Žárovka

Žárovka je jednoduché zařízení k přeměně elektrické energie na světlo. Funguje na principu zahřívání tenkého vodiče elektrickým proudem, který jím protéká.  

Při vysoké teplotě vlákno žárovky září především v infračervené oblasti, zčásti i ve viditelném světle. U přežhavených žárovek (projekční typy, halogeny apod.) najdeme ve spektru i ultrafialové záření, avšak baňka žárovky z obyčejného skla je pro ultrafialové záření prakticky nepropustná. Z optického hlediska se vlákno žárovky nechová jako absolutně černý zářič, ale jakoby bylo o několik set kelvinů teplejší (wolfram je selektivní zářič).

Využití a charakteristika

Obyčejná žárovka se dosud často používá v domácnostech a je také základem většiny přenosných svítidel. V automobilových světlometech nebo v domácnostech, když má být světlo soustředěno do jednoho místa, se často využívají halogenové žárovky.

Mezi hlavní výhody žárovky jako světelného zdroje patří vysoce automatizovaná výroba, vynikající podání barev (Ra = 100), možnost přímého napájení z elektrické sítě, absence zdraví škodlivých látek. Mezi nevýhody patří především nízká účinnost a měrný výkon (kolem 10-15 lm/W), krátký život a velká závislost parametrů na napájecím napětí.

Klasické žárovky mají baňku obvykle z měkkého sodno-vápenatého skla. Vnitřní prostor baňky je vyčerpán a je obvykle plněn dusíkem (někdy s příměsí argonu či kryptonu).

Technologicky výrobu žárovky zvládl Thomas Alva Edison v roce 1879, na trh byly uvedeny žárovky v provedení s bambusovým vláknem a standardní šroubovací paticí E27 v roce 1881. Edison ale není vynálezcem žárovky. Jeho předchůdcem byl Heinrich Göbel. První pokusy se žárovkou (principiálně vznik světla žhavením materiálů průchodem elektrického proudu) lze datovat k roku 1805 (Humphry Davy). Jako datum jejího vynalezení je často uváděn rok 1854 a jméno Göbel (Goebel), ale výrobou žárovky v soudní síni Edison dokázal, že prvenství ve využití patří jemu.

Ze žárovky se později vyvinula elektronka, která byla základem elektronických přístrojů až do vynálezu tranzistoru. Efekt vyzařování elektronů z rozžhaveného vlákna objevil kolem roku 1890 T. A. Edison a tento efekt je po něm pojmenován. Střední doba života standardní žárovky je 1000 hodin (střední doba života znamená, že po uvedené době musí být v provozu nejméně 50% původních žárovek).

Žárovka v českých zemích

První elektrické světlo v našich zemích měl Robertův cukrovar v Židlochovicích, jeden z nejmodernějších podniků té doby. Zde se rozsvítila žárovka již v roce 1880. Na pařížské výstavě svítily žárovky v roce 1881 a téhož roku měla elektrické osvětlení Daňkova strojírna v Praze. První divadlo s vlastním elektrickým osvětlením na evropské pevnině mělo Brno - Mahenovo divadlo bylo otevřeno koncem roku 1882. Elektrické osvětlení v Národním divadle bylo zadáno v roce 1883. I přes protesty Františka Křižíka se však v Čechách nejprve upřednostňovalo obloukové osvětlení.

Konstrukce

Původní Edisonovy žárovky měly uhlíkové vlákno (zuhelnatělý bambus), dnes se obvykle využívá wolfram, který lépe odolává vysokým teplotám. Aby vlákno neshořelo, je umístěno v baňce z obyčejného skla, ze které je vyčerpán vzduch. U standardních žárovek do 15 W je obvykle baňka vakuovaná (vzduchoprázdná), u silnějších žárovek je plněná směsí dusíku a argonu, ale také řidčeji kryptonem, nebo dokonce xenonem. Tyto náplně umožňují vyšší provozní teploty vlákna, omezují jeho stárnutí rozprašováním nebo odpařováním. U standardních a velkých žárovek je náplň volena tak, aby se za provozu tlak v baňce přibližně srovnal s tlakem atmosférickým.

