sklo, zatímco vysokotlaké výbojky používají buď křemen nebo keramiku pro obloukovou trubici a borosilikátové sklo pro vnější baňku. Olověné sklo (obsahující 20 % až 30 % olova) se běžně používá k utěsnění konců trubic lamp.

Wolframové lampy . Baňky jsou obvykle vyrobeny z kalciumsilikátového skla, zatímco základ baňky je vyroben z olovnatého skla. .

Wolfram-halogenové žárovky . Místo skleněných baněk se používají baňky z křemenného skla , které snesou vyšší teploty. Křemenné baňky jsou však potenciálně nebezpečné pro oči a pokožku, protože křemenné sklo dobře propouští ultrafialové záření . Ačkoli wolframové vlákno vyzařuje relativně málo UV světla, může dlouhodobé vystavení na krátké vzdálenosti způsobit zarudnutí kůže a podráždění očí. Přídavná vnější baňka z obyčejného skla zpožďuje ultrafialové záření, což výrazně snižuje jeho škodlivý účinek, a také poskytuje ochranu před úlomky horké křemenné baňky v případě poruchy lampy během jejího provozu [6] .

Plnění plynu

Baňky prvních lamp byly evakuovány. Většina moderních lamp je plněna chemicky inertními plyny (s výjimkou nízkovýkonových lamp, které jsou stále vakuové) . Tepelné ztráty plynem v důsledku tepelné vodivosti se sníží výběrem plynu s velkou molární hmotností. Nejběžnější jsou směsi dusíku N 2 s argonem Ar pro jejich nízkou cenu, používá se i čistý sušený argon , méně často krypton Kr nebo xenon Xe ( molární hmotnosti : N 2  - 28,0134 g / mol ; Ar: 39,948 g/mol Kr - 83,798 g/mol, Xe - 131,293 g/mol).

Zvláštní skupinou jsou halogenové žárovky . Jejich základní vlastností je zavádění halogenů nebo jejich sloučenin do dutiny baňky . V takové lampě se kov odpařený z povrchu vlákna v chladné zóně lampy dostává do kombinace s halogeny za vzniku těkavých halogenidů. Halogenidy kovů se na rozžhaveném žhavém tělese rozkládají na kov a halogen, čímž se odpařený kov vrací zpět do žhavícího tělesa a uvolňuje halogen, dochází tak k nepřetržité cirkulaci kovu. Toto opatření prodlužuje životnost lampy a umožňuje zvýšit provozní teplotu.

Glow body

Tvary vláknitých těles jsou velmi rozmanité a závisí na funkčním účelu žárovek. Nejběžnější je drát kruhového průřezu, ale používají se i pásková vlákna z tenké kovové pásky. Proto je použití výrazu „ vlákno “ nežádoucí – správnější je termín „vláknité těleso“, obsažený v Mezinárodním osvětlovacím slovníku . U univerzálních žárovek je vláknové těleso upevněno ve tvaru půl šestiúhelníku pro rovnoměrnost světelného toku ve směrech.

Vláknové tělo prvních lamp bylo vyrobeno z uhlí ( sublimační teplota 3559 °C). Moderní lampy používají téměř výhradně wolframové cívky (bod tání 3422 ° C), někdy osmium - slitina wolframu . Aby se zmenšila velikost vláknitého tělesa, má obvykle tvar spirály, někdy je spirála podrobena opakované nebo dokonce terciární spirále, čímž je získána bi-spirála nebo trojspirála. Účinnost těchto výbojek je vyšší v důsledku snížení tepelných ztrát konvekcí (snižuje se tloušťka Langmuirovy vrstvy ).

Základna

Závitová základní forma běžné žárovky byla navržena Josephem Wilsonem Swanem . Rozměry soklu jsou standardizované. U svítidel pro domácnost jsou nejběžnější patice Edison E14 ( minion ), E27 a E40 (číslo udává vnější průměr v mm). V posledním desetiletí (2018) došlo k přechodu k použití hliníku jako materiálu pro sokl namísto dříve používané pozinkované oceli . Tyto základny nejsou dostatečně kompatibilní se standardními zásuvkami obsahujícími mosazné kontaktní jazýčky. Zejména v podmínkách vysoké vlhkosti, ale i uvnitř suchých místností dochází k postupnému přerušení kontaktu a v poslední fázi tohoto procesu vzniká oblouk, často propalující základnu. Měkkost hliníku způsobuje promáčknutí závitové části a vzpříčení, jakož i zaříznutí kontaktů kartuše do hliníku základny a jejich následné zlomení. Není známo, jak tato technologie prošla, jak platná pro použití, účinek má zvýšené nebezpečí požáru, vyvolává destrukci baňky a v některých případech způsobuje rozstřikování kapek kovu roztaveného obloukem. Zároveň jsou u podobných energeticky úsporných svítidel, a to i v nižší cenové kategorii, výhradně sokle z pozinkované mosazi (jako u žárovek pro zodpovědné aplikace). Podle norem SSSR se lampy s cínovými paticemi (z ocelového plechu pozinkovaného na ochranu proti korozi ) vyrábějí ve vzácných továrnách a v malých sériích, kontakt s takovou paticí ve standardní kazetě není přerušen po velmi dlouhou dobu, obojí při častém a dlouhodobém zapínání lampy a při dlouhých přestávkách. Existují také patice bez závitů (lampa je držena v kazetě kvůli tření nebo bez závitových spojek - například bajonet ) - britský standard pro domácnost a žárovky bez patice, často používané v autech .

V USA a Kanadě se používají jiné podstavce (je to částečně způsobeno jiným napětím v sítích  - 110 V, takže jiné velikosti podstavců zabraňují náhodnému zašroubování evropských svítidel určených pro jiné napětí): E12 (kandelábr), E17 (střední), E26 (standardní nebo střední), E39 (magnát) [7] . Také, podobně jako v Evropě, existují sokly bez závitu.

Elektrické parametry

Lampy jsou vyráběny pro různá provozní napětí . Síla proudu je určena Ohmovým zákonem ( I=U/R ) a výkon podle vzorce P=U·I , neboli P=U²/R . Protože kovy mají nízký měrný odpor , je k dosažení tohoto odporu zapotřebí dlouhý a tenký drát. Průměr drátu v běžných lampách je 20-50 mikrometrů .

