Dezavantajele lămpilor cu incandescență ca sursă de lumină
Cu toate avantajele lor, toate lămpile cu incandescență, începând cu un vid cu filament de carbon și terminând cu cele umplute cu gaz tungsten, au două dezavantaje importante ca surse de lumină:
- eficiență scăzută, adică eficiență scăzută a radiației vizibile pe unitate la aceeași putere;
- o diferență puternică în distribuția spectrală a energiei din iluminatul natural (lumina solară și lumina difuză a zilei), caracterizată printr-o radiație vizibilă slabă de unde scurte și o predominanță a undelor lungi.
Prima împrejurare face ca utilizarea lămpilor incandescente să fie neprofitabilă din punct de vedere economic, a doua — are drept consecință denaturarea culorii obiectelor. Ambele dezavantaje sunt cauzate de aceeași împrejurare: obținerea radiației prin încălzirea unui solid la o temperatură de încălzire relativ scăzută.
Nu este posibilă corectarea distribuției energiei în spectrul unei lămpi cu incandescență, în sensul convergenței sale semnificative cu distribuția în spectrul solar, deoarece punctul de topire al wolframului este de aproximativ 3700 ° K.
Dar chiar și o ușoară creștere a temperaturii de lucru a corpului filamentului, să zicem, de la o temperatură de culoare de 2800 ° K la 3000 ° K, duce la o reducere semnificativă a duratei de viață a lămpii (de la aproximativ 1000 de ore la 100 de ore) datorită la o accelerare semnificativă a procesului de evaporare a wolframului.
Această evaporare duce în primul rând la înnegrirea becului lămpii acoperite cu tungsten și, în consecință, la pierderea luminii emise de lampă și în cele din urmă la arderea filamentului.
Temperatura scăzută de funcționare a carcasei cu filament este, de asemenea, motivul pentru puterea de lumină scăzută și eficiența scăzută a lămpilor cu incandescență.
Prezența unei umpluturi cu gaz, care reduce evaporarea wolframului, face posibilă creșterea ușoară a fracției de energie emisă în spectrul vizibil datorită creșterii temperaturii culorii. Utilizarea filamentelor spiralate și umplerea cu gaze mai grele (cripton, xenon) permite o creștere ușoară în continuare a fracției de radiație care cade în regiunea vizibilă, dar măsurată doar în câteva procente.
Cel mai economic, adică cu cea mai mare eficiență luminoasă, va fi o sursă care convertește toată puterea de intrare în radiație de acea lungime de undă. Eficiența luminoasă a unei astfel de surse, adică raportul dintre fluxul luminos creat de aceasta și fluxul maxim posibil la aceeași putere de intrare, este egal cu unitatea. Se pare că puterea maximă de lumină este de 621 lm / W.
Din aceasta, este clar că eficiența luminii lămpilor cu incandescență va fi semnificativ mai mică decât cifrele care caracterizează radiația vizibilă (7,7 — 15 lm / W).Valorile corespunzătoare pot fi găsite împărțind puterea luminoasă a lămpii la puterea luminoasă a unei surse cu o eficiență luminoasă egală cu unitatea. Ca rezultat, obținem o eficiență luminoasă de 1,24% pentru o lampă cu vid și de 2,5% pentru una cu gaz.
O modalitate radicală de a îmbunătăți lămpile cu incandescență ar fi să găsești materiale pentru corpul cu filament care să poată funcționa la temperaturi semnificativ mai mari decât wolfram.
Acest lucru ar crește eficiența și ar îmbunătăți croma emisiei lor. Cu toate acestea, căutarea unor astfel de materiale nu a fost încununată de succes, drept urmare surse de lumină mai economice, cu o distribuție spectrală mai bună, pe baza unui mecanism complet diferit de transformare a energiei electrice în lumină.
Un alt dezavantaj al lămpilor cu incandescență:
De ce lămpile incandescente se ard cel mai adesea în momentul pornirii
În ciuda superiorității în economie, niciunul dintre tipurile de lămpi cu descărcare în gaz nu s-a dovedit a fi capabil să înlocuiască lămpile incandescente pentru iluminat, cu excepția lampă fluorescentă… Motivul pentru aceasta este compoziția spectrală nesatisfăcătoare a radiației, care distorsionează complet culoarea obiectelor.
Lămpile de înaltă presiune cu gaze inerte au o eficiență luminoasă ridicată.Un exemplu tipic este Lampă cu sodiu, care are cea mai mare eficiență luminoasă dintre toate lămpile cu descărcare în gaz, inclusiv cele fluorescente. Eficiența sa ridicată se datorează faptului că aproape toată puterea de intrare este convertită în radiație vizibilă.O descărcare în vapori de sodiu emite doar o culoare galbenă în partea vizibilă a spectrului; prin urmare, atunci când sunt iluminate cu o lampă cu sodiu, toate obiectele capătă un aspect complet nenatural.
Toate culorile variază de la galben (alb) la negru (o suprafață de orice culoare care nu reflectă razele galbene). Acest tip de iluminare este extrem de neplăcut pentru ochi.
Astfel, sursele de lumină cu descărcare gazoasă, prin însăși metoda de creare a radiației (excitarea atomilor individuali), se dovedesc a fi, din punctul de vedere al proprietăților ochiului uman, un defect fundamental constând în structura liniară a spectru.
Acest dezavantaj nu poate fi depășit complet prin utilizarea directă a descărcării ca sursă de lumină. O soluție satisfăcătoare a fost găsită când bitului i s-a dat doar funcția excitarea strălucirii fosforilor (lampă fluorescentă).
Lămpile fluorescente au o proprietate nefavorabilă față de lămpile cu incandescență, care constă în fluctuații puternice ale fluxului luminos la funcționarea pe curent alternativ.
Motivul pentru aceasta este inerția semnificativ mai mică a strălucirii fosforilor în comparație cu inerția filamentelor lămpilor cu incandescență, drept urmare la orice tensiune care trece prin zero, ceea ce duce la terminarea descărcării, fosforul reușește să pierde o parte semnificativă din luminozitate înainte de a se produce descărcarea în direcția opusă. Se pare că aceste fluctuații ale fluxului luminos al lămpilor fluorescente depășesc de 10 - 20 de ori.
Acest fenomen nedorit poate fi slăbit foarte mult prin pornirea a două lămpi fluorescente adiacente, astfel încât tensiunea uneia dintre ele să rămână în urma tensiunii celei de-a doua cu un sfert de perioadă.Acest lucru se realizează prin includerea unui condensator în circuitul uneia dintre lămpi, care creează schimbarea de fază dorită. Folosirea simultană a unui recipient îmbunătățește și Factor de putere intreaga instalatie.
Rezultate și mai bune se obțin la comutarea cu defazaj de trei și patru lămpi. Cu trei lămpi, puteți, de asemenea, să reduceți fluctuațiile fluxului luminos, pornindu-le în trei faze.
În ciuda unui număr de defecte notate mai sus, lămpile fluorescente, datorită eficienței lor ridicate, s-au răspândit și, la un moment dat, sub formă de modele de lămpi fluorescente compacte, lămpile incandescente au fost înlocuite peste tot. Dar și epoca acestor lămpi s-a încheiat.
În prezent, sursele de lumină LED sunt utilizate în principal în iluminatul electric:
Dispozitivul și principiul de funcționare al lămpii LED