Az izzólámpák, mint fényforrás hátrányai
Minden előnye ellenére minden izzólámpának, kezdve a szénszálas vákuummal és a wolframgázzal töltött lámpákkal, két fontos hátránya van fényforrásként:
- alacsony hatásfok, pl. a látható sugárzás egységenkénti alacsony hatékonysága azonos teljesítmény mellett;
- erős különbség a természetes megvilágításból származó energia spektrális eloszlásában (napfény és szórt nappali fény), amelyet gyenge rövidhullámú látható sugárzás és a hosszú hullámok túlsúlya jellemez.
Az első körülmény gazdasági szempontból veszteségessé teszi az izzólámpák használatát, a második pedig a tárgyak színének torzulását vonja maga után. Mindkét hátrányt ugyanaz a körülmény okozza: sugárzást nyerünk szilárd anyag viszonylag alacsony fűtési hőmérsékleten történő hevítésével.
Az izzólámpa spektrumában az energiaeloszlást nem lehet korrigálni abban az értelemben, hogy jelentős konvergenciája van a napsugárzás eloszlásával, mivel a wolfram olvadáspontja körülbelül 3700 ° K.
De még az izzószáltest üzemi hőmérsékletének enyhe növekedése is, például 2800 °K-ról 3000 °K-ra, a lámpa élettartamának jelentős csökkenéséhez vezet (körülbelül 1000 óráról 100 órára). a volfrám párolgási folyamatának jelentős felgyorsítására.
Ez a párolgás elsősorban a wolfram bevonatú lámpabura elfeketedéséhez, következésképpen a lámpa által kibocsátott fény elvesztéséhez, végső soron az izzószál égéséhez vezet.
Az izzószálas ház alacsony üzemi hőmérséklete is az oka az izzólámpák alacsony fényteljesítményének és alacsony hatásfokának.
A wolfram elpárolgását csökkentő gáztöltés jelenléte lehetővé teszi a látható spektrumban kibocsátott energia hányadának kismértékű növelését a színhőmérséklet emelkedése miatt. A tekercselt filamentumok alkalmazása és a nehezebb gázokkal (kripton, xenon) való töltés lehetővé teszi a látható tartományra eső sugárzás hányadának kismértékű további növelését, de csak néhány százalékban mérve.
A leggazdaságosabb, i.e. a legnagyobb fényhatékonysággal olyan forrás lesz, amely az összes bemenő teljesítményt az adott hullámhosszú sugárzássá alakítja. Egy ilyen forrás fényhatékonysága, vagyis az általa létrehozott fényáram és az azonos bemeneti teljesítmény mellett lehetséges maximális fluxus aránya egyenlő egységgel. Kiderült, hogy a maximális fényteljesítmény 621 lm / W.
Ebből egyértelműen látszik, hogy az izzólámpák fényhatékonysága lényegesen alacsonyabb lesz, mint a látható sugárzást jellemző adatok (7,7-15 lm/W).A megfelelő értékeket úgy találhatjuk meg, hogy a lámpa fényerejét elosztjuk egy egység fényhatékonyságú forrás fényteljesítményével. Ennek eredményeként vákuumlámpánál 1,24%-os, gáztöltésűnél 2,5%-os fényhatásfokot kapunk.
Az izzólámpák fejlesztésének radikális módja az lenne, ha olyan izzószálas testanyagokat találnánk, amelyek lényegesen magasabb hőmérsékleten működnek, mint a volfrám.
Ez növelné a hatékonyságot és javítaná a kibocsátásuk színvilágát. Az ilyen anyagok keresését azonban nem koronázta siker, ennek eredményeként gazdaságosabb, jobb spektrális eloszlású fényforrások épültek, amelyek az elektromos energiát fénnyé alakító, teljesen más mechanizmusra épültek.
Az izzólámpák másik hátránya:
Miért égnek ki az izzólámpák leggyakrabban a bekapcsolás pillanatában
A gazdaságossági fölény ellenére egyik gázkisüléses lámpatípus sem bizonyult alkalmasnak a világítási izzólámpák helyettesítésére, kivéve fénycsövek… Ennek oka a sugárzás nem kielégítő spektrális összetétele, amely teljesen eltorzítja a tárgyak színét.
Az inert gázzal működő nagynyomású lámpák fényhatásfoka magas.Tipikus példa erre Nátrium lámpa, amely a legnagyobb fényhatékonysággal rendelkezik az összes gázkisülő lámpa közül, beleértve a fénycsöveket is. Nagy hatásfoka annak köszönhető, hogy a bemeneti teljesítmény szinte teljes egészében látható sugárzássá alakul.A nátriumgőzben lévő kisülés csak sárga színt bocsát ki a spektrum látható részén; ezért nátriumlámpával megvilágítva minden tárgy teljesen természetellenes megjelenést kölcsönöz.
Az összes különböző szín a sárgától (fehér) a feketéig terjed (bármilyen színű felület, amely nem tükrözi vissza a sárga sugarakat). Ez a fajta világítás rendkívül kellemetlen a szem számára.
Így a gázkisüléses fényforrások a sugárzás létrehozásának (az egyes atomok gerjesztésének) módszerével az emberi szem tulajdonságai szempontjából alapvető hibának bizonyulnak, amely a szem lineáris szerkezetében rejlik. spektrum.
Ezt a hátrányt nem lehet teljesen kiküszöbölni, ha közvetlenül a kisülést használjuk fényforrásként. Kielégítő megoldást találtunk, amikor a bit csak a funkciót kapta a fényporok izzásának gerjesztése (fluoreszkáló lámpák).
A fénycsöveknek az izzólámpákhoz képest kedvezőtlen tulajdonságuk van, ami a fényáram erős ingadozásából áll, ha váltakozó árammal működnek.
Ennek oka a fényporok izzásának lényegesen kisebb tehetetlensége az izzólámpák izzószálainak tehetetlenségéhez képest, aminek következtében bármely nullán áthaladó feszültségnél, ami a kisülés megszakadásához vezet, a fénypornak sikerül jelentős részét elveszíti fényességéből, mielőtt az ellenkező irányú kisülés megtörténik. Kiderült, hogy a fénycsövek fényáramának ezek az ingadozásai meghaladják a 10-20-szorost.
Ezt a nemkívánatos jelenséget nagymértékben gyengíthetjük, ha két szomszédos fénycsövet bekapcsolunk úgy, hogy az egyik feszültsége negyed periódussal elmarad a másodikétól.Ezt úgy érik el, hogy az egyik lámpa áramkörébe beépítenek egy kondenzátort, amely létrehozza a kívánt fáziseltolást. A konténer használata egyidejűleg javítja és Teljesítménytényező a teljes telepítést.
Még jobb eredmények érhetők el, ha három és négy lámpás fáziseltolással kapcsolunk. Három lámpával a fényáram ingadozását is csökkentheti, ha három fázisban kapcsolja be őket.
A fent említett számos hiba ellenére a fénycsövek nagy hatásfokuk miatt széles körben elterjedtek, és egy időben kompakt fénycsövek formájában az izzólámpákat mindenhol lecserélték. De ezeknek a lámpáknak a korszaka is véget ért.
Jelenleg a LED-es fényforrásokat főként elektromos világításban használják:
A LED lámpa készüléke és működési elve