Vzhledem k tomu, že vlákno má při zapnutí pokojovou teplotu, je jeho odpor přibližně o řád menší než odpor při provozní teplotě. Proto po zapnutí protéká vláknem krátkodobě velmi velký proud (desetinásobek až čtrnáctinásobek provozního proudu). Jak se vlákno zahřívá, jeho odpor se zvyšuje a proud klesá. Na rozdíl od moderních žárovek fungovaly žárovky s uhlíkovými vlákny po zapnutí na opačném principu - při zahřátí se jejich odpor snižoval a záře se pomalu zvyšovala.

Zvyšující se charakteristika odporu vlákna (odpor se zvyšuje s rostoucím proudem) umožňuje použití žárovky jako primitivního stabilizátoru proudu . V tomto případě je lampa zapojena sériově do stabilizovaného obvodu a průměrná hodnota proudu je zvolena tak, aby lampa pracovala napůl.

Odrůdy

Žárovky se dělí na (uspořádané v pořadí podle zvyšující se účinnosti):

• Vakuum (nejjednodušší)
• Argon (dusík-argon)
• Krypton
• Xenon-halogenové s IR reflektorem (protože většina záření lampy je v IR oblasti, odraz IR záření do lampy výrazně zvyšuje účinnost, jsou vyrobeny pro lovecké lampy)
• Žárovka s povlakem, který převádí infračervené záření do viditelné oblasti. Vyvíjejí se lampy s vysokoteplotním fosforem, které po zahřátí vyzařují viditelné spektrum.

Nomenklatura

Podle funkčního účelu a konstrukčních prvků se žárovky dělí na:

• lampy pro všeobecné použití (do poloviny 70. let se používal termín „lampy běžného osvětlení“). Nejmasivnější skupina žárovek určených pro všeobecné, místní a dekorativní účely osvětlení.
• dekorativní lampy vyráběné v figurálních baňkách. Nejoblíbenější jsou baňky ve tvaru svíčky o průměru asi 35 mm a kulové baňky o průměru asi 45 mm;
• lampy pro místní osvětlení , konstrukčně podobné lampám pro všeobecné použití, ale určené pro nízké (bezpečné) provozní napětí - 12, 24 nebo 36 (42) V. Rozsah - ruční (přenosné) lampy, stejně jako lampy pro místní osvětlení v průmyslových prostorách (na obráběcí stroje, pracovní stoly a podobně, kde je možný náhodný úder lampy);
• osvětlovací lampy vyráběné v barevných baňkách. Účel - osvětlovací instalace různých typů. Lampy tohoto typu mají zpravidla nízký výkon (10-25 W). Baňky se obvykle barví nanesením vrstvy anorganického pigmentu na jejich vnitřní povrch. Méně obvyklé jsou lampy s žárovkami natřenými zvenčí barevnými organickými laky ;
• reflexní žárovky mají baňku speciálního tvaru, jejíž část je pokryta reflexní vrstvou (tenký film z tepelně stříkaného hliníku ). Účelem zrcadlení je prostorové přerozdělení světelného toku svítidla za účelem jeho co nejefektivnějšího využití v rámci daného prostorového úhlu. Hlavním účelem zrcadlových LN je lokalizované místní osvětlení;
• signální svítilny se používají v různých světelných signalizačních zařízeních (prostředcích pro vizuální zobrazování informací), například v semaforech . Jedná se o nízkopříkonové žárovky navržené pro dlouhou životnost. Nejčastěji se vyrábí v barevných baňkách. V současnosti nahrazovány LED diodami;
• transportní lampy  - extrémně široká skupina lamp určených pro práci na různých vozidlech (auta, motocykly a traktory, letadla a helikoptéry, lokomotivy a železniční vozy a vozy metra, říční a námořní plavidla). Charakteristické vlastnosti: vysoká mechanická pevnost, odolnost proti vibracím, použití speciálních podložek, které umožňují rychlou výměnu žárovek ve stísněných podmínkách a zároveň zabraňují samovolnému vypadávání žárovek z objímek vlivem vibrací. Určeno pro napájení z palubní elektrické sítě vozidel (6-220 V);
• projektorové lampy mají obvykle vysoký výkon (do 10 kW, dříve se vyráběly lampy do 50 kW) a vysokou světelnou účinnost. Používá se v osvětlovacích zařízeních pro různé účely (osvětlení a světelná signalizace). Vlákno takové lampy je obvykle naskládáno kvůli speciální konstrukci a zavěšení v baňce je kompaktnější pro lepší zaostření;
• lampy pro optická zařízení , mezi které patří lampy pro zařízení pro promítání filmů, které se sériově vyráběly do konce 20. století, mají kompaktně naskládané spirály, mnohé jsou umístěny ve speciálních baňkách. Používá se v různých zařízeních (měřicí přístroje, lékařské vybavení atd.).

