Lampy żarowe lub żarowe żarówki przez metonimią , to elektryczny oprawa , która zapala się poprzez żarówki przez efekt Joule'a włókna z wolframu , metalu, która ma najwyższą temperaturę topnienia ( 3422 ° C ).
Doświadczony w połowie XIX th wieku, lampy żarowe, poprawiła podczas XX th wieku, stał się w ciągu tego wieku podstawowym źródłem oświetlenia. W XXI th wieku, jego złe światło wydajność jest oficjalnie polecić innym procesie.
Wczesne włókno węglowe próżniowe zniknęło po opracowaniu włókna wolframowego z gazu szlachetnego . Ten tak zwany „klasyczny” proces był kontynuowany po wynalezieniu droższej „ żarówki halogenowej ”, której gaz regeneruje żarnik, gdy ulega on sublimacji pod wpływem wysokiej temperatury.
Lampy konwencjonalne wytrzymują tym dłużej im gorzej świecą. Producenci przemysłowi zgodzili się na produkcję lamp o średniej żywotności 1000 godzin. To porozumienie między członkami kartelu Phoebus wzbudziło podejrzenia o nielegalne porozumienie , mające na celu raczej konsolidację zysków przemysłu niż umożliwienie porównania między produktami.
Pierwsze eksperymenty z elektrycznym oświetleniem żarowym terminie od połowy XIX th wieku.
W 1835 roku James Bowman Lindsay zaprezentował w Dundee lampę elektryczną o stałym świetle, prawdopodobnie żarowym, która umożliwiła mu „czytanie książki z odległości półtora stopy” (50 cm ). W latach 1858 i 1859 Francuzi Charles de Changy i Théodose du Moncel testowali również żarowe systemy oświetlenia elektrycznego.
W 1860 roku Brytyjczyk Joseph Swan zademonstrował, że żarzenie można przedłużyć bez niszczenia włókna w próżni . Opracowanie wydajnych pomp próżniowych z 1875 roku pozwoliło mu zaprezentować w 1879 roku funkcjonalną żarówkę z żarnikiem węglowym w próżni . W tym samym roku Thomas Edison zaprojektował i wprowadził na rynek żarówkę, której włóknem było karbonizowane włókno bawełniane . Opracowuje przemysłowy proces produkcji żarówek. W sprawie sądowej uznaje się wcześniejszą historię Josepha Swana, ale nie proponuje on przemysłowego procesu produkcyjnego. Obaj mężczyźni są zmuszeni do produkcji swoich żarówek we wspólnej firmie. Szybko rozpraszają swoją lampę, co ma oczywistą przewagę nad oświetleniem gazowym, które zastępuje, ale włókno węglowe, sublimując, a następnie kondensując na szkle lampy, dość szybko zmętnieje szkło. W latach 80. XIX wieku producenci oświetlenia elektrycznego prowadzili ostrą konkurencję. W 1884 roku Edison zatrudnił Lewisa H. Latimera , inżyniera Afroamerykanina samouka, aby składał i bronił jego patentów oraz promował swój system.
W 1897 roku lampa Nernsta zastąpiła żarnik węglowy bardziej wydajnym żarnikiem ceramicznym. Ten materiał nie sublimuje, eliminując potrzebę próżni; ale lampa nie zapala się, dopóki nie rozgrzeje się przez 10 do 20 sekund.
Lampa elektryczna autorstwa Thomasa Edisona ( 1879 ).
Stara lampa z żarnikiem węglowym.
W 1904 roku, węgierski firma Tungsram opracowano lampy z wolframowym, włókna metalu z najwyższą temperaturę topienia momencie w 3422 ° C ). Przejęty w Niemczech przez Auer , a następnie przez wszystkich producentów, metal szybko eliminuje węgiel, dzięki jaśniejszemu światłu i zwiększonej żywotności.
W 1913 r. żarówka nie jest już pod próżnią, ale pod wpływem gazu szlachetnego , argonu, a następnie kryptonu .
W 1959 roku firma Edisona, która przekształciła się w General Electric , wypuściła na rynek żarówkę jodową . Jod, gaz halogenowy i bańka ze szkła kwarcowego zmniejszają sublimację wolframu z żarnika, pozwalając na jego mocniejsze ogrzanie, poprawiając strumień świetlny i podnosząc temperaturę barwową . Lampy halogenowe, najpierw szeroko rozpowszechnione w samochodach ( reflektory jodowe ), mają wiele zastosowań profesjonalnych.
