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 jakoby bylo o několik set kelvinů teplejší (wolfram je selektivní zářič).

Využití a charakteristika

Schématická 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.

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 E27 v roce 1881. Svítily asi 600 hodin a byly drahé - 1 dolar 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 v soudní síni Edison 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 1000 hodin. (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. I kvůli protestům Františka Křižíka se však v Čechách nejprve upřednostňovalo obloukové osvětlení.^[zdroj?]

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 poměrně závislá na počtu cyklů rozsvícení a zhasnutí.^[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 předřadníku).

Srovnání s kompaktními zářivkami

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 předřadník.
• Žárovky jsou ekologicky nezávadné, 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 předřadníkem další elektrotechnické součástky.
• Jsou několikanásobně (pětkrát až 25krát) levnější.
• Žárovky neemitují žádné nebezpečné záření.
• Žárovky vyzařují spojité spektrum světla podobně jako je tomu u slunečního záření.
• Slouží jako ideální kombinovaný světelný a tepelný zdroj (akvaristika, teraristika).

---

Pro změnu zase zářivky:

• Zářivky blikají frekvencí elektrorozvodné sítě. Z toho důvodu je jejich použití omezené tam, kde se vyskytují rychle rotující předměty, zejména se to týká dílen s obráběcími stroji. Vlivem stroboskopického jevu se totiž rotující předmět osvětlený přerušovaným světlem může jevit jako stojící. Toto platí zejména pro běžné zářivky. Kompaktní zářivky, zejména kvalitní, blikají s frekvencí výrazně vyšší, danou elektronickým předřadníkem, řádově desítky kHz a stroboskopický efekt se tolik neuplatňuje. Je také možné zapojit světla na různé fáze, čímž se rovněž dosáhne zmírnění tohoto efektu.
• Levnější zářivky emitují UV záření, které může při dlouhodobé expozici nevratně poškodit zrak. Někdy lze narazit na informaci, že "v malém množství vyzařují, díky obsahu těžkých kovů, i rentgenové záření". To je ovšem mylné, neboť v plynem plněné trubici nemohou být elektrony urychleny na energii k tomu dostačující.

Nevýhody žárovek

• Nízká energetická účinnost - většina elektrické energie se promění v teplo. Účinnost žárovek ovšem roste s příkonem (viz tabulka Světelná účinnost).
• Žárovky mají kratší životnost, která se pohybuje nejčastěji kolem 1000 hodin 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 UV záření.

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

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 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

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 (svíticí diody). Výhodou svíticích 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).

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

• Obrázky, zvuky či videa k tématu Žárovka ve Wikimedia Commons
• Slovníkové heslo žárovka ve Wikislovníku
• Čím nahradit klasické žárovky?
• Návod, jak správně vybrat LED žárovku
• Od klasických až po LED žárovky
• Jak správně vybrat LED žárovku