Žárovka
.jpg)
Žárovka je jednoduché zařízení k přeměně elektrické energie na světlo. Funguje na principu zahřívání tenkého, wolframového 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 jako by bylo o několik set kelvinů teplejší (wolfram je selektivní zářič).
Využití a charakteristika[editovat | editovat zdroj]
Obyčejná žárovka se dlouho používala v domácnostech jako zdroj světla, než byla vytlačena energeticky úspornějšími zářivkami a následně LED žárovkami. Pro běžné použití byla v Evropské unii a v dalších zemích v podstatě zakázána. V automobilových světlometech, kde 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 (5 %) a nízký měrný výkon (10 až 15 lumenů/Watt), krátká životnost (10–25x menší než LED žárovky) a velká závislost parametrů (včetně životnosti) na napájecím napětí (např. cca 220 až 250 V domovní síti v České republice).
Střední doba života standardní žárovky je 800 až 1000 hodin (střední doba života znamená, že po uvedené době musí být v provozu nejméně 50 % původních žárovek).
Historie[editovat | editovat zdroj]
Vynález[editovat | editovat zdroj]
Podle novodobých výzkumů, žárovku sestrojilo nezávisle na sobě 20 vědců a vynálezců ještě před Edisonem. Ovšem úspěšně ji patentoval Thomas Alva Edison v roce 1879 – první Edisonova žárovka byla rozsvícena 21. října 1879 a svítila 40 hodin.[1] Edisonův přínos spočíval především v tom, že výrobek dokázal úspěšně zavést na trhu, což se vynálezcům před ním nedařilo.[2] Hned z počátku udělal žárovkám velkolepou reklamu: v roce 1880 nasvítil parník, na Světové výstavě v Paříži o rok později už jich svítila zhruba tisícovka.[3] Na trh byly uvedeny žárovky v provedení s bambusovým vláknem a standardní šroubovací paticí E 27 v roce 1881. Svítily asi 600 hodin a byly drahé – 1 dolar a 15 centů. Nicméně, Edison není původním vynálezcem žárovky, i když právě jeho jméno bývá s vynálezem žárovky nejčastěji spojováno[4]. Jeho předchůdcem byl Heinrich Göbel.[5] První pokusy se žárovkou (principiálně vznik světla žhavením materiálů průchodem elektrického proudu) lze datovat k roku 1802 (Humphry Davy). Jako datum jejího vynalezení je často uváděn rok 1854 a jméno Göbel (Goebel), ale výrobou žárovky Edison v soudní síni dokázal, že prvenství ve využití patří jemu.
Další vynálezy[editovat | editovat zdroj]
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.
Žárovka v českých zemích[editovat | editovat zdroj]
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.
Konstrukce[editovat | editovat zdroj]
- Skleněná baňka
- Náplň : nízkotlaký inertní plyn
- Wolframové vlákno
- Kontaktní vlákno
- Kontaktní vlákno
- Podpůrná vlákna
- Držák (sklo)
- Kontaktní vlákno
- Závit pro objímku
- Izolace
- Elektrický kontakt fáze
Původní Edisonovy žárovky měly uhlíkové vlákno (zuhelnatělý bambus), později byl využíván tantal (vhodné bylo ještě osmium nebo molybden).[3] Dnes se 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 řidčeji také 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.
Baňky[editovat | editovat zdroj]
Kulové skleněné baňky mají různé rozměry a konstrukční označení:
- A60 – průměr 60 mm, např. pro žárovky 100 W.
- G45 – průměr 45 mm, pro žárovky nižších výkonů.
Kromě kulových baněk se používají například „svíčkové“ žárovky, s protáhlými baňkami.
Patice[editovat | editovat zdroj]
Konektor žárovek zároveň běžně slouží i pro mechanické upevnění tohoto zařízení, nese i jeho hmotnost. Patice mají nejrůznější konstrukce, každá s vlastním typovým a rozměrovým označením nebo názvem.
- závitové
- Edisonův závit
- E27 – o průměru 27 mm, vůbec nejběžnější závit žárovek v našich domácnostech, např. pro 100W žárovky.
- E14, tzv. miňonka – pro zúžené žárovky například do více ramenných lustrů.
- E12, E40 ...
- používají se i jiné závity, například „T--“ a další.
- Edisonův závit
- nezávitové – dalšími paticemi jsou například různé druhy bajonetů, například GU10.
