08
styczeń
2016

Historia postępu technologii oświetlenia

"Ze światłem elektrycznym idzie nam doskonale, lepiej niż początkowo przewidywała moja żywa wyobraźnia. Na czym się to skończy, Bóg tylko wie!"

Thomas Alva Edison

Żarówka tradycyjna

Pierwsze sukcesy w tworzeniu sztucznego oświetlenia z wykorzystaniem energii elektrycznej pojawiły się w 1838 roku. Przez kolejne lata idea była rozwijana, by w końcu lat 70. XIX wieku świat ujrzał dzieło Thomasa Edisona - żarówkę w znanym wszystkim, gruszkowym kształcie. Jeszcze do niedawna można było spotkać taką w każdym domu - towarzyszyła nam przez prawie półtora wieku.

Zasada działania, czyli co tam w bańce siedzi

Źródłem światła żarówki jest żarnik - drut wolframowy (dawniej stosowano grafit). Przy ogrzaniu żarnika do bardzo dużych temperatur, rzędu 2500-3000 K, wolfram zaczyna się żarzyć (poza energią cieplną emituje również światło o przyjemnej dla oka, ciepłobiałej barwie). Wysoka temperatura sprawia, że żarnik zaczyna odparowywać, dochodzi do przewężeń a ostatecznie do zerwania drucika wolframowego. Zaczęto szukać rozwiązań spowalniających degradację żarnika przy jednoczesnym niepomniejszaniu jasności żarówki. Początkowo w bańkach tworzono próżnię. Później do baniek zaczęto wpuszczać gaz obojętny - powszechnie stosowano argon z domieszką azotu. Takie rozwiązanie pozwoliło przedłużyć żywotność żarówki do około 1000 godzin.

Dalsze prace nad rozwojem żarówek toczyły się głownie wokół tworzenia coraz wydajniejszych gazów. Zauważono, że od mieszanki argonu z azotem lepsze wyniki daje krypton i ksenon, jednak z powodu wysokich cen żarówek kryptonowych i ksenonowych nigdy nie wprowadzono do masowej produkcji.

żarówka
Budowa żarówki

Żarówka halogenowa


Nadeszły czasy, gdy sztuczne światło upowszechniło się w niemal każdym domu. Wraz z postępem technologicznym wzrosło zapotrzebowanie na specyficzne żarówki - np. na planach zdjęciowych lub filmowych. Zmieniły się priorytety - dla przeciętnego użytkownika liczył się czas życia i koszt żarówki, dla fotografa czy reżysera najważniejsza była jakość światła.

Najpopularniejszym rozwiązaniem okazała się żarówka halogenowa. Do bańki, poza gazem obojętnym, wprowadzano halogen (najczęściej jod). Halogen tworzy związek chemiczny z wolframem, który krąży wraz z gazem po bańce. W pobliżu żarnika, na skutek wysokiej temperatury związek rozpada się, a cząsteczki wyparowanego wolframu przenoszą się z bańki na żarnik. Proces ten nazywa się halogenowym cyklem regeneracyjnym.

Zastosowanie halogenu pozwoliło na zwiększenie temperatury żarnika do 3200 K, co z kolei zwiększyło jasność żarówek do 18 Lm/W. Żywotność była porównywalna lub nieco wyższa od żarówek konwencjonalnych, jednak można to było zmienić dzięki regulacji napięcia - np. podczas przygotowywania planu zdjęciowego żarówki zasilano o połowę mniejszym napięciem, by podczas wykonywania zdjęć dać już pełne napięcie znamionowe. Obecnie niektórzy producenci deklarują żywotność swoich żarówek halogenowych nawet do 2000 godzin, jednak wynik ten zależy od wielu czynników (np. użytkowanie tylko 2,5 godziny dziennie, pory roku, miejsca zamontowania).

 

Nowe podejście do oświetlenia


Odkąd Thomas Edison zbudował pierwszą na świecie elektrownię popyt na energię elektryczną wciąż rośnie. Państwa powoli uzależniały się od dostaw surowców, rozpoczęto poszukiwania nowych źródeł energii, dostrzeżono potrzebę ochrony środowiska, zaczęto myśleć nad minimalizacją kosztów przez budowę coraz bardziej energooszczędnych urządzeń. W nowej rzeczywistości tradycyjne żarówki przestały się odnajdywać - mimo, że nikt już nie wyobrażał sobie powrotu do lamp naftowych i świeczek, żarówki aż 95% energii zużywały na rozgrzanie żarnika, a tylko 5% na wytworzenie światła. Zamiast wykorzystywać temperaturowe źródła światła skupiono się na źródłach wyładowczych (luminescencyjnych).