Použití

Žárovky stárnou podle doby svícení, jejich životnost se počítá v tisících hodin a je téměř nezávislá na počtu cyklů rozsvícení a zhasnutí.

Jakožto teplotní světelný zdroj dávají stálé spojité světelné spektrum, proto jsou vhodné do domácností, kuchyní, dílenských provozů a všude tam, kde je potřeba zachovat věrnost barev. Z tohoto pohledu vycházejí lépe než běžné výbojové zdroje, jako zářivky a výbojky, které naopak bývají monochromatické a pulsují s frekvencí elektrorozvodné sítě.

Srovnání s kompaktními zářivkami

Výhody

  • Jas žárovek se dá plynule regulovat.
  • Výroba žárovek je mnohem jednodušší, levnější a energeticky úspornější. Konstrukčně jsou jednoduché, neobsahují žádný elektronický předřadník.
  • Žárovky jsou ekologicky nezávadné, neobsahují žádné nebezpečné látky. Zářivky se musí složitě ekologicky likvidovat jako nebezpečný odpad, protože obsahují rtuť a toxický luminofor.
  • Jsou několikanásobně (pětkrát až 25krát) levnější.
  • Žárovky neemitují žádné nebezpečné záření. Levnější zářivky emitují UV záření, které může při dlouhodobé expozici nevratně poškodit zrak, v malém množství vyzařují, díky obsahu těžkých kovů, i rentgenové záření.
  • Žárovky vyzařují spojité spektrum světla podobně jako je tomu u slunečního záření.

Nevýhody

  • Žárovky mají kratší životnost, která se pohybuje nejčastěji kolem 1000 hodin provozu, nejsou ovšem choulostivé na časté rozsvěcení/zhášení.
  • Nízká energetická účinnost - většina elektrické energie se promění v teplo. Účinnost ovšem zpravidla roste s příkonem.
  • Oproti zářivkám velmi omezené možnosti světelného spektra.

Regulace výkonu

Konstrukce žárovkám dovoluje jejich používání i při nižších než jmenovitých napětích: Příkon je přímo úměrný kvadrátu napětí, takže i produkovaný světelný zářivý výkon se s napětím plynule mění. Pro regulaci se i v domácnostech se běžně používají tzv. stmívače. Stmívače jsou naopak nepoužitelné u zářivek, například kompaktní zářivka se jím zničí.

Přežhavené žárovky

U vysoko přežhavených žárovek (také halogenových) bývá provozní tlak mnohonásobně vyšší, než atmosférický. To je třeba brát na zřetel a omezit možnost exploze speciálním sklem, síťkou a podobně. Tam, kde tato možnost není (optická zařízení, reflektory) je nutno počítat s rizikem rozlétnutí žhavých střípků. Tyto žárovky bývají plněny halogenovými sloučeninami, původně čistým jódem, nyní různými organickými sloučeninami bromu (brommetan, bromofosfonitrit, a podobně).

Halogenová žárovka

Halogenová žárovka je speciální druh žárovky, u které se dosahuje vyšší teploty vlákna (a tedy vyšší světelné účinnosti a bělejšího světla) a/nebo delší životnosti tím, že se do atmosféry uvnitř baňky přidá sloučenina halového prvku (halogenu, např. bromu nebo jodu). V žárovce probíhá tzv. halogenový cyklus, kde se při vysoké teplotě vypařující wolfram slučuje a rozpadá např. s bromem. Díky tenzi wolframových par v blízkosti vlákna se omezuje jeho vypařování - výsledkem je delší životnost a zvýšení světelného toku (měrný zářivý výkon až 20 lm/W).

Nahrazování

Pro delší životnost a lepší energetickou účinnost jsou žárovky nahrazovány (v některých zemích i nuceně, právními regulacemi), především zářivkami nebo výbojkami. Snahou je využít pro osvětlování také LED (svítící diody). Výhodou svítících diod je mimořádná životnost, možnost nastavit libovolnou barvu světla (systémy s trojicí RGB diod).

Zdroj: Wikipedia