Speciální lampy

• Spínací lampy  jsou typem signálních lamp. Sloužily jako indikátory na rozvaděčích. Jsou to úzké dlouhé miniaturní lampy s hladkými paralelními kontakty, což umožňuje jejich umístění dovnitř tlačítek a snadnou výměnu. Vyráběly se varianty: KM 6-50, KM 12-90, KM 24-35, KM 24-90, KM 48-50, KM 60-50, kde první číslo znamená provozní napětí ve voltech, druhé - proud síla v miliampérech;
• Foto lampa , perekalnaya lampa  - druh žárovky, navržený tak, aby fungoval v přísně normalizovaném režimu nuceného napětí. Oproti běžným má zvýšenou světelnou účinnost (až 30 lm/W), krátkou životnost (4-8 hodin) a vysokou barevnou teplotu (3300-3400 K oproti 2700 K). V SSSR se vyráběly fotolampy o výkonu 300 a 500 wattů. Zpravidla mají matnou baňku. V současné době (XXI století) se prakticky přestaly používat kvůli vzniku odolnějších zařízení se srovnatelnou a vyšší účinností. Ve fotolaboratořích byly takové lampy obvykle napájeny ve dvou režimech:
  • Pilotní osvětlení  - napětí je sníženo o 20-30% pomocí LATR . Lampa zároveň pracuje s krátkou vzdáleností a má nízkou barevnou teplotu.
  • Jmenovité napětí [8] .
• Projekční lampy  - pro dia- a filmové projektory. Mají zvýšený jas (a v důsledku toho zvýšenou teplotu vlákna a sníženou životnost); obvykle je závit umístěn tak, že svítící plocha tvoří obdélník.
• Dvouvláknové žárovky :
  • v autě může mít svítilna světlometu jeden závit pro dálkové světlo, jiný pro potkávací světlo , nebo například v koncovém světle jeden závit pro obrysové světlo a druhý pro brzdové světlo. Kromě toho mohou takové svítilny obsahovat stínítko, které v režimu potkávacích světel omezuje paprsky, které by mohly oslňovat protijedoucí řidiče;
  • u některých letadel má přistávací a rolovací světlomet malý světelný závit, na kterém lampa funguje bez vnějšího chlazení, a vysoký světelný závit, který umožňuje získat výkonnější světlo, ale pouze s časovým omezením a s externím chlazením - foukané přicházejícím proudem vzduchu [9] ;
  • v železničních semaforech se pro zvýšení spolehlivosti používají dvouvláknové žárovky - když jedno vlákno vyhoří, další se automaticky zapne a poskytuje signál;
  • ve hvězdách moskevského Kremlu se používají speciálně navržené dvouvláknové žárovky, obě vlákna jsou zapojena paralelně.
• Lampa světlometu . Lampa složité speciální konstrukce používaná na pohybujících se předmětech, jejíž tvarová žárovka je vyrobena ve formě části pouzdra světlometu s reflektorem. Strukturálně obsahuje vlákno (vlákna) tepla, reflektor, difuzor, spojovací prvky, koncovky a tak dále. Žárovky do světlometů jsou široce používány v moderní automobilové technice a v letectví se používají již dlouhou dobu.
• Žárovka s rychlou odezvou , žárovka s tenkým vláknem, byla použita v optických systémech záznamu zvuku modulací jasu zdroje a v některých experimentálních fototelegrafních modelech . Vzhledem k malé tloušťce a hmotnosti vlákna vedlo přivedení napětí modulovaného signálem zvukového frekvenčního rozsahu (asi do 5 kHz) na takovou lampu ke změně jasu v souladu s okamžitým napětím signálu [10] . Od počátku 21. století se nepoužívají, kvůli přítomnosti mnohem odolnějších polovodičových světelných zářičů a mnohem méně inerciálních zářičů jiných typů.
• Topné lampy  - používají se jako zdroj tepla v různých zařízeních: sušící komory, laboratorní zařízení, elektrické sporáky, fixační jednotky laserových tiskáren a kopírek . V kancelářském vybavení je lineární halogenová lampa pevně namontována uvnitř otočného kovového hřídele potaženého teflonem, na který je přitlačován papír potažený tonerem . Vlivem tepla přenášeného z hřídele se toner roztaví a vtlačí do struktury papíru.
• Výbojky speciálního emisního spektra . Používá se v různých technologiích.
• Blikající lampy. V blikajících lampách je bimetalový spínač zapnutý v sérii s vláknem . Při zahřátí zářením lampy se bimetalová deska ohne a otevře elektrický kontakt, lampa zhasne, bimetalová deska po ochlazení kontakt opět sepne. Díky této konstrukci fungují takové lampy v režimu blikání.

Historie vynálezu

• V roce 1840 prováděl Angličan De la Rue pokusy s průchodem elektrického proudu platinovým drátem umístěným ve skleněném válci [11] , případně v něm vytvořil vakuum [12] .
• V roce 1840 Ruský vědec Alexander Milashenko zahajuje vývoj uhlíkového vlákna [13] .
• V roce 1841 získal Ir Frederick De Moleyn patent „na výrobu elektřiny a její aplikace pro osvětlení a pohyb“ ( anglicky  v roce 1841 získal patent na výrobu elektřiny a její aplikace pro osvětlení a pohyb ) [14]  což implikovalo (?) a použití zařízení s platinovým vláknem ve vakuu pro osvětlení [12] .
• V roce 1844 získal Američan John Starr americký a v roce 1845 britský patent na elektrickou lampu s uhlíkovým vláknem [12] .
• Němec Heinrich Goebel vyvinul v roce 1854 prototyp „moderní“ lampy: ohořelé bambusové vlákno umístěné ve skleněném válci, v jehož horní části bylo vytvořeno vakuum rtutí (podle principu rtuťového barometru ). životnost takových lamp byla několik hodin [11] . Během následujících 5 let vyvinul to, co mnozí nazývají první praktickou lampou. .
• V roce 1860 anglický chemik a fyzik Joseph Wilson Swan prokázal první výsledky a získal patent, ale potíže se získáním vakua vedly k tomu, že lampa Swan nefungovala dlouho a neefektivně.
• V roce 1863 Chernyshevsky ve svém románu Co je třeba udělat? popisuje „elektrické osvětlení“ v palácích budoucnosti.
• 11. července 1874 obdržel ruský inženýr Alexander Nikolajevič Lodygin patent číslo 1619 na žárovku. Jako vlákno použil uhlíkovou tyčinku, kalcinovanou speciálním způsobem bez kyslíku, umístěnou v evakuované hermeticky uzavřené nádobě. Výhodou jeho lampy oproti předchozím vzorkům byla delší životnost, díky větší rovnoměrnosti uhlíkové tyčinky a nepřítomnosti kyslíku v baňce, a také těsnost samotné baňky, která umožnila použití lamp mimo laboratorní podmínky [15] .
• V.F.Didrikhson v roce 1875 vylepšil Lodyginovu lampu tak, že z ní odčerpal vzduch a použil v lampě několik vlasů (pokud jeden z nich vyhořel, další se automaticky rozsvítila).
• V letech 1875-1876 ruský elektroinženýr Pavel Nikolajevič Jabločkov při práci na „ elektrické svíčce “ zjistil, že kaolin , kterým izoloval uhlíky svíčky, je při vysoké teplotě elektricky vodivý. Poté vytvořil „kaolinovou lampu“ , kde bylo „vlákno“ vyrobeno z kaolinu. Charakteristickým rysem této lampy bylo, že nevyžadovala vakuum a „vlákno“ nevyhořelo pod širým nebem. Yablochkov věřil, že žárovky nejsou slibné, a nevěřil v možnost jejich použití ve velkém měřítku a věnoval svůj výzkum obloukovým lampám . Na „kaolinovou lampu“ se zapomnělo a později německý fyzik Walter Nernst vytvořil podobnou lampu, kde vláknité tělo tvořil keramický materiál vyrobený ze zirkonu stabilizovaného ytriem . Nernstova lampa také nevyžadovala vakuum, protože keramika je odolná vůči oxidaci na vzduchu. Rysem použití "kaolinové lampy" Yablochkova a Nernstovy lampy je to, že vláknité těleso se musí nejprve zahřát na relativně vysokou teplotu, dokud se neobjeví dostatečná elektrická vodivost ; další ohřev vlákna na bílé teplo se provádí elektrickým proudem, který jím protéká. U prvních takových lamp se „vlákno“ zahřívalo zápalkou, následně se k předehřívání začaly používat startovací elektrické ohřívače [16] .
• Anglický vynálezce Joseph Wilson Swan obdržel v roce 1878 britský patent na žárovku z uhlíkových vláken. V jeho lampách bylo vlákno v atmosféře vzácného kyslíku , což umožnilo získat velmi jasné světlo.
• V roce 1879 si americký vynálezce Thomas Edison nechal patentovat lampu z uhlíkových vláken a vytvořil lampu s životností 40 hodin. Při výběru materiálu pro závit provedl Edison asi 1500 testů různých materiálů a poté asi 6000 experimentů na karbonizaci různých rostlin [11] [17] . Současně s vynálezy ke zlepšení designu lamp Edison významně přispěl k rozvoji principů systému elektrického osvětlení a centralizovaného napájení, což samo o sobě přispělo k širokému zavedení elektrických lamp v každodenním životě a ve výrobě [11 ] . Vynalezl také domácí otočný vypínač , unifikované patice atd. I přes tak krátkou životnost jeho lampy nahrazují do té doby používané plynové osvětlení. Nějakou dobu nesl vynález zobecněný název „Edison-Swan“.

