História elektrického osvetlenia

Najstarším zdrojom elektrického osvetlenia je klasická žiarovka. Jej svetlo je výsledkom premeny elektrickej energie na svetlo, k čomu dochádza vďaka tepelným účinkom elektrického prúdu pri prechode tuhým telesom (volfránové vlákno) a žiarivým vlastnostiam tohto telesa.

Klasické žiarovky sa vyrábajú s rôznym výkonom, vo viacerých veľkostiach a s rôznou menovitou hodnotou napätia. Na fungovanie klasickej žiarovky stačí objímka a vypínač, nevyžaduje ďalšie elektrické zariadenia, preto je najlacnejšm zdrojojm svetla. Tieto žiarovky majú teplotu farby 2700 Kelvinov, na ktorú sme všetci zvyknutí. Ich svetelné vyžarovanie dosiahne svoje maximum hneď po zapnutí a počas životnosti strácajú zo svojej svietvosti veľmi málo. Životnosť klasických žiaroviek je 1000 hodín. Vďaka ich masovej výrobe sú veľmi lacným a zároveň najrozšírenejším svetelným zdrojom na svete. Ich najväčšou nevýhodou je nízka efektivita, lebo na svetlo dokážu premeniť len veľmi malé percento príkonu (2-8%), ostatná energia sa stráca, je vyžarovaná fo forme tepla.

História žiarovky

Joseph WilsonSwan (1823-1914), anglický chemik a fyzik začal v roku 1850 experimentovať s lampami, v ktorých bolo vlákno zo zuhoľnateného papiera. V roku 1860 už vedel predstaviť svoje funkčné svietidlo, ktoré ale kvôli chýbajúcemu vákuu a nedostatočnému zdroju elektrickej energie, dokázalo fonguvať iba veľmi krátko. V 70-tyh rokoch 19. storočia už vedci dokázali dosiahnuť lepšie odvzdušnenie (vákuum) a tak Swan mohol pokračovať vo svojich experimentoch. S pomocou Charlesa Stearna, odborníka na odvzdušnenie vymyslel v roku 1878 postup, pomocou ktorého sa dalo predísť príliš skorému sčernaniu banky. V roku 1880 získal patent na tento postup. Swan bol prvým človekom, ktorému v dome svietili žiarovky. Elektrickú energiu mu zabezpečovala jeho domáca vodná "elektráreň". V 80-tych rokoch 19. storočia Swan založil svoju vlastnú firmu.

Thomas Alva Edison (1847-1931) sa v roku 1878 začal zaoberať vývojom takej žiarovky, ktorá by sa dala využiť aj v praxi. Zo začiatku

experimentoval s kovovými vláknami, no neskôr sa vrátil k uhlíkovým. Svoj prvý úspešný experiment uskutočnil 22. oktróbra 1879, jeho žiarovka dokázala svietiť až 13,5 hodín. Edison svoje žiarovky zdokonalil a v 4. novembra 1879 získal svoj patent (U.S. Patent 0,233,898 - "carbon filament or strip coiled and to platina contact wires"). Hoci tento patent opisoval viacero spôsobov na výrobu uhlíkového vlákna papiera, dreva alebo bavlny, niekoľko mesiacov po jeho získaní Edison a jeho tím zistili, že uhlíkové vlákno vyrobené z bambusu dokáže svietiť až 1200 hodín.

V októbri 1880 americký vedec Hiram S. Maxim a jeho zaestanci vymysleli postup ako ohnúť uhlíkové vlákno a ako predĺžiť jeho životnosť.

Carl Aurel von Welsbac, rakúsky vynálezca, zostrojil v 90-tych rokoch 19. storočia žiarovku najprv s platinovým, neskôr s osmiovým vláknom. Na svoj funkčný vynález získal patent v roku 1898 a v roku 1902 ho začal predávať. Jeho žiarovka bola prvá, ktorá obsahovala kovové vlákno.

Nemecký fyzik a chemik Walther Nernst v roku 1897 vynašiel lampu, ktorá neskôr po dostala po ňom meno, Nernstovu lampu, ktorej vlákno bolo keramické a pre svoje fungovanie nepotrebovala odvzdušnenie ani prídavný plyn, takže ani banku. Bola dvakrát výkonnejšia ako vtedajšie uhlíkové žiarovky.

V roku 1903 Willis Whitnew vynašiel uhlíkové vlákno pokryté kovovou vrstvou, ktoré malo tú výhodu, že vďaka nej banka až tak nezčernela.

Maďarskí vedci Sándor Just a Ferenc Hanaman v roku 1904 získali patent na výrobu volfrámového vlákna. Tieto volfrámové žiarovky sa stali známymi vo svete pod značkou Tungsram.

Irving Langmuir, americký chemik a fyzik v roku 1913 prišiel na to, že keď žiarovku naplní neutrálnym plynom, tak jej výkon sa môže dvojnásobne zvýšiť.

V 30-tych rokoch 20 storočia maďarský vedec Imre Bródy a jeho výskumný tím zistili, že lepšia efektivita a dlhšia životnosť žiarovky sa dá dosiahnuť vtedy, keď sa jej banka naplní kryptónom. Prvú kryptónovú žiarovku predstavili v roku 1936.

Skladba a fungovanie žiarovky

Žiarovky sa skladajú najčastejšie z banky hruškovitého tvaru a objímky so závitom alebo z nastrkovacej pätice. V strede objímky sa nachádza volfrámové vlákno, ktoré je stočené do špirály (špirála je dlhá asi 2cm, po roztiahnutí má vlákno takmer meter). Prechodom elektrického prúdu sa rozžeraví na 2500°C, kedy wolfrám emituje biele svetlo. Aby vlákno nezhorelo, je umiestnené v sklenenej banke, z ktorej je vyčerpaný vzduch. Podtlak by ale spôsobil nebezpečnú implóziu pri náhodnom rozbití banky, preto býva vákuum nahradené inertným plynom pod nízkym tlakom napr argón. Žiarovky sa plnia aj halogénovými plynmi, tieto potom nazývame halogénými žiarovkami.
Prostredníctvom elektrického prúdu sa vlákno žiarovky rozhreje na 2000 - 2700 K, v závislosti od typu žiarovky (bod tavenia volfrámu je 3695 K). Žiarovka potom produkuje elektromagnetickú energiu, hlavne infračervené, v menšom množstve aj viditelné svetlo.Spektrum vyžarovaného svetla je stále.

Klasické žiarovky sa vyrábajú v hodnotách príkonu 25, 40, 60, 75, 100 a 150 wattov (W). Svetelný tok klasickej žiarovky je pre 25W žiarovku 230 lm, 100W 1300 lm. Merný výkon žiarovky vyjadrujúci jej účinnosť (pomer svetelného toku a príkonu). Pre 25 W žiarovku je 9,2 lm/W, pre 100 W je 13 lm/W. Silnejšie žiarovky majú teda vyššiu účinnosť.

Priemerná životnosť žiaroviek je približne 1000 h. Sklená banka má dve základné úpravy - číru a matnú. Prvá poskytuje ostré, druhá rozptýlené svetlo. Na elektrickú sieť sa pripájajú pomocou normalizovaného Edisonovho kovového závitu E27 alebo E14.

Dnes sú žiarovky postupne nahrádzané (z dôvodu dlhšej životnosti a lepšej energetickej účinnosti) výbojkami alebo žiarivkami. V poslednom období sa začínajú presadzovať LED diódy.