Fyzika a klasická energetika

Článků v rubrice: 217

Svítíme s elektřinou

V předchozích článcích o využívání elektřiny, zejména v domácnostech, jsme napsali o hospodárném užití elektřiny v topení a chlazení. Oblast, kde je elektřina asi nejvíce vidět, je svícení. Mnozí máte možná i zkušenost typu: „Zhasínej! Ušetříš!“. To je však jen jedna z možností spoření. Trvalé úspory přináší spíše správně dimenzované a instalované lampy, použití moderních, energeticky méně náročných světelných zdrojů či možnost regulace příkonu a světelného toku.

Fotogalerie (5)
Halogenová žárovka s reflektorem

Při pohledu do historie se ukazuje, že teprve využití elektřiny pro svícení přineslo do tmavých večerů a nocí opravdu „jas slunečního dne“. Do té doby to byl pouze oheň, ať už v podobě loučí, svící či olejových a petrolejových lamp, co umožnilo prozářit tmu. Elektřina vše změnila. Abychom však byli spravedliví, určitou, byť nakonec slepou cestou bylo i využití plynu pro svícení.

Oblouková lampa

První pokusy s využitím elektřiny pro svícení spadají už do začátku 19. století. Na začátku byly obloukové lampy. Oblouková lampa je část elektrického obvodu, napájeného nejlépe stejnosměrným proudem, ve kterém jsou zapojeny dva uhlíky, které se nejprve spojí „do zkratu“ (dotýkají se). Následně se oddálí a proud mezi nimi „přeskakuje” a vytváří tak elektrický oblouk. Uhlíky však postupně uhořívají a může dojít k přerušení a zhasnutí oblouku. Zde má velkou zásluhu i český vynálezce František Křižík, který vynalezl mechanismus automatické regulace obloukové lampy. Oblouková lampa dává velmi intenzivní světlo, ale s vysokým podílem škodlivého UV záření. Dodnes se těchto zdrojů používá ve filmových projektorech kin, na majácích nebo u velkých světlometů.

Začátky hromadného svícení elektřinou – žárovka

Prvním velkým a na dlouhou dobu jediným konkurentem „obloukovky“ se stala až žárovka. Ta byla pro hromadné využití konstrukčně a výrobně vyřešena v 80. letech 19. století. Teprve aplikace dřívějších pokusů a možnost zavedení hromadné výroby, s využitím vynálezů T. A. Edisona, dovolilo, aby se stala žárovka až do dnešních časů hlavním zdrojem osvětlení. Princip je všeobecně známý. V zatavené skleněné baňce, ze které je vyčerpán vzduch, se průchodem elektrického proudu rozžhaví kovové vlákno a vydává světlo. V průběhu let se žárovky výrobně, konstrukčně i technologicky vylepšovaly. Také vakuum v baňce bylo nahrazeno. Nejdříve dusíkem, dnes často směsí 88 % argonu a 12 % dusíku, nebo kryptonem. Z původního Edisonova vynálezu si ve většině případů uchovaly hruškovitý tvar skleněné baňky a šroubovací patici. Přes veškerá vylepšení jsou i dnešní žárovky velmi nehospodárné, protože přes 95 % dodané elektrické energie se promění v teplo a často se jen méně než 5 % přemění na světlo. Bez rozdílu však svítí na stejnosměrný i střídavý proud. Klasické žárovky jsou však nejznámější, nejrozšířenější, ale jak je uvedeno i nejméně hospodárné zdroje světla. Začal už pomalý, ale zřetelný odklon od jejich používání.

Nové světelné zdroje

Jedním z dlouhodobě využívaných vylepšení „klasické“ žárovky jsou tzv. halogenové žárovky. Princip rozžhaveného vlákna je u nich také použit, ale mají další technická vylepšení. Jejich baňka, nebo trubice je vyrobená z těžkotavitelného skla (nejčastěji z taveného křemene) a obvykle je plněna směsí dusíku a argonu, kryptonu, nebo xenonu. Navíc náplň obsahuje sloučeniny tzv. halových prvků. Původně to byl čistý jód (proto se někdy používá i název jódové žárovky), ale dnes se nejvíce užívá různých organických sloučenin bromu. Tyto žárovky mají lepší parametry než obyčejné žárovky. Jsou vyráběny jak pro síťové napětí, tak i speciální typy pro nízké napětí (nejčastěji 12 V). Ty se uplatnily zejména v automobilovém průmyslu, ale jsou známé i jako „bodovky“, tedy malé reflektorky třeba zabudované ve stropech nebo nad kuchyňskými linkami. Halogenové žárovky se nikdy nedotýkáme holou rukou. Pokud se tak stane, musíme žárovku před zapnutím omýt čistým lihem. Látky, obsažené v potu, totiž dokáží po zapnutí rozleptat povrch žárovky v několika hodinách. Další dnes používané světelné zdroje už nevyužívají principu rozžhaveného kovového vlákna. Sem počítáme zejména zářivky, včetně moderních kompaktních zářivek, různé druhy výbojek (sodíkové, rtuťové, xenonové, plazmové) a nejnověji světlo emitující diody (LED). Hlavním důvodem zavádění těchto nových zdrojů elektrického světla bylo zlepšení jejich parametrů, ve srovnání se žárovkami. Při stejném elektrickém příkonu mají většinou větší světelný tok. Dalším důvodem je prodloužení životnosti a stabilita parametrů po celou dobu použitelnosti. O jednotlivých typech jen stručně.