Citát z The Hound of the Baskervilles říká Henry Baskerville: „Počkej, nebude to ani půl roku, než sem dám elektřinu a ty tato místa nepoznáš! U vchodu se rozsvítí Edisonovy a Svenovy lucerny s tisíci svíčkami.

• V 90. letech 19. století A. N. Lodygin vynalezl několik typů lamp s vlákny vyrobenými ze žáruvzdorných kovů [18] . Lodygin navrhl použití wolframových a molybdenových vláken v lampách a zkroucení vlákna ve formě spirály. Učinil první pokusy o odčerpání vzduchu z lamp, což udržovalo vlákno v oxidaci a mnohonásobně zvýšilo jejich životnost [19] . První americká komerční lampa s wolframovým vláknem byla následně vyrobena pod Lodyginovým patentem. Vyráběl také plynové lampy (s uhlíkovým vláknem a dusíkovou náplní).
• Od konce 90. let 19. století se objevují lampy se žhavícím vláknem z oxidu hořečnatého, thoria, zirkonia a yttria (Nernstova lampa) nebo vláknem z kovového osmia (Auerova lampa) a tantalu (Boltonova a Feuerleinova lampa) [20].
• V roce 1904 získali rakousko-uherští specialisté Sandor Just a Franjo Hanaman patent č. 34541 na použití wolframového vlákna v lampách. V Maďarsku byly vyrobeny první takové lampy, které vstoupily na trh prostřednictvím maďarské firmy Tungsram v roce 1905 [21] .
• V roce 1906 Lodygin prodal patent na wolframové vlákno společnosti General Electric . Ve stejném roce 1906 v USA postavil a uvedl do provozu závod na elektrochemickou výrobu wolframu, chromu a titanu. Vzhledem k vysokým nákladům na wolfram nachází patent pouze omezené uplatnění.
• V roce 1910 William Coolidge vynalezl vylepšený způsob výroby wolframového vlákna. Následně wolframové vlákno vytlačí všechny ostatní typy vláken.
• Zbývající problém s rychlým odpařováním vlákna ve vakuu vyřešil americký vědec, známý specialista v oblasti vakuové techniky Irving Langmuir , který od roku 1909 ve společnosti General Electric zavedl plnění žárovek. s inertními , přesněji řečeno, těžkými vzácnými plyny (zejména argonem), což výrazně prodloužilo jejich provozní dobu a zvýšilo světelný výkon [22] .

Účinnost a životnost

Téměř veškerá energie dodaná do lampy se přemění na záření. Ztráty vedením tepla a konvekcí jsou malé. Lidské oko však vidí jen úzký rozsah vlnových délek tohoto záření – rozsah viditelného záření. Hlavní síla toku záření spočívá v neviditelné infračervené oblasti a je vnímána jako teplo. Výkonový koeficient (COP) žárovek ( zde účinnost označuje poměr výkonu viditelného záření k celkovému spotřebovanému výkonu ) dosahuje maximální hodnoty 15 % při teplotě cca 3400 K. Při prakticky dosažitelných teplotách 2700 K (běžná 60W výbojka ) je světelná účinnost cca 5%; Žárovka má životnost přibližně 1000 hodin.

Se stoupající teplotou se zvyšuje účinnost žárovky, ale zároveň se výrazně snižuje její životnost. Při teplotě vlákna 3400 K je životnost pouze několik hodin. Jak je znázorněno na obrázku, při zvýšení napětí o 20 % se jas zdvojnásobí. Zároveň je životnost snížena o 95 %.

