Desavantatges de les làmpades incandescents com a font de llum
Per tots els seus avantatges, totes les làmpades incandescents, començant per un buit amb filament de carboni i acabant amb les plenes de gas de tungstè, tenen dos inconvenients importants com a fonts de llum:
- baixa eficiència, és a dir. baixa eficiència de radiació visible per unitat amb la mateixa potència;
- una forta diferència en la distribució espectral de l'energia procedent de la il·luminació natural (llum solar i llum diürna difusa), caracteritzada per una mala radiació visible d'ona curta i un predomini d'ones llargues.
La primera circumstància fa que l'ús de làmpades incandescents no sigui rendible des del punt de vista econòmic, la segona té la conseqüència de distorsionar el color dels objectes. Tots dos inconvenients són causats per la mateixa circumstància: obtenir radiació escalfant un sòlid a una temperatura d'escalfament relativament baixa.
No és possible corregir la distribució d'energia en l'espectre d'una làmpada incandescent, en el sentit de la seva important convergència amb la distribució en l'espectre solar, ja que el punt de fusió del tungstè és d'uns 3700 ° K.
Però fins i tot un lleuger augment de la temperatura de treball del cos del filament, per exemple, d'una temperatura de color de 2800 ° K a 3000 ° K, condueix a una reducció significativa de la vida útil de la làmpada (d'unes 1000 hores a 100 hores) a causa a una acceleració significativa del procés d'evaporació del tungstè.
Aquesta evaporació condueix principalment a l'ennegriment de la bombeta de la làmpada recoberta de tungstè i, en conseqüència, a la pèrdua de llum emesa per la làmpada i, finalment, a la crema del filament.
La baixa temperatura de funcionament de la carcassa del filament també és la raó de la baixa sortida de llum i la baixa eficiència de les làmpades incandescents.
La presència d'un farciment de gas, que redueix l'evaporació del tungstè, permet augmentar lleugerament la fracció d'energia emesa en l'espectre visible a causa de l'augment de la temperatura del color. L'ús de filaments enrotllats i l'ompliment amb gasos més pesats (criptó, xenó) permet augmentar una mica més la fracció de radiació que cau a la regió visible, però mesurada només en un petit percentatge.
El més econòmic, és a dir. amb la màxima eficiència lluminosa, serà una font que converteix tota la potència d'entrada en radiació d'aquesta longitud d'ona. L'eficiència lluminosa d'aquesta font, és a dir, la relació entre el flux lluminós creat per ella i el flux màxim possible a la mateixa potència d'entrada, és igual a la unitat. Resulta que la sortida màxima de llum és de 621 lm / W.
A partir d'això, és evident que l'eficiència lumínica de les làmpades incandescents serà significativament inferior a les xifres que caracteritzen la radiació visible (7,7 - 15 lm / W).Els valors corresponents es poden trobar dividint la potència lluminosa del llum per la potència lluminosa d'una font amb una eficiència lluminosa igual a la unitat. Com a resultat, obtenim una eficiència lumínica de l'1,24% per a una làmpada de buit i del 2,5% per a una de gas.
Una manera radical de millorar les làmpades incandescents seria trobar materials de cos de filament que puguin funcionar a temperatures significativament més altes que el tungstè.
Això augmentaria l'eficiència i milloraria el croma de la seva emissió. Tanmateix, la recerca d'aquests materials no va ser coronada amb èxit, com a resultat de la qual cosa es van construir fonts de llum més econòmiques amb una millor distribució espectral basades en un mecanisme completament diferent per convertir l'energia elèctrica en llum.
Un altre desavantatge de les làmpades incandescents:
Per què les làmpades incandescents es cremen més sovint en el moment d'encendre-les
Malgrat la superioritat econòmica, cap dels tipus de làmpades de descàrrega de gas ha demostrat ser capaç de substituir les làmpades incandescents per a la il·luminació, excepte làmpades fluorescents... La raó d'això és la composició espectral insatisfactòria de la radiació, que distorsiona completament el color dels objectes.
Les làmpades d'alta pressió amb gasos inerts tenen una alta eficiència lluminosa, un exemple típic Làmpada de sodi, que té l'eficiència lluminosa més alta de totes les làmpades de descàrrega de gas, incloses les fluorescents. La seva alta eficiència es deu al fet que gairebé tota la potència d'entrada es converteix en radiació visible.Una descàrrega en vapor de sodi només emet un color groc a la part visible de l'espectre; per tant, quan s'il·luminen amb una làmpada de sodi, tots els objectes adquireixen un aspecte completament antinatural.
Tots els diferents colors van del groc (blanc) al negre (una superfície de qualsevol color que no reflecteix els raigs grocs). Aquest tipus d'il·luminació és extremadament desagradable a la vista.
Així, les fonts de llum de descàrrega de gas, mitjançant el mateix mètode de creació de radiació (excitació d'àtoms individuals), resulten ser, des del punt de vista de les propietats de l'ull humà, un defecte fonamental que consisteix en l'estructura lineal de l'ull humà. espectre.
Aquest inconvenient no es pot superar completament utilitzant directament la descàrrega com a font de llum. Es va trobar una solució satisfactòria quan al bit només se li va donar la funció excitació de la resplendor dels fòsfors (làmpades fluorescents).
Les làmpades fluorescents tenen una propietat desfavorable en comparació amb les làmpades incandescents, que consisteix en fortes fluctuacions en el flux lluminós quan funcionen amb corrent altern.
La raó d'això és la inèrcia significativament menor de la resplendor dels fòsfors en comparació amb la inèrcia dels filaments de les làmpades incandescents, com a resultat de la qual cosa a qualsevol voltatge que passa per zero, que condueix a la finalització de la descàrrega, el fòsfor aconsegueix perd una part important de la seva brillantor abans que es produeixi la descàrrega en sentit contrari. Resulta que aquestes fluctuacions en el flux lluminós de les làmpades fluorescents superen de 10 a 20 vegades.
Aquest fenomen indesitjable es pot afeblir molt en encendre dues làmpades fluorescents adjacents, de manera que la tensió d'una d'elles quedi un quart de període per darrere de la tensió de la segona.Això s'aconsegueix mitjançant la inclusió d'un condensador al circuit d'una de les làmpades, que crea el canvi de fase desitjat. L'ús d'un recipient simultàniament millora i Factor de potència tota la instal·lació.
S'obtenen resultats encara millors quan es canvia amb un canvi de fase de tres i quatre llums. Amb tres làmpades, també podeu reduir les fluctuacions del flux de llum encenent-les en tres fases.
Malgrat una sèrie de defectes assenyalats anteriorment, les làmpades fluorescents, a causa de la seva alta eficiència, es van generalitzar i, en un moment, en forma de dissenys de làmpades fluorescents compactes, les làmpades incandescents es van substituir a tot arreu. Però l'era d'aquestes làmpades també s'ha acabat.
Actualment, les fonts de llum LED s'utilitzen principalment en il·luminació elèctrica: