Slabosti žarnic z žarilno nitko kot vira svetlobe
Kljub vsem svojim prednostim imajo vse žarnice z žarilno nitko, začenši z vakuumom z ogljikovo nitko in konča s tistimi, polnjenimi z volframovim plinom, dve pomembni pomanjkljivosti kot vira svetlobe:
- nizka učinkovitost, tj. nizka učinkovitost vidnega sevanja na enoto pri enaki moči;
- močna razlika v spektralni porazdelitvi energije naravne svetlobe (sončna svetloba in razpršena dnevna svetloba), za katero je značilno slabo kratkovalovno vidno sevanje in prevlado dolgih valov.
Prva okoliščina naredi uporabo žarnic z žarilno nitko nedonosno z ekonomskega vidika, druga - ima za posledico izkrivljanje barve predmetov. Obe slabosti povzroča ista okoliščina: pridobivanje sevanja s segrevanjem trdne snovi pri relativno nizki temperaturi ogrevanja.
Porazdelitve energije v spektru žarnice z žarilno nitko ni mogoče popraviti v smislu njene znatne konvergence s porazdelitvijo v sončnem spektru, saj je tališče volframa približno 3700 ° K.
Toda celo rahlo zvišanje delovne temperature telesa žarilne nitke, recimo z barvne temperature 2800 ° K na 3000 ° K, vodi do znatnega zmanjšanja življenjske dobe žarnice (s približno 1000 ur na 100 ur) zaradi do znatnega pospeševanja procesa izhlapevanja volframa.
To izhlapevanje vodi predvsem do črnenja žarnice s prevleko iz volframa in posledično do izgube svetlobe, ki jo oddaja žarnica, in nazadnje do vžiga žarilne nitke.
Nizka delovna temperatura ohišja žarilne nitke je tudi razlog za nizko svetlobno moč in nizek izkoristek žarnic z žarilno nitko.
Prisotnost plinskega polnila, ki zmanjšuje izhlapevanje volframa, omogoča rahlo povečanje deleža oddane energije v vidnem spektru zaradi povečanja barvne temperature. Uporaba navitih filamentov in polnjenje s težjimi plini (kripton, ksenon) omogoča nekoliko nadaljnje povečanje deleža sevanja, ki pade na vidno območje, vendar merjeno le v nekaj odstotkih.
Najbolj ekonomičen, tj. z najvišjo svetlobno učinkovitostjo, bo vir, ki pretvori vso vhodno moč v sevanje te valovne dolžine. Svetlobni izkoristek takega vira, to je razmerje med svetlobnim tokom, ki ga ustvari, in največjim možnim tokom pri enaki vhodni moči, je enak enoti. Izkazalo se je, da je največja svetlobna moč 621 lm / W.
Iz tega je jasno, da bo svetlobna učinkovitost žarnic z žarilno nitko bistveno nižja od številk, ki označujejo vidno sevanje (7,7 - 15 lm / W).Ustrezne vrednosti lahko najdete tako, da svetlobno moč žarnice delite s svetlobno močjo vira s svetlobno učinkovitostjo, ki je enaka enoti. Posledično dobimo svetlobni izkoristek 1,24% za vakuumsko svetilko in 2,5% za plinsko polnjeno.
Radikalen način za izboljšanje žarnic z žarilno nitko bi bil najti materiale za telo z žarilno nitko, ki lahko delujejo pri znatno višjih temperaturah kot volfram.
To bi povečalo učinkovitost in izboljšalo barvo njihove emisije. Vendar pa iskanje takšnih materialov ni bilo okronano z uspehom, zaradi česar so bili zgrajeni bolj ekonomični svetlobni viri z boljšo spektralno porazdelitvijo na podlagi popolnoma drugačnega mehanizma za pretvorbo električne energije v svetlobo.
Druga pomanjkljivost žarnic z žarilno nitko:
Zakaj žarnice z žarilno nitko najpogosteje izgorejo v trenutku vklopa
Kljub prednostni ekonomičnosti se nobena od vrst plinskoelektričnih sijalk ni izkazala za sposobno zamenjati žarnice z žarilno nitko za razsvetljavo, razen fluorescenčne sijalke… Razlog za to je nezadovoljiva spektralna sestava sevanja, ki popolnoma popači barvo predmetov.
Visokotlačne sijalke z inertnimi plini imajo visoko svetlobno učinkovitost. Tipičen primer je Natrijeva svetilka, ki ima največji svetlobni izkoristek med vsemi plinskimi sijalkami, vključno s fluorescentnimi. Njegova visoka učinkovitost je posledica dejstva, da se skoraj vsa vhodna moč pretvori v vidno sevanje.Razelektritev v natrijevih parah oddaja le rumeno barvo v vidnem delu spektra; zato dobijo ob osvetlitvi z natrijevo svetilko vsi predmeti povsem nenaraven videz.
Vse različne barve segajo od rumene (bele) do črne (površina katere koli barve, ki ne odbija rumenih žarkov). Ta vrsta razsvetljave je izjemno neprijetna za oko.
Tako se svetlobni viri, ki delujejo na principu električnega praznjenja v plinu, že s samim načinom ustvarjanja sevanja (vzbujanja posameznih atomov) izkažejo, z vidika lastnosti človeškega očesa, za temeljno napako v linearni strukturi spekter.
Te pomanjkljivosti ni mogoče popolnoma odpraviti z neposredno uporabo razelektritve kot vira svetlobe. Zadovoljiva rešitev je bila najdena, ko je nastavek dobil le funkcijo vzbujanje sijaja fosforjev (fluorescenčne sijalke).
Fluorescentne sijalke imajo v primerjavi z žarnicami z žarilno nitko neugodno lastnost, ki je močna nihanja svetlobnega toka pri delovanju na izmenični tok.
Razlog za to je bistveno nižja vztrajnost sijaja fosforja v primerjavi z vztrajnostjo filamentov žarnic z žarilno nitko, zaradi česar pri kateri koli napetosti, ki prehaja skozi nič, kar vodi do prenehanja praznjenja, fosforju uspe izgubi pomemben del svoje svetlosti, preden pride do razelektritve v nasprotni smeri. Izkazalo se je, da ta nihanja svetlobnega toka fluorescenčnih sijalk presegajo 10-20-krat.
Ta neželeni pojav lahko močno oslabimo tako, da prižgemo dve sosednji fluorescentni sijalki, tako da napetost ene od njiju zaostaja za napetostjo druge za četrtino periode.To dosežemo z vključitvijo kondenzatorja v tokokrog ene od svetilk, ki ustvari želeni fazni premik. Uporaba posode hkrati izboljša in Faktor moči celotno namestitev.
Še boljši rezultati so doseženi pri preklopu s faznim zamikom treh in štirih svetilk. S tremi sijalkami lahko tudi zmanjšate nihanje svetlobnega toka tako, da jih vklopite v treh fazah.
Kljub številnim zgoraj navedenim napakam so fluorescenčne sijalke zaradi svoje visoke učinkovitosti postale razširjene in naenkrat so v obliki kompaktnih zasnov fluorescenčnih sijalk zamenjale žarnice z žarilno nitko. A tudi obdobje teh svetilk je mimo.
Trenutno se LED svetlobni viri uporabljajo predvsem v električni razsvetljavi:
Naprava in princip delovanja LED svetilke