W XXI -go wieku, Unia Europejska i inne kraje mają wycofanie z obiegu żarówek ze względu na ich słabą skutecznością świetlną w porównaniu do innych metod oświetlenia , lampy fluorescencyjne , lampy fluorescencyjne , diod świecących .
W obecności ditlenku The włókno doprowadza się do wysokiej temperatury spala natychmiast i dlatego tego rodzaju lampy jest wyposażona w szklaną kopercie , w bańce które dało nazwę popularne do urządzenia i który umożliwia „wyizolować tlenu - bezpłatne medium .
Żarówka wypełniona jest charakterystycznym dla żarówki gazem szlachetnym , najczęściej argonem lub kryptonem lub w niektórych przypadkach gazem halogenowym . W przeszłości to próżnia izolowała żarnik w bańce.
Nieuchronnie przegrzany żarnik paruje i traci materiał na drodze sublimacji , a następnie ta para metalu kondensuje na chłodniejszej powłoce. Żarówka staje się coraz bardziej nieprzezroczysta, a włókno staje się bardziej kruche. Żarnik pęka po kilkuset godzinach: 1000 godzin w przypadku lampy domowej, do 10 razy mniej lub 8 razy więcej w przypadku lamp specjalnego przeznaczenia.
Obecność gazu szlachetnego wewnątrz bańki posiada zalety: niektóre atomy z wolframu stać się gazu może złożyć ponownie na włókna po zderzeniu z atomem gazu szlachetnego, co wydłuża jego żywotność. Filament można również dalej podgrzewać. Wreszcie ogranicza to osadzanie się wolframu na ściance bańki.
W obecnych lampach żarnik wolframowy jest nawinięty spiralnie w celu zwiększenia długości żarnika , a tym samym ilości wytwarzanego światła widzialnego.
Najpopularniejszą formą żarówek jest żarówka „żarówkowa”, ale istnieją również inne formy, w tym rurkowa zwana linolitem .
Żarówka halogenowa, lub częściej „lampa halogenowa”, to żarówka, w której gaz lub mieszanina gazów, halogen wypełnia żarówkę. Gaz ten reaguje chemicznie z sublimowanym wolframem, tworząc halogenek wolframu, który nie jest odporny na wysoką temperaturę w pobliżu żarnika, dzięki czemu wolfram jest ponownie osadzony w losowym miejscu na włóknie, częściowo go regenerując, co wydłuża żywotność lampa. Ten cykl wymaga bardzo gorącego włókna. Aby wytrzymać ciepło, obudowa lampy powinna być wykonana ze szkła kwarcowego .
W 2008 r. Europa zakazała odnawiania zapasów lamp halogenowych z 1 st wrzesień 2018.
Jasność źródła w określonym kierunku to jego natężenie światła . Ponieważ jasność ta zmienia się w zależności od kierunku, do porównania lamp wykorzystuje się sumę natężeń we wszystkich kierunkach, wyrażoną w lumenach , jednostkę strumienia świetlnego . Skuteczność świetlna mierzy stosunek strumienia świetlnego do pobranej mocy elektrycznej (w watach ); wydajność świetlna wyrażona jest w lumenach na wat (lm/W).
Żarówki halogenowe zostały szeroko rozpowszechnione w ostatniej ćwierci XX th wieku. Konsumenci porównywali lampy na podstawie ich mocy elektrycznej: wybraliśmy więc lampę 100 W do intensywnego oświetlenia, 60 lub 40 W do oświetlenia nastrojowego, 15 W do oświetlenia nocnego itp.
Ponieważ różne lampy stosowane jako alternatywa dla tradycyjnych żarówek nie mają takiej samej wydajności świetlnej, moc elektryczna nie odpowiada już oświetleniu. Musisz podać całkowitą ilość dostarczonego światła w lumenach.