Dvoustranné opaticování[editovat | editovat zdroj]
Kromě jednostranných patic existuje i dvoustranně kontaktní konstrukce žárovek, tzv. sufitka.
Dvoustranně jsou opaticované i klasické zářivkové trubice, ta však má na každé straně dokonce dva kontakty, kolíčkové nebo jehlové.
Použití[editovat | editovat zdroj]
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 (ty bez elektronického zapalovače případně frekvencí danou elektronickým zapalovačem).
Výhody žárovek[editovat | editovat zdroj]
- Jas žárovek se dá plynule regulovat.
- Je možné získat vyšší světelný tok zvýšením napájecího napětí; u běžné žárovky při užívání o 5 % vyššího napájecího napětí vzroste světelný tok asi o 20 %, zatímco životnost takové žárovky klesne na 50 % z původní hodnoty.
- Výroba žárovek je mnohem jednodušší, levnější a energeticky úspornější. Konstrukčně jsou jednoduché, neobsahují žádný elektronický zapalovač.
- Proveditelnost pro široký rozsah napětí od méně než voltu až po jednotky kilovoltů (na rozdíl od jiných typů zdrojů světla, u nichž je napětí dané jejich fyzikální podstatou a vyžadují dodatečné přizpůsobovací obvody).
- Dříve využívaný velký rozsah příkonů od zlomků watu po kilowaty (než byla nahrazena modernějšími a úspornějšími světelnými zdroji)
- Žárovky jsou z hlediska materiálů ekologicky nezávadné, protože neobsahují žádné nebezpečné látky (sklo, wolfram, inertní plyn jako je dusík a argon a běžný konstrukční kov na patici a držák vlákna). Zářivky, které dříve sloužily jako náhrada žárovek, se musí složitě ekologicky likvidovat jako nebezpečný odpad, protože obsahují rtuť a toxický luminofor a u zářivek s elektronickým zapalovačem další elektrotechnické součástky. U LED žárovek problém s nebezpečným odpadem také není.
- Žárovky neemitují žádné nebezpečné záření.
- Žárovky vyzařují spojité spektrum světla podobně, jako je tomu u slunečního záření.
- Žárovky mohou sloužit jako kombinovaný světelný a tepelný zdroj (akvaristika, teraristika).
- Žárovky téměř neblikají, z toho důvodu je jich možné použít i tam, kde se vyskytují rychle rotující předměty (zejména v dílnách s obráběcími stroji).
Nevýhody žárovek[editovat | editovat zdroj]
- Velmi nízká energetická účinnost – většina elektrické energie (až 95 %) se promění v teplo. Účinnost žárovek ovšem roste s příkonem (viz tabulka Světelná účinnost). Pokrytí vlákna vrstvou však může zvýšit účinnost.[6]
- Žárovky mají kratší životnost, která se pohybuje nejčastěji kolem 800–1000 hod. provozu. Jde o ekonomický kompromis mezi účinností a životností; vysoce účinné přežhavené žárovky (např. v kinoprojektorech) mají velmi krátkou životnost, naopak tzv. podžhavené (též dlouhoživotné) žárovky s nízkým světelným tokem (tedy nízkou účinností) mají násobně delší životnost.
- Některé halogenové žárovky emitují také ultrafialové záření, avšak baňka žárovky je pro něj prakticky nepropustná.
- Regulace jasu ovlivňuje barvu světla, od tmavě červené po jasně bílou (na rozdíl např. od LED, kde se s příkonem a jasem spektrum vyzařovaného světla nemění)
Regulace výkonu[editovat | editovat zdroj]
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 obyčejných zářivek, například kompaktní zářivka se jím zničí.
Přežhavené žárovky[editovat | editovat zdroj]
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 halogenidovými sloučeninami, původně čistým jódem, nyní různými organickými sloučeninami bromu (brommetan, bromofosfonitrit, apod.)
Halogenová žárovka[editovat | editovat zdroj]
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 jódu). V žárovce probíhá tzv. halogenidový 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 asi o 10 % delší životnost a zvýšení světelného toku (měrný zářivý výkon až 20 lm/W).
Nahrazování[editovat | editovat zdroj]
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 (svítivé diody). Výhodou svítivých diod je mimořádná životnost, odolnost proti častému spínání a okamžitý start na plný světelný výkon. V některých případech i možnost nastavit libovolnou barvu světla (systémy s trojicí RGB diod).
