Nadelen van gloeilampen als lichtbron
Ondanks al hun voordelen hebben alle gloeilampen, beginnend met een vacuüm met een koolstofgloeidraad en eindigend met met wolfraamgas gevulde lampen, twee belangrijke nadelen als lichtbronnen:
- laag rendement, d.w.z. laag rendement van zichtbare straling per eenheid onder hetzelfde vermogen;
- een sterk verschil in de spectrale verdeling van energie uit natuurlijke verlichting (zonlicht en diffuus daglicht), gekenmerkt door een slechte kortegolf zichtbare straling en een overheersing van lange golven.
De eerste omstandigheid maakt het gebruik van gloeilampen vanuit economisch oogpunt onrendabel, de tweede - heeft tot gevolg dat de kleur van voorwerpen wordt vervormd. Beide nadelen worden veroorzaakt door dezelfde omstandigheid: straling verkrijgen door een vaste stof te verhitten bij een relatief lage verhittingstemperatuur.
Het is niet mogelijk om de energieverdeling in het spectrum van een gloeilamp te corrigeren, in de zin van zijn significante convergentie met de verdeling in het zonnespectrum, aangezien het smeltpunt van wolfraam ongeveer 3700 ° K is.
Maar zelfs een lichte verhoging van de werktemperatuur van het filamentlichaam, bijvoorbeeld van een kleurtemperatuur van 2800 ° K tot 3000 ° K, leidt tot een aanzienlijke verkorting van de levensduur van de lamp (van ongeveer 1000 uur tot 100 uur) vanwege tot een aanzienlijke versnelling van het proces van wolfraamverdamping.
Deze verdamping leidt in de eerste plaats tot het zwart worden van de met wolfraam beklede lamp en dientengevolge tot het verlies van door de lamp uitgezonden licht en uiteindelijk tot het verbranden van de gloeidraad.
De lage bedrijfstemperatuur van de gloeidraadbehuizing is ook de reden voor de lage lichtopbrengst en het lage rendement van gloeilampen.
De aanwezigheid van een gasvulling, die de verdamping van wolfraam vermindert, maakt het mogelijk om de fractie energie die wordt uitgestraald in het zichtbare spectrum iets te verhogen als gevolg van een toename van de kleurtemperatuur. Het gebruik van opgerolde filamenten en vulling met zwaardere gassen (krypton, xenon) zorgt voor een iets verdere toename van de stralingsfractie die op het zichtbare gebied valt, maar gemeten slechts in enkele procenten.
De meest economische, d.w.z. met de hoogste lichtopbrengst, zal een bron zijn die al het ingangsvermogen omzet in straling van die golflengte. Het lichtrendement van zo'n bron, dat wil zeggen de verhouding van de daardoor gecreëerde lichtstroom tot de maximaal mogelijke lichtstroom bij hetzelfde ingangsvermogen, is gelijk aan één. Het blijkt dat de maximale lichtopbrengst 621 lm/W is.
Hieruit blijkt duidelijk dat de lichtopbrengst van gloeilampen beduidend lager zal zijn dan de cijfers die kenmerkend zijn voor de zichtbare straling (7,7 - 15 lm/W).De bijbehorende waarden zijn te vinden door de lichtkracht van de lamp te delen door de lichtkracht van een bron met een lichtrendement gelijk aan één. Als resultaat krijgen we een lichtrendement van 1,24% voor een vacuümlamp en 2,5% voor een met gas gevulde lamp.
Een radicale manier om gloeilampen te verbeteren, zou zijn om gloeidraadlichaammaterialen te vinden die bij aanzienlijk hogere temperaturen kunnen werken dan wolfraam.
Dit zou de efficiëntie verhogen en de chroma van hun emissie verbeteren. De zoektocht naar dergelijke materialen werd echter niet met succes bekroond, waardoor zuinigere lichtbronnen met een betere spectrale verdeling werden gebouwd op basis van een geheel ander mechanisme om elektrische energie om te zetten in licht.
Nog een nadeel van gloeilampen:
Waarom gloeilampen het vaakst doorbranden op het moment van inschakelen
Ondanks de superioriteit in zuinigheid, heeft geen van de typen gasontladingslampen bewezen gloeilampen voor verlichting te kunnen vervangen, behalve fluorescentielampen… De reden hiervoor is de onbevredigende spectrale samenstelling van de straling, die de kleur van de objecten volledig vervormt.
Hogedruklampen met inerte gassen hebben een hoge lichtopbrengst, een typisch voorbeeld hiervan is Natriumlamp, die de hoogste lichtopbrengst heeft van alle gasontladingslampen, inclusief fluorescentielampen. Het hoge rendement is te danken aan het feit dat bijna al het ingangsvermogen wordt omgezet in zichtbare straling.Een ontlading in natriumdamp geeft alleen een gele kleur af in het zichtbare deel van het spectrum; daarom krijgen alle objecten bij verlichting met een natriumlamp een volkomen onnatuurlijke uitstraling.
Alle verschillende kleuren variëren van geel (wit) tot zwart (een oppervlak van elke kleur dat geen gele stralen weerkaatst). Dit soort verlichting is buitengewoon onaangenaam voor het oog.
Zo blijken gasontladingslichtbronnen, juist door de methode van het creëren van straling (excitatie van individuele atomen), vanuit het oogpunt van de eigenschappen van het menselijk oog een fundamenteel defect te zijn dat bestaat in de lineaire structuur van de spectrum.
Dit nadeel kan niet volledig worden ondervangen door de ontlading direct als lichtbron te gebruiken. Een bevredigende oplossing werd gevonden toen de bit alleen de functie kreeg opwinding van de gloed van fosforen (fluorescentielampen).
Fluorescentielampen hebben een ongunstige eigenschap in vergelijking met gloeilampen, die bestaat uit sterke schommelingen in de lichtstroom bij gebruik op wisselstroom.
De reden hiervoor is de aanzienlijk lagere traagheid van de gloed van fosforen in vergelijking met de traagheid van de gloeidraden van gloeilampen, waardoor bij elke spanning die door nul gaat, wat leidt tot het beëindigen van de ontlading, de fosfor erin slaagt om verliest een aanzienlijk deel van zijn helderheid voordat ontlading in de tegenovergestelde richting plaatsvindt. Het blijkt dat deze fluctuaties in de lichtstroom van fluorescentielampen 10 - 20 keer groter zijn.
Dit ongewenste verschijnsel kan sterk worden afgezwakt door twee aangrenzende fluorescentielampen zo in te schakelen dat de spanning van de ene een kwart periode achterloopt op de spanning van de tweede.Dit wordt bereikt door in de schakeling van één van de lampen een condensator op te nemen, waardoor de gewenste faseverschuiving ontstaat. Het gelijktijdig gebruiken van een container verbetert en Krachtfactor de gehele installatie.
Nog betere resultaten worden verkregen bij het schakelen met faseverschuiving van drie en vier lampen. Met drie lampen kun je ook schommelingen in de lichtstroom verminderen door ze in drie fasen aan te zetten.
Ondanks een aantal hierboven genoemde defecten, raakten fluorescentielampen vanwege hun hoge efficiëntie wijdverbreid, en ooit werden gloeilampen in de vorm van compacte fluorescentielampontwerpen overal vervangen. Maar het tijdperk van deze lampen is ook voorbij.
Momenteel worden LED-lichtbronnen vooral gebruikt in elektrische verlichting:
Het apparaat en het werkingsprincipe van de LED-lamp