 

Lampy wyładowcze - świetlówka


Pierwsze lampy fluorescencyjne powstały w latach 30-tych XX wieku. Najczęściej mają kształt szklanej rury pokrytej od wewnątrz luminoforem, a na końcach znajdują się wolframowe elektrody. Lampy wyładowcze różnią się przede wszystkim rodzajem gazu w szklanej rurze. Świetlówki wypełnione są parami rtęci i argonu. Między elektrodami dochodzi do wyładowań, w wyniku czego powstaje promieniowanie ultrafioletowe - niewidzialne dla człowieka. Warstwa luminoforu natomiast przetwarza to promieniowanie na światło widzialne. Poza świetlówkami liniowymi dostępne są również świetlówki kompaktowe, w kształcie litery U i kołowe.

Sama lampa nie wystarczy

Mimo, że do części świetlówek krótkich wystarcza zwykłe napięcie sieciowe, to do włączenia lamp rurowych potrzeba specjalnego układu zapłonowego, który poda impuls jonizujący gaz. Układ taki składa się z lampy (katod), dławika, zapłonnika i ewentualnie kondensatora. Są 2 rodzaje układów stabilizacyjno-zapłonowych - magnetyczne i elektroniczne.

świetlówka

Świetlówka- budowa

Po podłączeniu napięcia przez układ płynie prąd o niskim natężeniu, ograniczany przez duży opór zapłonnika. Pod wpływem jarzącego się gazu dochodzi do nagrzania blaszki bimetalu. Blaszka pod wpływem ciepła zaczyna się wyginać, dochodzi do zwarcia styku. Wywołuje to przepływ prądu ograniczonego jedynie przez rezystancję katod wykonanych z drutu oporowego i dławik. Katody rozgrzewają się. W tym czasie płytka bimetalu stygnie, a wracając do położenia pierwotnego rozwiera styk. W chwili rozwarcia następuje gwałtowna zmiana prądu przepływającego przez dławik - wytwarza to siłę elektromotoryczną samoindukcji, która wraz z napięciem sieci wywołuje wysokie napięcie między katodami. Powinno dojść do wyładowania w gazie. Jeśli tak się stanie, to dzięki dławikowi napięcie obniża się do poziomu napięcia w sieci. Jest ono wystarczające do podtrzymania wyładowania lampy ale za małe do nagrzania blaszki bimetalu. Jeśli natomiast do zapłonu nie dojdzie za pierwszym razem, cała procedura powtarza się aż do skutku. Kondensator zmniejsza iskrzenie na styku, ograniczając jego zużycie i zakłócenia elektromagnetyczne.

Świetlówka - budowa

Inne rodzaje lamp wyładowczych

W zależności od rodzaju gazu wprowadzonego do szklanej rury lampy rozróżniamy: świetlówki (pary rtęci i argonu), lampy sodowe (pary sodu), neonówki (neon) i wiele innych. Rodzaj zastosowanego gazu wpływa na barwę światła i parametry świetlne, co z kolei ma znaczenie przy ich zastosowaniu - świetlówki znajdują zastosowanie w domu i biurach, lampy sodowe są wykorzystywane przy uprawie roślin, neonóki w reklamach.

 

LED - oświetlenie XXI wieku

 

 

Pierwsze doświadczenia nad zjawiskiem elektroluminescencji przeprowadził w 1907 roku brytyjski uczony Henry Joseph Round. Używając węglika krzemu, potrafił wytworzyć niewielką ilość światła. Kolejne kroki w tej dziedzinie pod koniec 1920 roku zrobili niemieccy badacze - Bernard Gudden i Robert Wichard Pohl wykorzystując siarczan cynku zmieszany z miedzią. Wyniki były lepsze, jednak wciąż ilość emitowanego światła była niewystarczająca. Pierwsze diody stworzono dopiero w latach 50. Brytyjskie i amerykańskie eksperymenty nad zastosowaniem półprzewodników galowo-arsenowych dawały dobre rezultaty, jednak ze względu na konieczność zanurzenia diod w ciekłym azocie ich zastosowanie na szerszą skalę było niemożliwe.

Rozpoczęto pracę nad wytworzeniem LED emitującego światło widzialne w temperaturze pokojowej. Sukces odniesiono dopiero w 1962 roku - zespół Nicka Holonyaka Jr z General Electronics przedstawił światu pierwszą diodę LED emitującą światło widzialne w temperaturze pokojowej. Pierwsza komercyjna dioda dawała światło o barwie wyłącznie czerwonej, do jego uzyskania wykorzystano potrójny związek galu, arsenu i fosforu oraz arsenku galu.

