Potisk stikala - in temna soba se je v trenutku spremenila, detajli najmanjših elementov notranjosti so postali vidni. Tako se energija iz majhne naprave v trenutku širi in preplavi vse okoli s svetlobo. Zakaj ustvarjate tako močno sevanje? Odgovor se skriva v imenu svetlobne naprave, ki se imenuje žarnica.
Zgodovina nastanka prvih svetlobnih elementov
Začetki prvih žarnic z žarilno nitko segajo v začetek 19. stoletja. Ali bolje rečeno, svetilka se je pojavila nekoliko kasneje, vendar je bil učinek sijaja platinastih in ogljikovih palic pod delovanjem električne energije že opažen. Pred znanstveniki sta se pojavili dve težki vprašanji:
- iskanje visoko upornih materialov, ki se lahko segrejejo pod vplivom toka do stanja emisije svetlobe;
- Preprečevanje hitrega zgorevanja materiala v zraku.
Raziskava inizuma ruskega znanstvenika Aleksandra Nikolajeviča Lodygina in Američana Thomasa Edisona.
Lodygin je predlagal uporabo ogljikovih palic kot žarilnega elementa, ki so bili v zaprti bučki. Pomanjkljivost zasnove je bila težava pri črpanju zraka, katerega ostanki so prispevali k hitremu zgorevanju palic. Toda kljub temu so njegove svetilke gorele več ur, razvoj in patenti pa so postali osnova za ustvarjanje trajnejših naprav.
Ameriški znanstvenik Thomas Edison je, ko se je seznanil z delom Lodygina, izdelal učinkovito vakuumsko bučko, v katero je vstavil ogljikovo nit iz bambusovih vlaken. Edison je osnovo svetilke zagotovil tudi z navojno povezavo, ki je značilna za sodobne svetilke, in izumil številne električne elemente, kot so: vtič, varovalka, vrtljivo stikalo in še veliko več. Učinkovitost Edisonove žarnice z žarilno nitko je bila majhna, čeprav je lahko delovala do 1000 ur in je bila praktično uporabljena.
Pozneje je bila namesto ogljikovih elementov predlagana uporaba ognjevzdržnih kovin. Lodygin je patentiral tudi volframovo žarilno nitko, ki se uporablja v sodobnih žarnicah.
Naprava in princip delovanja svetilke
Zasnova žarnice z žarilno nitko se ni bistveno spremenila že več kot sto let. Vključuje:
- Hermetično zaprta bučka, ki omejuje delovni prostor in je napolnjena z inertnim plinom.
- Podstavek, ki imaspiralna oblika. Služi za držanje svetilke v vtičnici in njeno električno povezavo s tokovnimi deli.
- Prevodniki, ki vodijo tok od osnove do spirale in jo zadržujejo.
- Žareče spirala, katere segrevanje ustvarja oddajanje svetlobne energije.
Ko električni tok teče skozi tuljavo, se ta v trenutku segreje na najvišje temperature do 2700 stopinj. To je posledica dejstva, da ima spirala velik tokovni upor in se za premagovanje tega upora porabi veliko energije, ki se sprosti kot toplota. Toplota segreje kovino (volfram) in začne oddajati fotone svetlobe. Zaradi dejstva, da bučka ne vsebuje kisika, volfram med segrevanjem ne oksidira in ne izgori. Inertni plin preprečuje izhlapevanje vročih kovinskih delcev.
Kolikšna je učinkovitost žarnice z žarilno nitko
Učinkovitost kaže, kolikšen odstotek porabljene energije se pretvori v koristno delo in kaj ne. V primeru žarnice z žarilno nitko je izkoristek nizek, saj gre le 5-10 % energije za oddajanje svetlobe, ostalo se sprosti kot toplota.
Učinkovitost prvih žarnic z žarilno nitko, kjer je ogljikova palica delovala kot žarilna nitka, je bila v primerjavi s sodobnimi napravami še nižja. To je posledica dodatnih izgub zaradi konvekcije. Spiralni filamenti imajo nižji odstotek teh izgub.
Učinkovitost žarnice z žarilno nitko je neposredno odvisna od temperature segrevanja spirale. Standardno se tuljava žarnice z močjo 60 W segreje do 2700 ºС, atta učinkovitost je le 5%. S povečanjem napetosti je mogoče povečati ogrevalno vrednost na 3400 ºС, vendar bo to zmanjšalo življenjsko dobo naprave za več kot 90%, čeprav bo svetilka svetila močneje in učinkovitost se bo povečala na 15%.
Napačno je misliti, da povečanje moči žarnice (100, 200, 300 W) vodi do povečanja učinkovitosti samo zato, ker se je povečala svetlost naprave. Svetilka je začela svetiti močneje zaradi večje moči same spirale in zaradi večje svetlobne moči. Povečali pa so se tudi stroški energije. Zato bo tudi učinkovitost žarnice z žarilno nitko z močjo 100 W znotraj 5-7%.
Različice žarnic z žarilno nitko
Žarnice z žarilno nitko so na voljo v različnih oblikah in funkcionalnih namenah. Razdeljeni so na svetila:
- Splošna uporaba. Sem spadajo svetilke za domačo uporabo različnih moči, zasnovane za omrežno napetost 220 V.
- Dekorativni dizajn. Imajo nestandardne vrste bučk v obliki sveč, krogel in drugih oblik.
- Vrsta osvetlitve. Barvne sijalke nizke moči za barvito osvetlitev.
