Žárovka

Žárovka nejběžnější velikosti, závit E27

Menší varianta žárovky, závit E27

Žárovka je jednoduché zařízení k přeměně elektrické energie na světlo. Funguje na principu zahřívání tenkého, obvykle 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

Schematická značka žárovky

Obyčejná žárovka se dosud často používá v domácnostech a je také základem většiny přenosných svítidel.^[zdroj?] 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 (R_a = 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), a velká závislost parametrů (včetně životnosti) na napájecím napětí (např. cca 230 až 250 V voltů domovní síť v ČR).

Historie

Vynález

Technologicky výrobu žárovky zdokonalil a patentoval Thomas Alva Edison v roce 1879 - první žárovka byla rozsvícena 21. října 1879 a svítila 40 hodin. 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. Edison ale není původním vynálezcem žárovky. Jeho předchůdcem byl Heinrich Göbel. 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

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 800 - 1000 hod. (Střední doba života znamená, že po uvedené době musí být v provozu nejméně 50 % původních žárovek).

Žárovka v českých zemích

1. Skleněná baňka
2. Náplň : nízkotlaký inertní plyn
3. Wolframové vlákno
4. Kontaktní vlákno
5. Kontaktní vlákno
6. Podpůrná vlákna
7. Držák (sklo)
8. Kontaktní vlákno
9. Závit pro objímku
10. Izolace
11. Elektrický kontakt fáze

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

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 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.

Použití

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

• 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).
• Rozsah výkonu od zlomků watu po kilowaty, přičemž větší výkony (500W a více) byly nahrazeny úspornějšími zdroji světla už v minulosti.
• 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 se musí složitě ekologicky likvidovat jako nebezpečný odpad, protože obsahují rtuť a toxický luminofor a u zářivek s elektronickým zapalovačem další elektrotechnické součástky.
• Jsou několikanásobně (5 - 25 x) levnější.
• 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

• 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.
• 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 UV záření.
• 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

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

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

schéma halogenového cyklu

Podrobnější informace naleznete v článku 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 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

Podrobnější informace naleznete v článku Nahrazování žárovek.

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 %. U klasických žárovek s wolframovým vláknem se provozní účinnost vztažená k citlivosti lidského oka pohybuje kolem pouhých 2 %.

Srovnávání

Při srovnávání 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.

Tabulka světelných toků pro klasickou žárovku:

Watty	Světelný výkon (lumeny [lm])
100	1300-1400
75	920-970
60	700-750
40	410-430
25	220-230

Odkazy

Související články

• Zářivka
• LED žárovka
• Nahrazování žárovek
• Plánované zastarávání
• Edisonův závit

Literatura

• 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

• Od klasických až po LED žárovky ElektroTrh.cz, 23. únor 2012
• Obrázky, zvuky či videa k tématu žárovka ve Wikimedia Commons
• Slovníkové heslo žárovka ve Wikislovníku

Autoritní data: GND: 4122178-3 | PSH: 2366