Snížení napájecího napětí sice snižuje účinnost, ale zvyšuje životnost. Takže snížení napětí na polovinu (například při sériovém zapojení) snižuje účinnost asi 4-5krát, ale výrazně zvyšuje životnost  - téměř tisíckrát. Tento efekt se často používá, když je třeba zajistit spolehlivé nouzové osvětlení bez zvláštních požadavků na osvětlení , například na podestách obytných budov. Často je proto při napájení střídavým proudem lampa zapojena do série s diodou , zatímco proud v lampě teče pouze během poloviny cyklu. Takové zahrnutí snižuje výkon téměř 2krát, což odpovídá snížení efektivního napětí téměř o faktor a světelný tok se snižuje více než 2krát.

Ve Spojených státech , hasičský sbor v Livermore , Kalifornie provozuje 60-watt [23] handmade lampu známou jako “ centennial Lamp ”. Od roku 1901 neustále hoří [24] . Neobvykle vysoká životnost lampy byla zajištěna především nízkým výkonem (4 watty), v hluboké krátké vzdálenosti, s velmi nízkou účinností. Lampa byla v roce 1972 zařazena do Guinessovy knihy rekordů [25] .

Vzhledem k tomu, že náklady na elektrickou energii spotřebovanou během životnosti žárovky jsou desetkrát vyšší než náklady na samotnou žárovku, existuje optimální napětí, při kterém jsou ekonomické náklady na osvětlení minimální. Optimální napětí je mírně vyšší než jmenovité napětí, proto jsou způsoby, jak zvýšit životnost snížením napájecího napětí, z ekonomického hlediska nerentabilní. Standardní parametry pro lampy s životností asi 1000 hodin byly dohodnuty řadou významných výrobců, kteří ve 30. letech minulého století založili švýcarskou společnost Phoebus ; zároveň bylo provedeno rozdělení světových odbytových trhů, byly sjednány dohody o nekonkurenci a zavedena end-to-end kontrola dodržování norem.

Životnost žárovky je omezena v menší míře odpařováním materiálu vlákna při provozu a ve větší míře nehomogenitami vznikajícími ve vláknu. Nerovnoměrné odpařování materiálu vlákna vede ke vzniku tenkých úseků se zvýšeným elektrickým odporem, což zase vede k ještě většímu zahřívání úseku vlákna a intenzivnímu odpařování materiálu v takových místech, protože výkon v sériovém elektrickém obvodu je úměrná I 2 · R . Dochází tak k nestabilitě ztenčování sekcí závitu. Když se jedno z těchto zúžení stane tak tenkým, že se materiál vlákna v tomto bodě roztaví nebo zcela odpaří, lampa selže.

K největšímu opotřebení vlákna dochází při náhlém přivedení napětí na lampu, proto je možné výrazně prodloužit její životnost použitím různých druhů zařízení pro měkký start.

Wolfram má při pokojové teplotě měrný odpor pouze 2krát větší než hliník . Když je lampa zapnutá, startovací proud překročí jmenovitý proud 10-15krát, což je důvod, proč lampy obvykle vyhoří v okamžiku, kdy jsou zapnuty. Pro ochranu napájecího zdroje před proudovými rázy, ke kterým dochází při spálení žárovky při zapnutí, je mnoho žárovek, například domácích, vybaveno vestavěnou pojistkou  - jedním ze zákeřných vodičů spojujících základnu žárovky s výstupem ze skleněného válce je vyroben tenčí než druhý, což je snadno vidět, po prozkoumání lampy a je to on, kdo je pojistka. Domácí lampa s výkonem 60 W tedy spotřebuje v době zapnutí přes 700 W a 100wattová lampa spotřebuje více než kilowatt. Jak se vlákno žárovky zahřívá, jeho odpor se zvyšuje a výkon klesá na nominální hodnotu.

Termistory NTC lze použít ke snížení zapínacího proudu . V okamžiku zapnutí je odpor studený a jeho odpor je vysoký. Po zahřátí se jeho odpor mnohonásobně sníží a do lampy je přivedeno téměř veškeré síťové napětí.

Méně běžně se používají omezovače jalového zapínacího proudu. Obvykle se k tomuto účelu používají tlumivky - tlumivky s feromagnetickým jádrem, tzv. balastní tlumivky, zapojené do série s výbojkou. V okamžiku sepnutí vlivem jevu samoindukce klesne na induktoru celé síťové napětí, což omezí rozběhový proud. Během provozu se materiál jádra v každém půlcyklu sítě dostává do hlubokého nasycení (v obvodech střídavého napětí) a poté je na lampu přivedeno téměř veškeré síťové napětí. Jiný přístup při použití balastních tlumivek využívá teplotní závislost odporu vlákna. Při zahřívání se zvyšuje odpor vlákna, respektive zvyšuje se napětí na lampě, což je signál pro posun škrticí klapky, například kontakt elektromagnetického relé , jehož vinutí je zapojeno paralelně s vláknem. Bez vyřazení předřadné tlumivky se výkon lampy sníží o 5–20 %, což může být užitečné pro prodloužení životnosti lampy.

Tyristorové spouště (automatické nebo ruční stmívače ) jsou také široce používány .

Nízkonapěťové žárovky při stejném výkonu mají delší životnost a světelný výkon díky většímu průřezu vlákna, což umožňuje zvýšit teplotu vlákna bez výrazného snížení životnosti. Proto je u vícelampových svítidel ( lustrů ) vhodné místo paralelního zapojení svítidel na síťové napětí použít sériové zapojení svítidel na nižší napětí [26] . Například místo šesti paralelně zapojených výbojek 220 V 60 W použijte šest výbojek 36 V 60 W zapojených do série, to znamená, že šest tenkých závitů vyměňte za několik silných zapojených v sérii. Nevýhodou tohoto řešení je snížení spolehlivosti osvětlení. Vyhoření některé ze sériově zapojených lamp vede k úplnému selhání osvětlení.

Níže je uveden přibližný poměr výkonu a světelného toku pro některé typy zdrojů, napětí 120 Voltů.

V tabulce je uveden přibližný poměr elektrického výkonu a světelného toku pro běžné průhledné žárovky hruškovitého tvaru, oblíbené v SNS a Rusku, patice E27, 220 V [31] .

