Nevýhody žiaroviek ako svetelného zdroja
Napriek všetkým svojim výhodám majú všetky žiarovky, počnúc vákuom s uhlíkovým vláknom a končiac žiarovkami plnenými volfrámovým plynom, dve dôležité nevýhody ako svetelné zdroje:
- nízka účinnosť, t.j. nízka účinnosť viditeľného žiarenia na jednotku pri rovnakom výkone;
- výrazný rozdiel v spektrálnom rozložení energie z prirodzeného osvetlenia (slnečné svetlo a difúzne denné svetlo), charakterizované slabým krátkovlnným viditeľným žiarením a prevahou dlhých vĺn.
Prvá okolnosť spôsobuje, že používanie žiaroviek je z ekonomického hľadiska nerentabilné, druhá má za následok skreslenie farby predmetov. Obidve nevýhody sú spôsobené tou istou okolnosťou: získanie žiarenia zahrievaním pevnej látky pri relatívne nízkej teplote zahrievania.
Nie je možné korigovať rozloženie energie v spektre žiarovky v zmysle jej výraznej konvergencie s rozdelením v slnečnom spektre, keďže bod topenia volfrámu je cca 3700°K.
Ale aj mierne zvýšenie pracovnej teploty telesa vlákna, povedzme, z teploty farby 2 800 ° K na 3 000 ° K, vedie k výraznému zníženiu životnosti žiarovky (z približne 1 000 hodín na 100 hodín). k výraznému zrýchleniu procesu odparovania volfrámu.
Toto vyparovanie vedie predovšetkým k sčerneniu žiarovky potiahnutej volfrámom a následne k strate svetla vyžarovaného žiarovkou a nakoniec k vyhoreniu vlákna.
Nízka prevádzková teplota vláknitého puzdra je tiež dôvodom nízkeho svetelného výkonu a nízkej účinnosti žiaroviek.
Prítomnosť plynovej náplne, ktorá znižuje odparovanie volfrámu, umožňuje mierne zvýšiť podiel energie emitovanej vo viditeľnom spektre v dôsledku zvýšenia teploty farby. Použitie stočených vlákien a plnenie ťažšími plynmi (kryptón, xenón) umožňuje mierne ďalšie zvýšenie podielu žiarenia dopadajúceho na viditeľnú oblasť, ale merané len v niekoľkých percentách.
Najekonomickejšie, t.j. s najvyššou svetelnou účinnosťou, bude zdrojom, ktorý premieňa všetok vstupný výkon na žiarenie tejto vlnovej dĺžky. Svetelná účinnosť takéhoto zdroja, teda pomer ním vytvoreného svetelného toku k maximálnemu možnému toku pri rovnakom príkone, sa rovná jednotke. Ukazuje sa, že maximálny svetelný výkon je 621 lm / W.
Z toho je zrejmé, že svetelná účinnosť žiaroviek bude výrazne nižšia ako hodnoty charakterizujúce viditeľné žiarenie (7,7 — 15 lm/W).Zodpovedajúce hodnoty možno nájsť vydelením svetelného výkonu svietidla svetelným výkonom zdroja so svetelnou účinnosťou rovnajúcou sa jednotke. Výsledkom je svetelná účinnosť 1,24% pre vákuovú lampu a 2,5% pre plynovú lampu.
Radikálnym spôsobom, ako zlepšiť žiarovky, by bolo nájsť materiály s vláknami, ktoré dokážu pracovať pri výrazne vyšších teplotách ako volfrám.
To by zvýšilo účinnosť a zlepšilo sýtosť ich emisií. Hľadanie takýchto materiálov však nebolo korunované úspechom, v dôsledku čoho boli postavené hospodárnejšie svetelné zdroje s lepším spektrálnym rozložením založené na úplne inom mechanizme premeny elektrickej energie na svetlo.
Ďalšia nevýhoda žiaroviek:
Prečo sa žiarovky najčastejšie vypália v okamihu zapnutia
Napriek prevahe v hospodárnosti sa žiadny z typov plynových výbojok nepreukázal ako schopný nahradiť žiarovky na osvetlenie, s výnimkou žiarivky... Dôvodom je nevyhovujúce spektrálne zloženie žiarenia, ktoré úplne skresľuje farbu predmetov.
Vysokotlakové výbojky s inertnými plynmi majú vysokú svetelnú účinnosť Typickým príkladom je Sodíková lampa, ktorá má najvyššiu svetelnú účinnosť zo všetkých plynových výbojok vrátane žiariviek. Jeho vysoká účinnosť je spôsobená tým, že takmer všetok vstupný výkon sa premieňa na viditeľné žiarenie.Výboj v parách sodíka vyžaruje iba žltú farbu vo viditeľnej časti spektra; preto pri osvetlení sodíkovou výbojkou nadobudnú všetky predmety úplne neprirodzený vzhľad.
Všetky rôzne farby siahajú od žltej (bielej) po čiernu (povrch akejkoľvek farby, ktorý neodráža žlté lúče). Tento typ osvetlenia je mimoriadne nepríjemný pre oči.
Svetelné zdroje s plynovou výbojkou sa tak už samotným spôsobom tvorby žiarenia (excitácia jednotlivých atómov) ukazujú z hľadiska vlastností ľudského oka ako zásadná chyba spočívajúca v lineárnej štruktúre spektrum.
Túto nevýhodu nemožno úplne prekonať priamym použitím výboja ako zdroja svetla. Uspokojivé riešenie sa našlo, keď bit dostal iba funkciu excitácia žiary fosforov (žiarivky).
Žiarivky majú oproti žiarovkám nepriaznivú vlastnosť, ktorá spočíva v silnom kolísaní svetelného toku pri prevádzke na striedavý prúd.
Dôvodom je výrazne nižšia zotrvačnosť žiary fosforu v porovnaní so zotrvačnosťou vlákien žiaroviek, v dôsledku čoho pri akomkoľvek napätí prechádzajúcom nulou, čo vedie k ukončeniu výboja, sa fosforu podarí stratí značnú časť svojej jasnosti skôr, ako dôjde k výboju v opačnom smere. Ukazuje sa, že tieto výkyvy svetelného toku žiariviek presahujú 10 - 20 krát.
Tento nežiaduci jav sa dá značne zoslabiť zapnutím dvoch susediacich žiariviek tak, že napätie jednej z nich zaostáva za napätím druhej o štvrtinu periódy.To sa dosiahne zahrnutím kondenzátora do obvodu jednej zo svietidiel, čím sa vytvorí požadovaný fázový posun. Používanie nádoby súčasne zlepšuje a Účiník celú inštaláciu.
Ešte lepšie výsledky sa dosahujú pri spínaní s fázovým posunom troch a štyroch svietidiel. S tromi svietidlami môžete tiež znížiť kolísanie svetelného toku ich zapínaním na tri fázy.
Napriek množstvu vyššie uvedených nedostatkov sa žiarivky vďaka svojej vysokej účinnosti rozšírili a naraz sa vo forme kompaktných žiariviek všade vymieňali žiarovky. Ale aj éra týchto lámp sa skončila.
V súčasnosti sa svetelné zdroje LED používajú najmä v elektrickom osvetlení:
Zariadenie a princíp činnosti LED lampy