Nevýhody žárovek jako zdroje světla
Přes všechny své výhody mají všechny žárovky, počínaje vakuem s uhlíkovým vláknem a konče těmi plněnými wolframovým plynem, dvě důležité nevýhody jako světelné zdroje:
- nízká účinnost, tzn. nízká účinnost viditelného záření na jednotku při stejném výkonu;
- výrazný rozdíl ve spektrální distribuci energie z přirozeného osvětlení (sluneční světlo a difúzní denní světlo), vyznačující se špatným krátkovlnným viditelným zářením a převahou dlouhých vln.
První okolnost činí použití žárovek z ekonomického hlediska nerentabilním, druhá má za následek zkreslení barvy předmětů. Obě nevýhody jsou způsobeny stejnou okolností: získáním záření zahříváním pevné látky při relativně nízké teplotě ohřevu.
Není možné korigovat rozložení energie ve spektru žárovky ve smyslu její výrazné konvergence s rozložením ve slunečním spektru, protože bod tání wolframu je asi 3700 °K.
Ale i mírné zvýšení pracovní teploty tělesa vlákna, řekněme, z teploty barvy 2800 °K na 3000 °K, vede k výraznému snížení životnosti lampy (z asi 1000 hodin na 100 hodin) v důsledku k výraznému urychlení procesu vypařování wolframu.
Toto odpařování vede především ke zčernání žárovky potažené wolframem a následně ke ztrátě světla vyzařovaného žárovkou a nakonec ke spálení vlákna.
Nízká provozní teplota pouzdra vlákna je také důvodem nízkého světelného výkonu a nízké účinnosti žárovek.
Přítomnost plynové náplně, která snižuje vypařování wolframu, umožňuje mírně zvýšit podíl energie emitované ve viditelném spektru v důsledku zvýšení teploty barvy. Použití stočených vláken a plnění těžšími plyny (krypton, xenon) umožňuje další mírné zvýšení podílu záření dopadajícího na viditelnou oblast, ale měřeno pouze v několika procentech.
Nejekonomičtější, tzn. s nejvyšší světelnou účinností, bude zdrojem, který přemění veškerý vstupní výkon na záření této vlnové délky. Světelná účinnost takového zdroje, tedy poměr jím vytvořeného světelného toku k maximálnímu možnému toku při stejném příkonu, se rovná jednotce. Ukazuje se, že maximální světelný výkon je 621 lm / W.
Z toho je zřejmé, že světelná účinnost žárovek bude výrazně nižší než hodnoty charakterizující viditelné záření (7,7 — 15 lm/W).Odpovídající hodnoty lze zjistit vydělením světelného výkonu lampy světelným výkonem zdroje se světelnou účinností rovnou jednotce. Výsledkem je světelná účinnost 1,24 % pro vakuovou lampu a 2,5 % pro lampu plněnou plynem.
Radikálním způsobem, jak zlepšit žárovky, by bylo najít materiály s vlákny, které mohou fungovat při výrazně vyšších teplotách než wolfram.
To by zvýšilo účinnost a zlepšilo sytost jejich emise. Hledání takových materiálů však nebylo korunováno úspěchem, v důsledku čehož byly postaveny ekonomičtější světelné zdroje s lepším spektrálním rozložením založené na zcela jiném mechanismu přeměny elektrické energie na světlo.
Další nevýhodou žárovek:
Proč žárovky nejčastěji vyhoří v okamžiku zapnutí
Navzdory převahě v hospodárnosti se žádný z typů plynových výbojek neprokázal jako schopný nahradit žárovky pro osvětlení, s výjimkou zářivky… Důvodem je nevyhovující spektrální složení záření, které zcela zkresluje barvu objektů.
Vysokotlaké výbojky s inertními plyny mají vysokou světelnou účinnost Typickým příkladem je Sodíková lampa, která má nejvyšší světelnou účinnost ze všech plynových výbojek včetně zářivek. Jeho vysoká účinnost je dána tím, že téměř veškerý vstupní výkon je přeměněn na viditelné záření.Výboj v parách sodíku vyzařuje pouze žlutou barvu ve viditelné části spektra; proto při osvětlení sodíkovou výbojkou získávají všechny předměty zcela nepřirozený vzhled.
Všechny různé barvy se pohybují od žluté (bílé) po černou (povrch jakékoli barvy, který neodráží žluté paprsky). Tento typ osvětlení je pro oko extrémně nepříjemný.
Výbojkové světelné zdroje se tak již samotnou metodou tvorby záření (excitace jednotlivých atomů) ukazují z hlediska vlastností lidského oka jako zásadní vada spočívající v lineární struktuře spektrum.
Tuto nevýhodu nelze zcela překonat přímým použitím výboje jako zdroje světla. Uspokojivé řešení bylo nalezeno, když bit dostal pouze funkci buzení záře luminoforů (zářivky).
Zářivky mají oproti žárovkám nepříznivou vlastnost, která spočívá v silném kolísání světelného toku při provozu na střídavý proud.
Důvodem je výrazně nižší setrvačnost svitu fosforů ve srovnání se setrvačností vláken žárovek, v důsledku čehož při jakémkoli průchodu napětí nulou, což vede k ukončení výboje, se fosforu podaří ztratí významnou část své jasnosti, než dojde k výboji v opačném směru. Ukazuje se, že tyto výkyvy světelného toku zářivek přesahují 10 - 20x.
Tento nežádoucí jev lze značně zeslabit zapnutím dvou sousedních zářivek tak, že napětí jedné z nich zaostává za napětím druhé o čtvrtinu periody.Toho je dosaženo zapojením kondenzátoru do obvodu jedné z lamp, který vytváří požadovaný fázový posun. Použití kontejneru současně zlepšuje a Faktor síly celou instalaci.
Ještě lepších výsledků se dosáhne při spínání s fázovým posunem tří a čtyř žárovek. Se třemi lampami můžete také snížit kolísání světelného toku jejich rozsvícením na tři fáze.
Přes řadu výše uvedených vad se zářivky díky své vysoké účinnosti rozšířily a svého času se v podobě kompaktních zářivek všude nahrazovaly žárovky. Ale éra těchto lamp je také pryč.
V současné době se světelné zdroje LED používají hlavně v elektrickém osvětlení:
Zařízení a princip fungování LED lampy