Spálenou lampu, jejíž baňka si zachovala celistvost a závit se propadl pouze na jednom místě, lze opravit zatřesením a otočením tak, aby se konce závitu znovu spojily. Při průchodu proudu se konce vlákna mohou roztavit a lampa bude pokračovat v práci. V tomto případě však může selhat pojistka, která je součástí lampy (roztavit se / odlomit).

Výhody a nevýhody žárovek

Výhody

• nízká cena
• malá velikost
• nízká citlivost na výpadky proudu a přepětí
• okamžité zapálení a opětovné zapálení
• neviditelnost blikání při provozu na střídavý proud (důležité v podnicích)
• možnost používat ovládání jasu

• příjemné a známé spektrum v každodenním životě; Emisní spektrum žárovky je určeno výhradně teplotou pracovní tekutiny a nezávisí na žádných dalších podmínkách, což vyplývá z principu její činnosti. Nezáleží na použitých materiálech a jejich čistotě, je stabilní v čase a má 100% předvídatelnost a opakovatelnost. To je také důležité ve velkých instalacích a ve svítidlech se stovkami žárovek: není neobvyklé vidět, že při použití moderních fosforových nebo LED žárovek mají v rámci skupiny jiný barevný odstín. To snižuje estetickou dokonalost instalací. Pokud jedna žárovka selže, je často nutné vyměnit celou skupinu, ale i při instalaci žárovek ze stejné šarže dochází k odchylce spektra
• vysoký index podání barev , Ra 100
• spojité emisní spektrum
• ostré stíny (jako na slunečním světle) kvůli malé velikosti vyzařujícího tělesa
• spolehlivost v podmínkách nízkých a vysokých okolních teplot, odolná vůči kondenzátu
• excelence v hromadné výrobě
• možnost výroby lamp pro širokou škálu napětí (od zlomků voltu až po stovky voltů)
• nepřítomnost toxických složek a v důsledku toho absence potřeby infrastruktury pro sběr a likvidaci
• nedostatek ovládacího zařízení
• schopnost pracovat na jakémkoli druhu proudu
• necitlivost polarity napětí
• čistě aktivní elektrický odpor ( účiník jednotky )
• žádné bzučení při provozu na střídavý proud (kvůli absenci elektronického předřadníku, budiče nebo měniče)
• během provozu nevytváří rádiové rušení
• odolnost proti elektromagnetickým impulsům
• necitlivost na ionizující záření
• žárovky produkují nejnižší úroveň ultrafialového záření ve srovnání s jinými světelnými zdroji [32] . To může být důležité pro muzea, sběratele: destruktivní účinek ultrafialového záření vede ke žloutnutí materiálu, dochází k praskání [33]
• ekonomická proveditelnost instalace v místech s krátkodobým epizodickým zapínáním světla. Například ve spížích atd.

Nevýhody

• relativně krátká životnost
• nízký světelný výkon
• ostrá závislost světelné účinnosti a životnosti na napětí
• Světelná účinnost žárovek, definovaná jako poměr výkonu paprsků viditelného spektra k výkonu odebíranému z elektrické sítě, je velmi malá a nepřesahuje 4 %. Zařazení elektrické lampy přes diodu, která se často používá k prodloužení životnosti na podestách, ve vestibulech a dalších místech, která znesnadňují výměnu, dále prohlubuje její nevýhodu: účinnost je výrazně snížena a je zde také značná blikání světla
• Žárovky představují nebezpečí požáru. 30 minut po zapnutí žárovek dosáhne teplota vnějšího povrchu v závislosti na výkonu následujících hodnot:
  • 25W - 100°C,
  • 40W - 145°C,
  • 75W - 250°C,
  • 100W - 290°C,
  • 200W - 330°C.

Když se lampy dostanou do kontaktu s textilními materiály, jejich žárovka se ještě více zahřeje. Sláma, která se dotýká povrchu 60W lampy, se rozzáří asi po 67 minutách [34]

• v případě tepelného šoku nebo přetržení nitě pod napětím může válec explodovat
• zapínací proud při zapnutí (přibližně desetinásobek)
• ohřev částí lampy vyžaduje tepelně odolné armatury svítidel
• křehkost, citlivost na nárazy a vibrace

Omezení dovozu, nákupu a výroby

Kvůli potřebě šetřit energii a snižovat emise oxidu uhličitého do atmosféry mnoho zemí zavedlo nebo plánuje zavést zákaz výroby, nákupu a dovozu žárovek s cílem vynutit si jejich výměnu za energeticky úsporné ( kompaktní zářivky , LED , indukční a další) svítidla.

Dnem 1. září 2009 vstoupil v souladu se směrnicí 2005/32/ES v Evropské unii v platnost postupný zákaz výroby, nákupu v obchodech a dovozu žárovek (kromě speciálních žárovek) . Od roku 2009 jsou zakázány výbojky o výkonu 100 W a více, výbojky s matnou žárovkou 75 W a více (od 1. září 2010 [35] ) a další. Očekávalo se, že do roku 2012 bude zakázán dovoz a výroba žárovek s nižším výkonem [36] .

V Rusku

Dne 2. července 2009 na zasedání prezidia Státní rady pro energetickou účinnost v Archangelsku prezident Ruské federace D. A. Medveděv navrhl zakázat prodej žárovek v Rusku [37] .

D. 23. listopadu 2009 podepsal D. Medveděv zákon „O úspoře energie a energetické účinnosti ao změně některých právních předpisů Ruské federace“ , který dříve přijala Státní duma a schválila Rada federace [38] . Podle dokumentu není od 1. ledna 2011 v tuzemsku povolen prodej elektrických žárovek o výkonu 100 W a více a rovněž je zakázáno zadávat objednávky na dodávku žárovek jakéhokoli výkonu pro státní a obecní potřeby; Od 1. ledna 2013 může být zaveden zákaz elektrických lamp s výkonem 75 W nebo více a od 1. ledna 2014 - s výkonem 25 W nebo více.

Nařízení vlády Ruské federace ze dne 28. října 2013 č. 1973-R předpokládá postupné omezování oběhu žárovek v Ruské federaci v závislosti na jejich energetické účinnosti a rozsahu jejich použití, jakož i na stimulaci poptávky pro energeticky účinné světelné zdroje [39] . Konkrétní podmínky zákazu však dokument nestanoví.