Průměrná životnost LED se pohybuje kolem 50000 až 100000 provozních hodin. U LED osvětlení je také dosaženo vyšší provozní účinnosti a to až 98 %[zdroj?]. U klasických žárovek s wolframovým vláknem se provozní účinnost vztažená k citlivosti lidského oka pohybuje kolem pouhých 2 %[7].
Porovnávání[editovat | editovat zdroj]
Při porovnávání LED žárovek a klasických žárovek se nedoporučuje srovnávat příkon ve wattech, ale raději světelný tok (světelný výkon) v lumenech. Vývoj technologie LED stále probíhá, není tedy možné podobně jako u kompaktních zářivek sestavit srovnávací tabulku podle příkonu. Watty tak mohou být zavádějící a srovnání rychle zastarává, navíc jsou v obchodech k dispozici LED-žárovky různých generací. V obchodě lze klidně momentálně (tj. roku 2018) vedle sebe nalézt LED s účinností od 50 lm/W do 140 lm/W což představuje téměř trojnásobný rozdíl světelné účinnosti a tím i příkonu potřebného pro stejný světelný tok. Vždy je tedy nutné zkontrolovat slibovaný světelný tok, který by měl být alespoň takový, jako nahrazovaná žárovka. Navíc je nutné zohlednit barvu (teplotu) světla a směrovou vyzařovací charakteristiku.
| Příkon (Watt) | Světelný výkon (lumen) |
|---|---|
| 100 | 1300–1400 |
| 75 | 920–970 |
| 60 | 700–750 |
| 40 | 410–430 |
| 25 | 220–230 |
Odkazy[editovat | editovat zdroj]
Reference[editovat | editovat zdroj]
- ↑ FRIEDEL, Robert; ISRAEL, Paul B. Edison's Electric Light: The Art of Invention. [s.l.]: JHU Press 247 s. Dostupné online. ISBN 978-0-8018-9944-7. (anglicky)
- ↑ BAJEROVÁ. Thomas Alva Edison: Životopis úspěšného obchodníka a vynálezce je plný podrazů a podvodů. Elektrina.cz [online]. 2019-01-26 [cit. 2019-11-21]. Dostupné online.
- ↑ a b LÁZŇOVSKÝ, Matouš. Zažíváme revoluci v osvětlení. Téměř navlas stejně jako před 100 lety. iDNES.cz [online]. MAFRA, 2014-11-04 [cit. 2021-01-30]. Dostupné online.
- ↑ PALERMO, Elizabeth. Who Invented the Light Bulb?. Livescience [online]. 2017-08-17 [cit. 2019-11-21]. Dostupné online.
- ↑ MIKEŠ, Jan; EFMERTOVÁ, Marcela. Cesta žárovky historií. Odborné časopisy [online]. FCC Public, 2005-04 [cit. 2021-01-30]. Dostupné online.
- ↑ http://echo24.cz/a/whivV/chysta-se-comeback-klasickych-zarovek-vedci-je-zefektivnili - Chystá se comeback klasických žárovek. Vědci je zefektivnili
- ↑ http://www.odbornecasopisy.cz/svetlo/casopis/tema/svetelne-zdroje-obycejne-zarovky--15861
- ↑ http://www.ireceptar.cz/domov-a-bydleni/interier-a-vybaveni/lumeny-watty-a-barva-svetla-cili-cim-se-ridit-pri-nakupu-ledek-a-zarivek/
Související články[editovat | editovat zdroj]
Literatura[editovat | editovat zdroj]
- Šťastný J., Remek B.: Autoelektrika a autoelektronika, T.Malina nakladatelství 2003, ISBN 80-86293-02-5.
- Habel Jiří: Světelná technika a osvětlování, FCC Public 1995, ISBN 80-901985-0-3.
- LÁNÍČEK, Robert. ELEKTRONIKA - obvody, součástky, děje. Praha: BEN - technická literatura, 1998. ISBN 80-86056-25-2. Kapitola 2.5, s. 77-78.
Externí odkazy[editovat | editovat zdroj]
Obrázky, zvuky či videa k tématu žárovka na Wikimedia Commons 
Slovníkové heslo žárovka ve Wikislovníku- Od klasických až po LED žárovky ElektroTrh.cz, 23. únor 2012
