Μειονεκτήματα των λαμπτήρων πυρακτώσεως ως πηγή φωτός
Παρ' όλα τα πλεονεκτήματά τους, όλοι οι λαμπτήρες πυρακτώσεως, ξεκινώντας με κενό με νήμα άνθρακα και τελειώνοντας με γεμισμένους με αέριο βολφραμίου, έχουν δύο σημαντικά μειονεκτήματα ως πηγές φωτός:
- χαμηλή απόδοση, δηλ. χαμηλή απόδοση ορατής ακτινοβολίας ανά μονάδα με την ίδια ισχύ.
- μια ισχυρή διαφορά στη φασματική κατανομή της ενέργειας από το φυσικό φωτισμό (ηλιακό φως και διάχυτο φως της ημέρας), που χαρακτηρίζεται από κακή ορατή ακτινοβολία βραχέων κυμάτων και κυριαρχία μεγάλων κυμάτων.
Η πρώτη περίσταση καθιστά τη χρήση λαμπτήρων πυρακτώσεως ασύμφορη από οικονομική άποψη, η δεύτερη - έχει ως συνέπεια την παραμόρφωση του χρώματος των αντικειμένων. Και τα δύο μειονεκτήματα προκαλούνται από την ίδια περίσταση: τη λήψη ακτινοβολίας με θέρμανση ενός στερεού σε σχετικά χαμηλή θερμοκρασία θέρμανσης.
Δεν είναι δυνατή η διόρθωση της κατανομής ενέργειας στο φάσμα ενός λαμπτήρα πυρακτώσεως, υπό την έννοια της σημαντικής σύγκλισης με την κατανομή στο ηλιακό φάσμα, καθώς το σημείο τήξης του βολφραμίου είναι περίπου 3700 ° K.
Αλλά ακόμη και μια ελαφρά αύξηση της θερμοκρασίας λειτουργίας του σώματος του νήματος, ας πούμε, από θερμοκρασία χρώματος 2800 ° K έως 3000 ° K, οδηγεί σε σημαντική μείωση της διάρκειας ζωής του λαμπτήρα (από περίπου 1000 ώρες σε 100 ώρες) λόγω σε σημαντική επιτάχυνση της διαδικασίας εξάτμισης βολφραμίου.
Αυτή η εξάτμιση οδηγεί κυρίως στο μαύρισμα του λαμπτήρα με επικάλυψη βολφραμίου και, κατά συνέπεια, στην απώλεια του φωτός που εκπέμπεται από τον λαμπτήρα και τελικά στο κάψιμο του νήματος.
Η χαμηλή θερμοκρασία λειτουργίας του περιβλήματος του νήματος είναι επίσης ο λόγος για τη χαμηλή απόδοση φωτός και τη χαμηλή απόδοση των λαμπτήρων πυρακτώσεως.
Η παρουσία πλήρωσης αερίου, η οποία μειώνει την εξάτμιση του βολφραμίου, καθιστά δυνατή την ελαφρά αύξηση του κλάσματος της ενέργειας που εκπέμπεται στο ορατό φάσμα λόγω της αύξησης της θερμοκρασίας χρώματος. Η χρήση περιελιγμένων νημάτων και η πλήρωση με βαρύτερα αέρια (κρυπτόν, ξένον) επιτρέπει μια ελαφρά περαιτέρω αύξηση του κλάσματος της ακτινοβολίας που πέφτει στην ορατή περιοχή, αλλά μετράται μόνο σε λίγα τοις εκατό.
Το πιο οικονομικό, δηλ. με την υψηλότερη φωτεινή απόδοση, θα είναι μια πηγή που μετατρέπει όλη την ισχύ εισόδου σε ακτινοβολία αυτού του μήκους κύματος. Η φωτεινή απόδοση μιας τέτοιας πηγής, δηλαδή ο λόγος της φωτεινής ροής που δημιουργείται από αυτήν προς τη μέγιστη δυνατή ροή στην ίδια ισχύ εισόδου, είναι ίση με τη μονάδα. Αποδεικνύεται ότι η μέγιστη απόδοση φωτός είναι 621 lm / W.
Από αυτό είναι σαφές ότι η απόδοση φωτός των λαμπτήρων πυρακτώσεως θα είναι σημαντικά χαμηλότερη από τα στοιχεία που χαρακτηρίζουν την ορατή ακτινοβολία (7,7 — 15 lm / W).Οι αντίστοιχες τιμές μπορούν να βρεθούν διαιρώντας τη φωτεινή ισχύ του λαμπτήρα με τη φωτεινή ισχύ μιας πηγής με φωτεινή απόδοση ίση με τη μονάδα. Ως αποτέλεσμα, έχουμε απόδοση φωτός 1,24% για έναν λαμπτήρα κενού και 2,5% για έναν λαμπτήρα με αέριο.
Ένας ριζικός τρόπος για τη βελτίωση των λαμπτήρων πυρακτώσεως θα ήταν η εύρεση υλικών σώματος νήματος που μπορούν να λειτουργήσουν σε σημαντικά υψηλότερες θερμοκρασίες από το βολφράμιο.
Αυτό θα αύξανε την απόδοση και θα βελτίωνε το χρώμα της εκπομπής τους. Ωστόσο, η αναζήτηση τέτοιων υλικών δεν στέφθηκε με επιτυχία, με αποτέλεσμα να κατασκευαστούν πιο οικονομικές πηγές φωτός με καλύτερη φασματική κατανομή με βάση έναν εντελώς διαφορετικό μηχανισμό μετατροπής της ηλεκτρικής ενέργειας σε φως.