- Lokalni cilj. Varne napetostne naprave do 40 V. Uporabljajo se na proizvodnih mizah, za osvetlitev delovnih mest obdelovalnih strojev.
- Prevlečen z ogledalom. Svetilke, ki ustvarjajo usmerjeno svetlobo.
- Vrsta signala. Uporablja se za delo na nadzornih ploščah različnih naprav.
- Za prevoz. Široka paleta svetilk povečane odpornosti proti obrabi in zanesljivosti. Odlikuje ga uporabniku prijazen dizajn za hitro zamenjavo.
- Za reflektorje. Svetilke povečane moči, ki dosežejo do 10.000 W.
- Za optične naprave. Svetilke za filmske projektorje in podobne naprave.
- komutator. Uporablja se kot segmenti digitalnega prikaza merilnih instrumentov.
Pozitivne in negativne strani žarnic z žarilno nitko
Naprave z žarilno nitko imajo svoje značilnosti. Pozitivne vključujejo:
- takojšnji vžig tuljave;
- varnost okolja;
- majhna velikost;
- poštena cena;
- zmožnost ustvarjanja naprav različnih moči in delovne napetosti tako AC kot DC;
- vsestranskost uporabe.
Na negativno:
- žarnica z nizko učinkovitostjo;
- dovzetnost za življenjske prenapetosti;
- kratki delovni čas, ki ne presega 1000;
- nevarnost požara žarnic zaradi močnega segrevanja žarnice;
- krhka oblika.
Druge vrste svetlobnih naprav
Obstajajo svetilke, katerih princip se bistveno razlikuje od delovanja žarnic z žarilno nitko. Sem spadajo plinske in LED svetilke.
Obstaja veliko obločnih ali plinskih žarnic, vendar vse temeljijo na siju plina, ko med elektrodama nastane lok. Sijaj se pojavi v ultravijoličnem spektru, ki se nato pretvori v vidno človeškemu očesu.s prehodom skozi fosforno prevleko.
Proces, ki poteka v plinski sijalki, vključuje dve stopnji dela: ustvarjanje obločnega razelektritve ter vzdrževanje ionizacije in sijaja plina v žarnici. Zato imajo vse vrste takšnih svetlobnih naprav trenutni nadzorni sistem. Fluorescenčne naprave imajo večji izkoristek kot žarnice z žarilno nitko, vendar niso varne, ker vsebujejo hlape živega srebra.
LED svetlobne naprave so najsodobnejši sistemi. Učinkovitost žarnice z žarilno nitko in LED žarnice je neprimerljiva. Pri slednjem doseže 90%. Načelo delovanja LED temelji na sijaju določene vrste polprevodnika pod vplivom napetosti.
Česa žarnica z žarilno nitko ne mara
Življenjska doba navadne žarnice z žarilno nitko se bo skrajšala, če:
- Napetost v omrežju je nenehno precenjena od nominalne, za katero je svetlobna naprava zasnovana. To je posledica zvišanja delovne temperature grelnega telesa in posledično povečanega izhlapevanja kovinske zlitine, kar vodi do njegove odpovedi. Čeprav bo učinkovitost žarnice z žarilno nitko večja.
- Sarnico med delovanjem močno pretresite. Ko se kovina segreje do stanja, ki je blizu taljenju, in se razdalja med zavoji spirale zmanjša zaradi širjenja snovi, lahko vsako mehansko, nenadno gibanje povzroči za oko neopazno vezje med zavoji. To zmanjša celotno odpornost tuljave na tok, prispeva k njenemu večjemu in hitremu segrevanjuizgorelost.
- Voda bo prišla na segreto bučko. Na mestu udarca pride do temperaturne razlike, zaradi česar se steklo zlomi.
- Dotaknite se s prsti žarnice halogenske žarnice. Halogena sijalka je vrsta žarnice z žarilno nitko, vendar ima bistveno večjo svetlobno in toplotno moč. Ob dotiku na bučki ostane neviden masten madež s prsta. Pod vplivom temperature maščoba izgoreva in tvori usedline ogljika, ki preprečujejo prenos toplote. Posledično se steklo na mestu stika začne topiti in lahko poči ali nabrekne, kar moti plinski režim v notranjosti, kar vodi do izgorevanja spirale. Halogenske žarnice z žarilno nitko imajo večji izkoristek kot navadne.
Kako zamenjati žarnico
Če je žarnica pregorela, vendar se žarnica ni zrušila, jo lahko zamenjate, ko se popolnoma ohladi. V tem primeru izklopite napajanje. Pri privijanju svetilke ni treba oči usmeriti v njeno smer, še posebej, če ni mogoče izklopiti elektrike.
Ko je žarnica počila, vendar je ohranila obliko, je priporočljivo vzeti bombažno krpo, jo zložiti v več plasteh in, oviti okoli svetilke, poskusiti odstraniti steklo. Nato s kleščami z izoliranimi ročaji previdno odvijte podstavek in privijte novo svetilko. Vse operacije je treba izvesti z izklopljenim napajanjem.
Sklep
Kljub temu, da je učinkovitost žarnice z žarilno nitko majhen odstotek in ima vedno več konkurentov, je pomembna na mnogih področjih življenja. Obstaja celo najstarejša žarnica, ki neprekinjeno deluje že več kot sto let. Ali ni to potrditev in ohranjanje genialnosti misli človeka, ki si prizadeva spremeniti svet?