Następnie skupiono się nad zwiększeniem mocy LED i uzyskaniem emisji kolorów innych niż czerwony. Manipulując półprzewodnikami tworzącymi funkconalny rdzeń oraz przez zastosowanie związków czteroskładnikowych uzyskano diody o barwach niebieskiej, żółtej, pomarańczowej, zielonej i pomarańczowoczerwonej. Natomiast dzięki pracy dwóch japońskich badaczy - Isamu Akasakiego oraz Shuji Nakamury uzyskano dużo większą sprawność LED-ów - teraz niebieska LED świeciła stokrotnie jaśniej! Taki zadziwiający efekt uzyskano przez zastosowanie azotka galu. Jeszcze lepsze wyniki uzyskano dodając domieszki indu. Diody niebieskie zaczęły świecić tak jasno, że możliwe stało się pokrywanie niebieskiego chipa fluorescencyjnym fosforem, który absorbując promieniowanie niebieskie powoduje reemisję światła o białej barwie. Dzięki zastosowaniu podobnej technologii możliwe stało się uzyskanie światła w każdej barwie, ale to właśnie białe światło pozwoliło na stworzenie pierwszych żarówek LED, a wraz z zwiększeniem funkcjonalności takiego oświetlenia sukcesywanie obniża się jego cena.

Jak to działa?

Działanie diod LED opiera się na zjawisku rekombinacji promienistej. Elektrony w półprzewodnikach podczas przechodzenia z wyższego poziomu energetycznego na niższy zachowują swój pseudo-pęd (jest to tzw. przejście proste). Podczas tego przejścia energia elektronu zostaje zamieniona na kwant promieniowania elektromagnetycznego. Przejścia tego rodzaju dominują w półprzewodnikach z prostym układem pasmowym, w którym minimum pasma przewodnictwa i wierzchołkowi pasma walencyjnego odpowiada ta sama wartość pędu.

Działanie diody LED

 

1. września 2009 - pożegnaliśmy żarówki

 

Jesienią 2009 roku Komisja Europejska zakazała produkcji i sprzedaży na terenie Unii Europejskiej tradycyjnych żarówek 100 W. W kolejnych latach pożegnamy się z żarówkami 75 W (1.09.2010), 60 W (1.09.2011) i pozostałych (1.09.2012). Jako argument KE podaje konieczność zmniejszenia zużycia energii i ochronę środowiska. Oszacowano, że dzięki takim posunięciom, roczna emisja dwutlenku węgla do atmosfery obniżyłaby się do 15 milionów ton, a oszczędność energii Wspólnoty wyniosłaby nawet 40 TWh/rok (dla porównania produkcja energii w Polsce w 2008 roku wyniosła 154,6 TWh). Użytkownikom pozostaje zaopatrzenie się w świetlówki lub lampy LED.

 


Źródło: www.pl.wikipedia.org

Autor: Kazimierz Palutkiewicz Kategoria: Oświetlenie

Informacja o autorze

Kazimierz Palutkiewicz

Kazimierz Palutkiewicz

Właściciel firmy Odbiory.pl

kazimierz.palutkiewicz@odbiory.pl

kom. +48 502 089 166

Copyright 2015 Odbiory.pl - All rights reserved. Kopiowanie materiałów bez zezwolenia zabronione. Kontakt z Odbiory.pl dostępny pocztą elektroniczną na adresem mailowym biuro@odbiory.pl lub pod numerem +48 502 089 166

Odbiory.pl

Wchodząc na strony www.odbiory.pl wyrażają Państwo zgodę na umieszczanie na komputerze danych w postaci plików tzw. cookies, Pozwali to nam na automatyczne rozpoznanie Państwa komputera podczas następnego wejścia na strony www.odbiory.pl. Pliki cookies pozwolą przykładowo zachować hasło lub wygląd witryny zgodny z upodobaniami bez konieczności dokonywania czynności od początku każdorazowo. Pliki cookies mogą też być wykorzystywane przez współpracujących z nami reklamodawców, a także przez narzędzie Google Analytics, które jest przez nas wykorzystywane do zbierania statystyk. W przypadku braku zgody z Państwa strony na otrzymywanie cookies a chęci korzystania ze stron www.odbiory.pl należy zmienić konfigurację przeglądarki internetowej w taki sposób by blokowała lub usuwała pliki tego typu, lub ostrzegała za każdym razem przed ich zapisaniem. Możesz w każdej chwili zmienić ustawienia swojej przeglądarki. Przeczytaj, jak wyłączyć pliki cookie i nie tylko »