Nedostaci žarulja sa žarnom niti kao izvora svjetlosti
Uz sve svoje prednosti, sve žarulje sa žarnom niti, počevši od vakuumske s ugljičnom niti do onih punjenih volframovim plinom, imaju dva važna nedostatka kao izvora svjetlosti:
- niska učinkovitost, tj. niska učinkovitost vidljivog zračenja po jedinici pod istom snagom;
- jaka razlika u spektralnoj distribuciji energije prirodnog osvjetljenja (sunčeva svjetlost i difuzna dnevna svjetlost), koju karakterizira slabo kratkovalno vidljivo zračenje i prevlast dugih valova.
Prva okolnost čini upotrebu žarulja sa žarnom niti neisplativom s ekonomskog gledišta, druga - ima za posljedicu iskrivljavanje boje predmeta. Oba nedostatka uzrokovana su istom okolnošću: dobivanjem zračenja zagrijavanjem krutine na relativno niskoj temperaturi zagrijavanja.
Nije moguće korigirati raspodjelu energije u spektru žarulje sa žarnom niti, u smislu njene značajne konvergencije s raspodjelom u sunčevom spektru, budući da je talište volframa oko 3700 °K.
Ali čak i blagi porast radne temperature tijela žarne niti, recimo, s temperature boje od 2800 ° K na 3000 ° K, dovodi do značajnog smanjenja vijeka trajanja žarulje (od oko 1000 sati do 100 sati) zbog do značajnog ubrzanja procesa isparavanja volframa.
Ovo isparavanje prvenstveno dovodi do crnjenja žarulje žarulje obložene volframom i, posljedično, do gubitka svjetla koje emitira žarulja i na kraju do izgaranja žarne niti.
Niska radna temperatura kućišta žarne niti također je razlog slabog izlaza svjetlosti i niske učinkovitosti žarulja sa žarnom niti.
Prisutnost plinskog punjenja, koje smanjuje isparavanje volframa, omogućuje lagano povećanje udjela energije emitirane u vidljivom spektru zbog povećanja temperature boje. Korištenje namotanih filamenata i punjenje težim plinovima (kripton, ksenon) omogućuje malo daljnje povećanje udjela zračenja koje pada na vidljivo područje, ali mjereno samo u nekoliko postotaka.
Najekonomičniji, tj. s najvećom svjetlosnom učinkovitošću, bit će izvor koji svu ulaznu snagu pretvara u zračenje te valne duljine. Svjetlosni učinak takvog izvora, odnosno omjer svjetlosnog toka koji stvara i maksimalnog mogućeg toka pri istoj ulaznoj snazi, jednak je jedinici. Ispada da je maksimalna svjetlosna snaga 621 lm / W.
Iz ovoga je jasno da će svjetlosna učinkovitost žarulja sa žarnom niti biti znatno niža od brojki koje karakteriziraju vidljivo zračenje (7,7 - 15 lm / W).Odgovarajuće vrijednosti mogu se pronaći dijeljenjem svjetlosne snage svjetiljke sa svjetlosnom snagom izvora sa svjetlosnom učinkovitošću jednakom jedinici. Kao rezultat toga, dobivamo svjetlosnu učinkovitost od 1,24% za vakuumsku svjetiljku i 2,5% za onu punjenu plinom.
Radikalan način poboljšanja žarulja sa žarnom niti bio bi pronalaženje materijala za tijelo sa žarnom niti koji mogu raditi na znatno višim temperaturama od volframa.
To bi povećalo učinkovitost i poboljšalo boju njihove emisije. Međutim, potraga za takvim materijalima nije bila okrunjena uspjehom, zbog čega su izgrađeni ekonomičniji izvori svjetlosti s boljom spektralnom raspodjelom na temelju potpuno drugačijeg mehanizma pretvaranja električne energije u svjetlost.
Još jedan nedostatak žarulja sa žarnom niti:
Zašto žarulje sa žarnom niti najčešće izgaraju u trenutku paljenja
Unatoč superiornosti u ekonomičnosti, nijedna od vrsta žarulja s izbojem u plinu nije dokazano sposobna zamijeniti žarulje sa žarnom niti za rasvjetu, osim fluorescentne svjetiljke… Razlog tome je nezadovoljavajući spektralni sastav zračenja, koji potpuno iskrivljuje boju predmeta.
Visokotlačne žarulje s inertnim plinovima imaju visoku svjetlosnu učinkovitost.Tipičan primjer je Natrijeva svjetiljka, koja ima najveću svjetlosnu učinkovitost od svih plinskih žarulja, uključujući fluorescentne. Njegova visoka učinkovitost je zbog činjenice da se gotovo sva ulazna snaga pretvara u vidljivo zračenje.Pražnjenje u natrijevim parama emitira samo žutu boju u vidljivom dijelu spektra; stoga pri osvjetljavanju natrijevom svjetiljkom svi predmeti poprimaju potpuno neprirodan izgled.
Sve različite boje kreću se od žute (bijele) do crne (površina bilo koje boje koja ne reflektira žute zrake). Ova vrsta rasvjete izrazito je neugodna za oko.
Dakle, izvori svjetlosti s izbojem u plinu, kroz samu metodu stvaranja zračenja (pobuđivanje pojedinačnih atoma), pokazuju se, sa stajališta svojstava ljudskog oka, kao temeljni nedostatak koji se sastoji u linearnoj strukturi spektar.
Ovaj se nedostatak ne može u potpunosti prevladati izravnim korištenjem pražnjenja kao izvora svjetlosti. Zadovoljavajuće rješenje je nađeno kada je bit dobio samo funkciju pobuđivanje sjaja fosfora (fluorescentne svjetiljke).
Fluorescentne svjetiljke imaju nepovoljno svojstvo u usporedbi sa žaruljama sa žarnom niti, koje se sastoji u jakim fluktuacijama svjetlosnog toka pri radu na izmjeničnu struju.
Razlog tome je znatno manja inercija sjaja fosfora u usporedbi s inercijom žarnih niti žarulja sa žarnom niti, zbog čega pri bilo kojem naponu koji prolazi kroz nulu, što dovodi do prekida pražnjenja, fosfor uspijeva izgubiti značajan dio svoje svjetline prije nego što dođe do pražnjenja u suprotnom smjeru. Ispada da ove fluktuacije u svjetlosnom toku fluorescentnih svjetiljki prelaze 10 - 20 puta.
Ova nepoželjna pojava može se znatno oslabiti uključivanjem dviju susjednih fluorescentnih svjetiljki tako da napon jedne od njih zaostaje za naponom druge za četvrtinu perioda.To se postiže uključivanjem kondenzatora u krug jedne od svjetiljki, čime se stvara željeni fazni pomak. Korištenje spremnika istovremeno poboljšava i Faktor snage cijelu instalaciju.
Još bolji rezultati postižu se pri prebacivanju s faznim pomakom od tri i četiri žarulje. S tri svjetiljke također možete smanjiti fluktuacije svjetlosnog toka uključivanjem u tri faze.
Unatoč nizu gore navedenih nedostataka, fluorescentne svjetiljke su zbog svoje visoke učinkovitosti postale široko rasprostranjene, au jednom su trenutku, u obliku kompaktnih dizajna fluorescentnih svjetiljki, žarulje sa žarnom niti posvuda zamijenjene. Ali i doba ovih lampi je završila.
Trenutno se LED izvori svjetlosti uglavnom koriste u električnoj rasvjeti:
Uređaj i princip rada LED svjetiljke