Ένα άλλο μειονέκτημα των λαμπτήρων πυρακτώσεως:
Γιατί οι λαμπτήρες πυρακτώσεως καίγονται συνήθως τη στιγμή της ενεργοποίησης
Παρά την υπεροχή στην οικονομία, κανένας από τους τύπους λαμπτήρων εκκένωσης αερίου δεν έχει αποδειχθεί ικανός να αντικαταστήσει τους λαμπτήρες πυρακτώσεως για φωτισμό, εκτός από λαμπτήρες φθορισμού… Ο λόγος για αυτό είναι η μη ικανοποιητική φασματική σύνθεση της ακτινοβολίας, η οποία παραμορφώνει εντελώς το χρώμα των αντικειμένων.
Οι λαμπτήρες υψηλής πίεσης με αδρανή αέρια έχουν υψηλή φωτεινή απόδοση Χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι Λαμπτήρας νατρίου, που έχει την υψηλότερη φωτεινή απόδοση από όλους τους λαμπτήρες εκκένωσης αερίου, συμπεριλαμβανομένων των λαμπτήρων φθορισμού. Η υψηλή του απόδοση οφείλεται στο γεγονός ότι σχεδόν όλη η ισχύς εισόδου μετατρέπεται σε ορατή ακτινοβολία.Μια εκκένωση σε ατμούς νατρίου εκπέμπει μόνο ένα κίτρινο χρώμα στο ορατό τμήμα του φάσματος. Επομένως, όταν φωτίζονται με λάμπα νατρίου, όλα τα αντικείμενα αποκτούν μια εντελώς αφύσικη εμφάνιση.
Όλα τα διαφορετικά χρώματα κυμαίνονται από κίτρινο (λευκό) έως μαύρο (μια επιφάνεια οποιουδήποτε χρώματος που δεν αντανακλά τις κίτρινες ακτίνες). Αυτός ο τύπος φωτισμού είναι εξαιρετικά δυσάρεστος στο μάτι.
Έτσι, οι πηγές φωτός εκκένωσης αερίου, μέσω της ίδιας της μεθόδου δημιουργίας ακτινοβολίας (διέγερση μεμονωμένων ατόμων), αποδεικνύονται, από την άποψη των ιδιοτήτων του ανθρώπινου ματιού, ένα θεμελιώδες ελάττωμα που συνίσταται στη γραμμική δομή του φάσμα.
Αυτό το μειονέκτημα δεν μπορεί να ξεπεραστεί πλήρως χρησιμοποιώντας απευθείας την εκκένωση ως πηγή φωτός. Μια ικανοποιητική λύση βρέθηκε όταν στο bit δόθηκε μόνο η συνάρτηση διέγερση της λάμψης των φωσφόρων (λαμπτήρες φθορισμού).
Οι λαμπτήρες φθορισμού έχουν μια δυσμενή ιδιότητα σε σύγκριση με τους λαμπτήρες πυρακτώσεως, η οποία συνίσταται σε έντονες διακυμάνσεις της φωτεινής ροής όταν λειτουργούν με εναλλασσόμενο ρεύμα.
Ο λόγος για αυτό είναι η σημαντικά χαμηλότερη αδράνεια της λάμψης των φωσφόρων σε σύγκριση με την αδράνεια των νημάτων των λαμπτήρων πυρακτώσεως, με αποτέλεσμα σε οποιαδήποτε τάση που διέρχεται από το μηδέν, η οποία οδηγεί στον τερματισμό της εκκένωσης, ο φώσφορος καταφέρνει να χάνει ένα σημαντικό μέρος από τη φωτεινότητά του πριν συμβεί εκφόρτιση προς την αντίθετη κατεύθυνση. Αποδεικνύεται ότι αυτές οι διακυμάνσεις στη φωτεινή ροή των λαμπτήρων φθορισμού υπερβαίνουν τις 10 - 20 φορές.
Αυτό το ανεπιθύμητο φαινόμενο μπορεί να εξασθενήσει σημαντικά με την ενεργοποίηση δύο παρακείμενων λαμπτήρων φθορισμού έτσι ώστε η τάση του ενός να υστερεί κατά ένα τέταρτο της περιόδου σε σχέση με την τάση του δεύτερου.Αυτό επιτυγχάνεται με τη συμπερίληψη ενός πυκνωτή στο κύκλωμα ενός από τους λαμπτήρες, ο οποίος δημιουργεί την επιθυμητή μετατόπιση φάσης. Η χρήση ενός δοχείου ταυτόχρονα βελτιώνει και Συντελεστής ισχύος ολόκληρη την εγκατάσταση.
Ακόμη καλύτερα αποτελέσματα επιτυγχάνονται κατά την εναλλαγή με εναλλαγή φάσης τριών και τεσσάρων λαμπτήρων. Με τρεις λαμπτήρες, μπορείτε επίσης να μειώσετε τις διακυμάνσεις στη ροή φωτός ανάβοντάς τους σε τρεις φάσεις.
Παρά μια σειρά από ελαττώματα που αναφέρθηκαν παραπάνω, οι λαμπτήρες φθορισμού, λόγω της υψηλής απόδοσης τους, έγιναν ευρέως διαδεδομένοι και κάποτε, με τη μορφή συμπαγών σχεδίων λαμπτήρων φθορισμού, οι λαμπτήρες πυρακτώσεως αντικαταστάθηκαν παντού. Αλλά και η εποχή αυτών των λαμπτήρων έχει τελειώσει.
Επί του παρόντος, οι πηγές φωτός LED χρησιμοποιούνται κυρίως στον ηλεκτρικό φωτισμό:
Η συσκευή και η αρχή λειτουργίας του λαμπτήρα LED