Klasické zářivky

Zářivky vznikly koncem třicátých let téměř současně v Německu a v USA, kde se ve čtyřicátých letech již běžně vyráběly. Zapojují se na střídavé napětí, po zapnutí se na koncích trubice rozžhaví vlákna, pomocí tlumivky a startéru se vytvoří krátkodobý impulz vysokého napětí a v trubici vznikne elektrický výboj. Patří mezi nízkotlaké výbojky, ve kterých nízkotlaký rtuťový výboj vznikající ve skleněné trubici zářivky vydává silné ultrafialové záření. To je ve vrstvě tzv. luminoforu, kterým je pokryta vnitřní stěna trubice, přeměněno s vysokou účinností na viditelné světlo. K dosažení příznivé barvy světla a dobrého barevného podání se používá různých příměsí do luminoforů. „Klasické“ zářivky jsou trubicové a dnes se vyrábějí i s průměrem pouhých 16 nebo 7 mm. Při stejném příkonu mají mnohem větší světelný tok a „vyrábějí“ méně zbytečného tepla.

Kompaktní zářivky

Kompaktní zářivky byly poprvé předvedeny firmou Philips v roce 1980. Trubice je různým způsobem tvarovaná tak, aby byla co nejkratší. Podle způsobu provozu rozeznáváme tři základní řady:  se zabudovaným startérem pro indukční předřadník (tlumivku)  univerzální pro všechny druhy předřadníků  bez startéru pro provoz s elektronickým předřadníkem Název kompaktní zářivka vychází z konstrukčního principu těchto zdrojů. Na rozdíl od „klasických“ trubicových zářivek mají pouze jednu patici, a pokud mají patici ve stejném provedení jako klasické žárovky, dají se s nimi zaměnit. Běžně se uvádí, že tyto typy světelných zdrojů mají při stejné svítivosti pouze 20% příkon ve srovnání se žárovkou, delší životnost a stabilitu parametrů, počítanou na desetitisíce hodin.

Výbojky

Pod pojem výbojky jsou dnes započítávány zdroje, které využívají principů jako zářivky, ale na rozdíl od nich se jedná o tzv. vysokotlaké výbojky. Znamená to, že použitá plynová náplň je v baňce pod tlakem. Výboj v plynu je podle potřeby, třeba s využitím vhodného luminoforu, převeden na světlo vhodného barevného profilu. Výbojky, nejčastěji rtuťové, sodíkové a halogenidové našly své uplatnění nejvíce v pouličním osvětlení nebo tam, kde se potřebuje na velkém prostoru velký a stálý světelný výkon (průmyslové haly, ulice). Mají dobrou účinnost přeměny elektrické energie na světlo a poměrně dlouhou životnost. Zvláštním typem výbojek jsou xenonové výbojky. Vzácný plyn xenon našel uplatnění nejprve právě v osvětlování, protože jeho spektrum se shoduje s denním světlem. Plní se jím např. i výbojky ve fotografických blescích. První větší použití našly v 60. letech tzv. krátkoobloukové výbojky v kinech, ve velkých filmových projektorech. Tyto výbojky jsou napájeny vyhlazeným stejnosměrným proudem, ke svému „zapálení“ vyžadují impuls vysokého napětí. Napěťovým impulzem dojde k zapálení elektrického oblouku, který ionizuje plyn v baňce. Ještě několik sekund po zapálení oblouku je spotřeba proudu zvýšená, aby výbojka dosáhla maximálního výkonu s co nejmenším zpožděním. Po dosažení plného výkonu výbojky zapalovací modul přívod proudu zase sníží. Nejnovější využití našly jejich miniaturizované typy v reflektorech osobních vozů.