Poniższa tabela pokazuje, jako wskazówkę, ponieważ wartości nieznacznie różnią się w zależności od modelu, zależność między strumieniem świetlnym a mocą elektryczną konwencjonalnej żarówki:
Lampy 120 V | Lampy 230 V | |||
---|---|---|---|---|
Energia elektryczna |
Strumień świetlny |
Skuteczność świetlna |
Strumień świetlny |
Skuteczność świetlna |
5 W | 25 lm | 5 lm/W | ||
15 W | 110 lm | 7,3 lm/W | ||
25 W | 200 lm | 8,0 lm/W | 230 lm | 9,2 lm/W |
40 W | 500 lm | 12,5 lm/W | 430 lm | 10,8 lm/W |
60 W | 850 lm | 14,2 lm/W | 730 lm | 12,2 lm/W |
75 W | 1200 lm | 16,0 lm/W | ||
100 W | 1700 lm | 17,0 lm/W | 1380 lm | 13,8 lm/W |
150 W | 2850 lm | 19,0 lm/W | 2220 lm | 14,8 lm/W |
200W | 3900 lm | 19,5 lm/W | 3 150 lm | 15,8 lm/W |
300W | 6200 lm | 20,7 lm/W | 5000 lm | 16,7 lm/W |
500W | 8400 lm | 16,8 lm/W |
Żarnik żarówki żarowej musi być gorący, aby energia elektryczna została przekształcona w światło widzialne, a nie w ciepło. Jednak podwyższając temperaturę w celu uzyskania dobrej jasności, promowana jest sublimacja żarnika, co przyspiesza jego degradację. Żarówki są wynikiem kompromisu pomiędzy zmniejszonym zużyciem energii elektrycznej a dłuższą żywotnością, pomiędzy kosztem wymiany żarówek a kosztem energii elektrycznej potrzebnej do ich zasilania.
Kompromis między czasem trwania a jasnością:Jeśli napięcie zostanie zmniejszone o 18% lub odwrotnie, jeśli lampa jest zaprojektowana tak, aby wytrzymać napięcie większe niż dostępne napięcie, żywotność można pomnożyć przez 24. W zamian jasność jest zmniejszona o połowę; Do uzyskania tego samego oświetlenia potrzebne są dwie lampy. Zużycie każdej lampy jest zatem niższe, ale ostatecznie potrzeba 45% więcej energii, aby uzyskać taką samą jasność.
Wieku stare żarówki lub „Livermore żarówka” jest często cytowany jako a contrario dowodu realizacji planowanego dezaktualizacji w produkcji nowoczesnych żarówek. Ta oryginalnie ręcznie dmuchana lampa z włókna węglowego o mocy 60 W , wyprodukowana w Shelby w stanie Ohio przez Shelby Electric Company pod koniec lat 90. XIX wieku, świeci od 1901 roku w Livermore Fire Hall w Kalifornii . Prawie nigdy nie zgaszona, byłaby najstarszą działającą żarówką na świecie. Wzrost wartości rezystancji żarnika (w węglu) z biegiem czasu wyjaśnia jego żywotność. Przy mocy nominalnej 60 W na początku jego życia, jego zużycie wynosi tylko 4 W (7% wartości początkowej), a jego jasność odpowiada tylko 0,3% wartości pochodzenia. Jego sprawność, iloraz jasności przez pobieraną moc, wzrosła z 1 ÷ 60 do 0,003 ÷ 4 , spadając ze 100 do 4,5 . Plon dzieli się przez 22 .
Równania dotyczące zużycia, jasności i żywotności żarówek można podsumować w następujący sposób: jeśli napięcie zasilające żarówkę zostanie odnotowane , jasność jest proporcjonalna do , moc elektryczna (zużycie energii) jest proporcjonalna do a żywotność jest proporcjonalna do . Tak więc, chociaż niewielki spadek napięcia znacznie wydłuża żywotność, zwiększa zużycie energii elektrycznej przy stałej jasności.
Na żywotność lampy składają się inne czynniki. Jeżeli wykluczymy przypadkowe zniszczenie, uderzenie w żarówkę lub przepięcie, brak uszczelnienia obudowy może spowodować zniszczenie lampy. W ten sposób lampa może działać aż do wygaśnięcia i spalać swoje włókno podczas zapłonu, w międzyczasie tlen przeniknął do powłoki. Szoki termiczne i różnicowa rozszerzalność części lampy przyczyniają się do braku uszczelnienia. Rygorystyczny test lamp ocenia odporność na wiele cykli wyłączania.