Toto rozhodnutí je kontroverzní. Na jeho podporu jsou uvedeny zřejmé argumenty pro úsporu elektřiny a prosazení rozvoje moderních technologií. Proti - úvaze, že úspory na výměně žárovek jsou zcela negovány všudypřítomnými zastaralými a energeticky neefektivními průmyslovými zařízeními, elektrickými vedeními, které umožňují vysoké energetické ztráty, a také relativně vysokou cenou kompaktních zářivek a LED žárovek, které jsou nedostupné. k nejchudší části populace. V Rusku navíc neexistuje zavedený systém sběru a likvidace použitých zářivek, což nebylo při přijímání zákona zohledněno a v důsledku toho jsou zářivky obsahující rtuť nekontrolovatelně vyhazovány [40 ] [41] (většina spotřebitelů si není vědoma přítomnosti rtuti ve zářivce, protože není uvedena na obalu, ale místo „luminiscenční“ je uvedeno „úspora energie“). Při nízkých teplotách se mnoho „energeticky úsporných“ žárovek nedokáže spustit. Jsou také nepoužitelné v podmínkách vysokých teplot, například v pecích. Fluorescenční energeticky úsporné žárovky nejsou použitelné v reflektorech směrového světla, protože svítící těleso v nich je desetkrát větší než žárovka, což znemožňuje úzké zaostření paprsku. Vzhledem ke své vysoké ceně jsou „energeticky úsporné“ zářivky častěji předmětem krádeží z veřejných prostranství (například vchody do obytných budov), tyto krádeže způsobují výraznější materiální škody a v případě vandalismu (poškození zářivka z chuligánských motivů), hrozí nebezpečí kontaminace prostor rtuťovými parami.

Kvůli zákazu prodeje výbojek nad 100W začali někteří výrobci vyrábět výbojky o výkonu 93-97W [42] [43] [44] , což je v toleranci pro 100W výbojky a někteří přejmenovali jejich žárovky o výkonu 100 W a více do „zářičů tepla pro různé účely“ a takto to prodávají [45] . Kromě toho je volně prodejná řada specializovaných halogenových žárovek (což jsou v podstatě žárovky se standardní paticí) s výkonem vyšším než 100 a dokonce 200 W, od roku 2013 [46] . Vzhledem k nemožnosti plnohodnotné alternativy pro určité modely žárovek (například používaných ve svítidlech, reflektorech , při výrobě fotografických a filmových produktů) zářivek a LED žárovek, z důvodu zkreslené reprodukce barev v důsledku omezeného spektra, lze říci, že se zákaz nedotkne určité části žárovek a běžný spotřebitel bude mít stále možnost žárovky zakoupit a používat v každodenním životě.

