Nackdelar med glödlampor som ljuskälla
För alla sina fördelar har alla glödlampor, som börjar med ett vakuum med en kolfilament och slutar med volframgasfyllda, två viktiga nackdelar som ljuskällor:
- låg verkningsgrad, dvs. låg effektivitet av synlig strålning per enhet under samma effekt;
- en stark skillnad i den spektrala fördelningen av energi från naturlig belysning (solljus och diffust dagsljus), kännetecknad av dålig kortvågig synlig strålning och en övervikt av långa vågor.
Den första omständigheten gör användningen av glödlampor olönsam ur ekonomisk synvinkel, den andra — har till följd att föremålens färg förvrängs. Båda nackdelarna orsakas av samma omständighet: att erhålla strålning genom att värma ett fast ämne vid en relativt låg uppvärmningstemperatur.
Det är inte möjligt att korrigera energifördelningen i spektrumet av en glödlampa, i betydelsen av dess betydande konvergens med fördelningen i solspektrumet, eftersom smältpunkten för volfram är cirka 3700 ° K.
Men även en liten ökning av glödtrådskroppens arbetstemperatur, säg, från en färgtemperatur på 2800 ° K till 3000 ° K, leder till en betydande minskning av lampans livslängd (från cirka 1000 timmar till 100 timmar) på grund av till en betydande acceleration av processen för volframavdunstning.
Denna avdunstning leder i första hand till att den volframbelagda glödlampan svärtar och följaktligen till förlust av ljus som emitteras av lampan och slutligen till att glödtråden bränns.
Den låga driftstemperaturen hos glödtrådshöljet är också orsaken till glödlampornas låga ljuseffekt och låga effektivitet.
Närvaron av en gasfyllning, som minskar förångningen av volfram, gör det möjligt att något öka andelen energi som emitteras i det synliga spektrumet på grund av en ökning av färgtemperaturen. Användningen av lindade filament och fyllning med tyngre gaser (krypton, xenon) möjliggör en något ytterligare ökning av andelen strålning som faller på det synliga området, men mätt endast i några få procent.
Den mest ekonomiska, d.v.s. med den högsta ljuseffektiviteten, kommer att vara en källa som omvandlar all ineffekt till strålning med den våglängden. Ljuseffektiviteten hos en sådan källa, det vill säga förhållandet mellan ljusflödet som skapas av den och det maximala möjliga flödet vid samma ineffekt, är lika med enhet. Det visar sig att den maximala ljuseffekten är 621 lm / W.
Av detta är det tydligt att ljuseffektiviteten för glödlampor kommer att vara betydligt lägre än de siffror som kännetecknar den synliga strålningen (7,7 - 15 lm / W).Motsvarande värden kan hittas genom att dividera lampans ljusstyrka med ljusstyrkan hos en källa med en ljuseffektivitet lika med enhet. Som ett resultat får vi en ljuseffektivitet på 1,24 % för en vakuumlampa och 2,5 % för en gasfylld.
Ett radikalt sätt att förbättra glödlampor skulle vara att hitta glödtrådsmaterial som kan fungera vid betydligt högre temperaturer än volfram.
Detta skulle öka effektiviteten och förbättra kromatiseringen av deras emission. Men sökandet efter sådana material kröntes inte med framgång, vilket ledde till att mer ekonomiska ljuskällor med en bättre spektral fördelning byggdes utifrån en helt annan mekanism för att omvandla elektrisk energi till ljus.
En annan nackdel med glödlampor:
Varför glödlampor oftast brinner ut när de slås på
Trots överlägsen ekonomi har ingen av typerna av gasurladdningslampor visat sig kunna ersätta glödlampor för belysning, förutom fluorescerande lampor… Anledningen till detta är den otillfredsställande spektrala sammansättningen av strålningen, som helt förvränger färgen på föremålen.
Högtryckslampor med inerta gaser har hög ljuseffektivitet, ett typiskt exempel är Natriumlampa, som har den högsta ljuseffektiviteten av alla gasurladdningslampor, inklusive lysrör. Dess höga effektivitet beror på att nästan all ineffekt omvandlas till synlig strålning.En urladdning i natriumånga avger endast en gul färg i den synliga delen av spektrumet; därför, när de belyses med en natriumlampa, får alla föremål ett helt onaturligt utseende.
Alla de olika färgerna sträcker sig från gult (vitt) till svart (en yta av vilken färg som helst som inte reflekterar gula strålar). Denna typ av belysning är extremt obehaglig för ögat.
Sålunda visar sig gasurladdningsljuskällor, genom själva metoden att skapa strålning (excitation av enskilda atomer), vara, ur synvinkeln av det mänskliga ögats egenskaper, en grundläggande defekt som består av den linjära strukturen hos spektrum.
Denna nackdel kan inte helt övervinnas genom att direkt använda urladdningen som ljuskälla. En tillfredsställande lösning fann man när biten endast fick funktionen excitation av lyset av fosfor (fluorescerande lampor).
Lysrör har en ogynnsam egenskap jämfört med glödlampor som består i kraftiga fluktuationer i ljusflödet vid drift med växelström.
Anledningen till detta är den avsevärt lägre trögheten hos lyset av fosfor jämfört med trögheten hos glödlampornas glödtrådar, vilket leder till att fosforn vid varje spänning som passerar genom noll, vilket leder till att urladdningen avslutas, lyckas förlora en betydande del från sin ljusstyrka innan urladdning sker i motsatt riktning. Det visar sig att dessa fluktuationer i ljusflödet hos lysrör överstiger 10 - 20 gånger.
Detta oönskade fenomen kan avsevärt försvagas genom att slå på två intilliggande lysrör så att spänningen hos en av dem släpar efter spänningen hos den andra med en kvarts period.Detta uppnås genom att inkludera en kondensator i kretsen för en av lamporna, vilket skapar den önskade fasförskjutningen. Att använda en behållare samtidigt förbättrar och Effektfaktor hela installationen.
Ännu bättre resultat erhålls vid omkoppling med fasförskjutning av tre och fyra lampor. Med tre lampor kan du även minska fluktuationer i ljusflödet genom att tända dem i tre faser.
Trots ett antal defekter som noterats ovan blev lysrör, på grund av sin höga effektivitet, utbredda, och på en gång, i form av kompakta lysrörsdesigner, byttes glödlampor överallt. Men eran med dessa lampor är också över.
För närvarande används LED-ljuskällor huvudsakligen i elektrisk belysning:
Enheten och funktionsprincipen för LED-lampan