LED – (Light-Emitting Diode)

Běžně se u nás používá slovní spojení LED dioda, které je ovšem chybné, jelikož dochází ke zdvojování slova dioda, ale to nic nemění na faktu, že se zde objevil technicky úplně nový prvek sloužící ke svícení. Svítící dioda se objevila na začátku 60. let minulého století a stejně jako většina oblastí využívání polovodičů zaznamenává nebývalý rozvoj jak v oblasti parametrů, použití, tak také ceny a hromadné výroby. Světelné diody (LED) dokáží při svých milimetrových rozměrech měnit elektřinu přímo ve světlo. Připočteme-li schopnost vydávat světlo jakékoliv barvy, jde opravdu o technologie budoucnosti. LED je elektronická polovodičová součástka s přechodem P-N. Prochází-li přechodem elektrický proud v propustném směru, přechod vyzařuje nekoherentní (nespojité) světlo s úzkým spektrem. Barva záření diody je závislá na chemickém složení použitého polovodiče a dnes jsou vyráběny diody se světlem přes celé (i neviditelné) spektrum od infračerveného po ultrafialové. Oproti jiným elektrickým zdrojům světla mají LED tu výhodu, že pracují s poměrně malými hodnotami proudu a napětí. Jejich využití je dnes velmi široké. Jako indikační prvky různých barev, velkoplošné „obrazovky“ i jako světelné, přenosné i pevně zabudované zdroje. Z principu funkce LED vyplývá, že nelze přímo emitovat bílé světlo. To bylo dříve řešeno trojicí čipů vybíraných tak, aby aditivním míšením bylo v rozptylném materiálu vrchlíku dosaženo vjemu bílého světla. Jiné řešení pro emitování bílého světla je využití luminoforu. Některé bílé LED emitují modré světlo, část tohoto světla je přímo na čipu luminoforem transformována na žluté světlo a díky míšeni těchto barev vzniká bílá. Jiné typy bílých LED emitují UV záření, a to je přímo na čipu luminoforem transformováno na bílé světlo.

Závěr

Úspora spotřebované energie, produkty neškodící životnímu prostředí, vyšší světelný výkon, delší životnost a nová estetika světla stojí v centru pozornosti všech firem vyrábějících světelné zdroje. Jak vidíte, zdrojů světla, které využívají elektřinu, je velmi rozsáhlé spektrum co do velikosti, příkonu (více nám řekne energetický štítek), efektivity i ceny. Při jejich výběru se vždy řídíme zejména tím, k čemu potřebujeme dobrý, úsporný a spolehlivý zdroj světla. Je proto lépe i v domácnosti používat více rozmanitých zdrojů, které pak dislokujeme podle využití, barevného podání nebo spotřebovávané energie. Jinou lampu použijeme u kuchyňské linky, jinou u pracovního stolu s počítačem, další u lůžka nebo v obývací místnosti a úplně jinou na cesty do přírody. Můžeme však říci, že staré ZHASÍNEJ! UŠETŘÍŠ! platí stále.

PAD

Pavel Duchek
Poslat odkaz na článek

Opište prosím text z obrázku

Nejnovější články

Už zase našli Atlantidu!

Před 2 400 lety popsal filozof Plato mocný stát disponující nevídanou technologií, neslýchaným množstvím vozů, slonů a býků a nepředstavitelným bohatstvím. Nazval ji Atlantida a nechal ji v přírodní katastrofě zmizet v moři.

Naše první slova

Původ řeči je jednou z největších záhad lidstva. „Na začátku bylo slovo...“ praví Bible. Ale jaké? Minimálně od biblických časů jsme se snažili rozluštit původ lidské řeči. Je to konec konců jedna z charakteristik, která nás odlišuje od jiných živočichů.

Černá smrt gumy a jak jí čelit

Guma je jedním z neopěvovaných velkých hrdinů průmyslové revoluce. Kromě jejích obvyklých aplikací, jako jsou pneumatiky, kondomy, elastické spodní prádlo, apod., představuje základní složku asi ve 40 000 výrobcích, včetně absorbérů nárazu, hadic, lékařských nástrojů, těsnění, atd.

Z historie i současnosti vynálezů a jejich ochrany

Vynálezy a objevy často přicházejí na svět klikatými cestičkami. Jednou to vypadá, jako by se na ně čekalo tak netrpělivě, že se zrodí hned v několika hlavách v různých koutech světa, jindy je náhodou nebo omylem objeveno něco, s čím si nikdo neví rady.

Jak vyčíslit ekonomické přínosy jádra? A co na to evropský jaderný průmysl?

Společnost Deloitte vypracovala pro Euratom studii o přínosech jaderné energetiky v roce 2019 a 2050. V současné době je v provozu ve 14 zemích EU 126 komerčních reaktorů o výkonu 118 GWe. Do roku 2050 by měl jejich výkon stoupnout na 150 GWe, budou se ale muset snížit investiční náklady.

Nejnovější video

Bez jaderné energie se ve vesmíru daleko nedostaneme

Krátké výstižné video z dílny Mezinárodní agentury pro atomovou energii ve Vídni ukazuje využití jaderné energie a jaderných technologií při výzkumu vesmíru. Ne každý ví, že jádro pohání vesmírné sondy už po desetiletí. Zopakujme si to. (Film je v angličtině.)

close
detail