Viz také

• " Lampa Iljič "
• " Stoletá lampa "
• Neonová lampa
• vyměňovat

Poznámky

1. ↑ https://www.deutschlandfunkkultur.de/wer-die-gluehbirne-wirklich-erfand.950.de.html?dram:article_id=134885
2. ↑ Bílé LED lampy potlačují produkci melatoninu - Gazeta.Ru | Věda . Datum přístupu: 27. října 2012. Archivováno z originálu 3. března 2012. (neurčitý)
3. ↑ „Co je? Kdo to?" Nakladatelství Astrel. Moskva, 2006
4. ↑ Molybden // Encyklopedický slovník mladého chemika. 2. vyd. / Comp. V. A. Kritsman, V. V. Stanzo. - M .: Pedagogika , 1990. - S. 147-148 . — ISBN 5-7155-0292-6 .
5. ↑ Proč se olověné baterie tak obtížně nabíjejí? / Sudo Null IT News
6. ↑ Výroba elektrických svítidel.
7. ↑ Koupit nástroje, osvětlení, elektro a DataComm Supplies Archivováno 19. listopadu 2011 na Wayback Machine // GoodMart.com
8. ↑ Fotolampa // Fotokinotechnika : Encyklopedie / Ch. vyd. E. A. Iofis . — M .: Sovětská encyklopedie , 1981. — 447 s.
9. ↑ Tu-134A. Uživatelský manuál. Kniha 6, část 1 . Získáno 6. září 2017. Archivováno z originálu 10. ledna 2011. (neurčitý)
10. ↑ Goldovsky E. M.  Sovětská filmová technologie. Nakladatelství Akademie věd SSSR, Moskva-Leningrad. 1950, C. 61
11. ↑ 1 2 3 4 Historie vynálezu a vývoje elektrického osvětlení . elektroknihovna.info. Získáno 3. října 2017. Archivováno z originálu dne 13. října 2016. (neurčitý)
12. ↑ 1 2 3 Kitsinelis, 2016 , str. 32.
13. ↑ 7. Žárovka s uhlíkovým vláknem Archivováno 30. září 2020 na Wayback Machine
14. ↑ Článek Historie parlamentu od Stephena Farrella Archivováno 29. ledna 2019 na Wayback Machine .
15. ↑ První žárovky na světě Archivováno 21. dubna 2019 na Wayback Machine / článek na radiobank.ru .
16. ↑ Allan Mills Nernstova lampa. Elektrická vodivost v nekovových materiálech. eRittenhouse, Vol.24, No. 1, červen 2013. [1]  (odkaz není k dispozici)
17. ↑ George S. Bryan. Edison, muž a jeho díla . - New York: Garden City Publishing, 1926. - S. 284.  (anglicky)
18. ↑ A. de Lodyguine, patent USA 575 002 „Osvětlovací prostředek pro žárovky“. Přihláška 4. ledna 1893 .
19. ↑ G.S. Landsberg. Základní učebnice fyziky (nepřístupný odkaz) . Získáno 15. dubna 2011. Archivováno z originálu 1. června 2012. (neurčitý) 
20. ↑ Elektrické osvětlení // Malý encyklopedický slovník Brockhaus a Efron  : ve 4 svazcích - Petrohrad. , 1907-1909.
21. ↑ Historie Tungsramu  (anglicky) (PDF)  (nedostupný odkaz) . Archivováno z originálu 1. června 2012.
22. ↑ Ganz a Tungsram - 20. století  (anglicky)  (odkaz není k dispozici) . Získáno 4. října 2009. Archivováno z originálu 20. června 2007.
23. ↑ Erica Ho. Nejstarší žárovka na světě svítí už 110  let . Čas (16. června 2011). Získáno 11. dubna 2017. Archivováno z originálu dne 23. listopadu 2016.
24. ↑ Žárovka  Metuzalémové . www.roadsideamerica.com . Získáno 24. srpna 2008. Archivováno z originálu 1. června 2012.
25. ↑ Nejdéle hořící žárovka . Guinessovy světové rekordy. Archivováno z originálu 4. dubna 2011.  (neurčitý).
26. ↑ A. D. Smirnov, K. M. Antipov. Referenční kniha energie. Moskva, Energoatomizdat, 1987.
27. ↑ 1 2 3 Keefe, TJ The Nature of Light (odkaz není k dispozici) . Získáno 5. listopadu 2007. Archivováno z originálu 1. června 2012. (neurčitý) 
28. ↑ 1 2 Klipstein, Donald L. The Great Internet Light Bulb Book, Part I (odkaz není k dispozici) . Získáno 16. dubna 2006. Archivováno z originálu 1. června 2012. (neurčitý) 
29. ↑ 1 2 Viditelné spektrum černého tělesa
30. ↑ Teoretická limita. Význam vyplývá z definice jednotky kandela pro svítivost v Mezinárodní soustavě jednotek (SI) .
31. ↑ 1 2 Žárovky, vlastnosti . Získáno 13. února 2011. Archivováno z originálu 12. května 2012. (neurčitý)
32. ↑ 1. Osvětlení muzejních sbírek s ochranou exponátů před působením světla. | ART konzervace . Získáno 1. března 2018. Archivováno z originálu 2. března 2018. (neurčitý)
33. ↑ Archivovaná kopie . Získáno 1. 3. 2018. Archivováno z originálu 3. 4. 2018. (neurčitý)
34. ↑ Taubkin S. I. Oheň a výbuch, rysy jejich odbornosti - M., 1999 s. 104
35. ↑ 75wattové žárovky se budou v EU prodávat 1. září. . Získáno 31. srpna 2010. Archivováno z originálu 5. března 2016. (neurčitý)
36. ↑ EU omezuje od 1. září prodej žárovek, Evropané jsou nešťastní. Interfax-Ukrajina. . Získáno 11. září 2009. Archivováno z originálu 30. srpna 2009. (neurčitý)
37. ↑ Medveděv navrhl zakázat „Iljičovy žárovky“ Archivní kopie z 13. května 2021 na Wayback Machine // Lenta.ru, 07/2/2009
38. ↑ Federální zákon Ruské federace ze dne 23. listopadu 2009 č. 261-FZ „O úsporách energie ao zvyšování energetické účinnosti ao změně některých právních předpisů Ruské federace“ . Získáno 26. dubna 2020. Archivováno z originálu dne 31. října 2019. (neurčitý)
39. ↑ Nařízení vlády Ruské federace ze dne 28. října 2013 č. 1973-R „O schválení akčního plánu, který zajišťuje omezení obratu žárovek v Ruské federaci a stanoví systém opatření zaměřených na stimulaci poptávky pro energeticky účinné světelné zdroje“ . Získáno 4. prosince 2013. Archivováno z originálu dne 23. září 2015. (neurčitý)
40. ↑ Nebezpečná spirála . Stiskněte Review . "Energie a průmysl Ruska" . Získáno 30. ledna 2013. Archivováno z originálu 11. září 2014. (neurčitý)
41. ↑ Obecné schéma sanitárního čištění města Kungur (docx)  (nepřístupný odkaz) . Oficiální stránky města Kungur . Získáno 28. ledna 2013. Archivováno z originálu 30. května 2013. (neurčitý)
42. ↑ Sabotáž veta Archivní kopie z 26. října 2020 na Wayback Machine // Lenta.ru , 28.1.2011
43. ↑ Lisma uvedla na trh novou řadu žárovek (nepřístupný odkaz) . SUE RM "LISMA" . Datum přístupu: 13. ledna 2011. Archivováno z originálu 29. ledna 2011. (neurčitý) 
44. ↑ Potřeba vynálezů je mazaná: 95W ​​žárovky byly v prodeji Archivní kopie ze dne 27. září 2020 na Wayback Machine // EnergoVOPROS.ru
45. ↑ Iljičovy žárovky mají pravnoučata Archivní kopie z 29. října 2013 na Wayback Machine // ampravda.ru
46. ↑ Halogenové žárovky s přídavnou žárovkou - patice E14, E27, B15d (Philips, OSRAM, GE, Camelion) (nedostupný odkaz) . "Elektroinstalace MPO" . Získáno 14. listopadu 2013. Archivováno z originálu 24. října 2013. (neurčitý) 

Literatura

• A. Zukauskas, MS Shur a R. Caska Úvod do polovodičového osvětlení, John Willey & Sohn, 2002
• K. Bando Symp. Proč. Z 8. Int. Symp. na Sci. & Tech. světelných zdrojů 1998, 80
• Spiros Kitsinelis. Světelné zdroje: Technologie a aplikace . - CRC Press, 2016. - 226 s. — ISBN 1439820813 .

Odkazy

• Elektrická žárovka - článek z Velké sovětské encyklopedie . 
• Článek "Jak se vyrábějí žárovky?"  (nedostupný odkaz)
• Přehled moderních žárovek /webarchive/
• Video "Jak se vyrábějí žárovky?"
• Výběr článků o žárovkách /webarchive/
• Normy připojovacích rozměrů - patice a patice elektrických svítidel

Slovníky a encyklopedie	Velká dánština Velká Katalánština Skvělý norský Velký Rus Britannica (online) Britannica (online) Britannica (online)
V bibliografických katalozích BNF : 122625884 GND : 4122178-3 J9U : 987007536058105171 LCCN : sh85041761 NDL : 00561385 NKC : ph778886