Phoebus kartel zgrupowane razem z23 grudnia 1924wiodących światowych producentów żarówek. Producenci publikują wspólną kartę, z której wynika, że nie będzie już możliwe wytwarzanie żarówek o żywotności przekraczającej 1000 godzin. W tym celu powołali wspólny organ do weryfikacji i ewentualnego represjonowania za pomocą grzywien, które są tym wyższe, im dłuższa jest żywotność żarówek. W 1924 r. żywotność żarówki była zmienna i wynosiła średnio 2500 godzin. W 1927 roku żywotność żarówek głównych marek na całym świecie wynosiła 1000 godzin. Sytuacja ta oczywiście powoduje większą wymianę żarówek przez konsumentów, a kartel Phœbus został oskarżony o uruchomienie pierwszego masowego i ogólnoświatowego programu programowanego starzenia się żarówek .
Praktyki kartelu Phœbus były przedmiotem raportu brytyjskiej komisji antymonopolowej z 1951 roku. Raport ten głównie potępia kartel cenowy, który skłonił konsumentów do płacenia więcej za swoje lampy przed II wojną światową, ale raport odrzuca twierdzenie, że żywotność została wybrana jako krótka, aby zwiększyć wielkość sprzedaży. Wyjaśnia kompromis techniczny między jasnością, zużyciem, kolorem i żywotnością, zauważając, że optymalny czas życia lamp zależy od relacji między ceną energii a ceną wymiany lamp i nie ma uniwersalnej wartości. Użytkownicy przemysłowi, którzy płacą personelowi za ich wymianę, poświęcają wydajność na rzecz długowieczności, zmniejszając napięcie zasilania. Specyfikacja okresu użytkowania gwarantuje, że produkty w sprzedaży są porównywalne. W danym stanie techniki czas życia między 800 a 1500 godzin jest równoważny wymaganiu jasności w pewnym zakresie; ale specyfikacja tysiąca godzin, bez wskazania skuteczności świetlnej, nie zachęcała do ulepszania lamp. Kartel sprzeciwił się ustanowieniu takiego standardu.
Istnieją alternatywy dla żarówek o lepszej wydajności świetlnej, kosztem niższego wskaźnika oddawania barw . Te lampy fluorescencyjne są stosowane od dłuższego czasu, zwłaszcza w warunkach roboczych; „ kompaktowe ” lampy fluorescencyjne i diody elektroluminescencyjne mogą zastąpić żarówki w tych samych urządzeniach domowych.
Produkcja konwencjonalnych lamp została, podobnie jak wiele innych produktów, w dużej mierze zdelokalizowana: kraje rozwinięte nie muszą już chronić lokalnego przemysłu. Zmniejszenie zużycia energii wysunęło się na pierwszy plan ze względów ekonomicznych (rosnące ceny energii) i ekologicznych (produkcja energii jest głównym elementem na poziomie środowiska) .
Państwa Unii Europejskiej zatwierdziły8 grudnia 2008 stopniowe wycofywanie ze sprzedaży żarówek 100 watowych od 1 st wrzesień 2009 (wtedy 75-watowe modele włączone) 1 st wrzesień 2010 i te o mocy 60 watów 1 st wrzesień 2011), ich ostateczne porzucenie ma nastąpić w dniu 1 st wrzesień 2012. Przejście na mniej energochłonne metody oświetleniowe pozwoliłoby zaoszczędzić równowartość zużycia energii elektrycznej w Rumunii w skali europejskiej (tj. około 11 mln gospodarstw domowych), a tym samym zmniejszyć emisję dwutlenku węgla o 15 mln ton rocznie.
W komiksach i kreskówkach pojawienie się pomysłu jest często reprezentowane przez żarową lampę, która zapala się nad głową postaci.
„ Wczesny wynalazek Swana został uznany przez sąd i Edison zawiódł. W ramach ugody sądowej Edison był zobowiązany do uznania niezależnego i wcześniejszego wynalazku Swana oraz do utworzenia wspólnej firmy Edison and Swan United Electric Light Company, która miałaby eksploatować żarówkę. "