Nachteile von Glühlampen als Lichtquelle
Bei all ihren Vorteilen haben alle Glühlampen, angefangen bei Vakuumlampen mit Kohlefaden bis hin zu mit Wolframgas gefüllten Lampen, als Lichtquellen zwei wichtige Nachteile:
- geringer Wirkungsgrad, d.h. geringe Effizienz der sichtbaren Strahlung pro Einheit bei gleicher Leistung;
- ein starker Unterschied in der spektralen Energieverteilung des natürlichen Lichts (Sonnenlicht und diffuses Tageslicht), gekennzeichnet durch eine schlechte kurzwellige sichtbare Strahlung und ein Überwiegen langwelliger Strahlung.
Der erste Umstand macht den Einsatz von Glühlampen aus wirtschaftlicher Sicht unrentabel, der zweite führt zu einer Verfälschung der Farbe von Gegenständen. Beide Nachteile sind auf den gleichen Umstand zurückzuführen: Strahlung wird durch Erhitzen eines Festkörpers auf eine relativ niedrige Heiztemperatur erzielt.
Es ist nicht möglich, die Energieverteilung im Spektrum einer Glühlampe im Sinne einer signifikanten Konvergenz mit der Verteilung im Sonnenspektrum zu korrigieren, da der Schmelzpunkt von Wolfram bei etwa 3700 °K liegt.
Aber bereits eine geringfügige Erhöhung der Arbeitstemperatur des Glühkörpers, beispielsweise von einer Farbtemperatur von 2800 °K auf 3000 °K, führt zu einer deutlichen Verkürzung der Lebensdauer der Lampe (von etwa 1000 Stunden auf 100 Stunden). zu einer deutlichen Beschleunigung des Prozesses der Wolframverdampfung.
Diese Verdunstung führt in erster Linie zur Schwärzung des mit Wolfram beschichteten Lampenkolbens und damit zum Verlust des von der Lampe abgestrahlten Lichts und letztlich zum Durchbrennen des Glühfadens.
Die niedrige Betriebstemperatur des Glühwendelgehäuses ist auch der Grund für die geringe Lichtausbeute und den geringen Wirkungsgrad von Glühlampen.
Das Vorhandensein einer Gasfüllung, die die Verdampfung von Wolfram reduziert, ermöglicht es, den Anteil der emittierten Energie im sichtbaren Spektrum aufgrund einer Erhöhung der Farbtemperatur leicht zu erhöhen. Die Verwendung von gewickelten Filamenten und die Füllung mit schwereren Gasen (Krypton, Xenon) ermöglichen eine geringfügige weitere Erhöhung des Strahlungsanteils, der auf den sichtbaren Bereich fällt, gemessen jedoch nur in wenigen Prozent.
Am wirtschaftlichsten, d.h. mit der höchsten Lichtausbeute, wird eine Quelle sein, die die gesamte Eingangsleistung in Strahlung dieser Wellenlänge umwandelt. Die Lichtausbeute einer solchen Quelle, also das Verhältnis des von ihr erzeugten Lichtstroms zum maximal möglichen Lichtstrom bei gleicher Eingangsleistung, ist gleich Eins. Es stellt sich heraus, dass die maximale Lichtleistung 621 lm/W beträgt.
Daraus ist ersichtlich, dass die Lichtausbeute von Glühlampen deutlich unter den Werten liegen wird, die die sichtbare Strahlung charakterisieren (7,7 – 15 lm/W).Die entsprechenden Werte lassen sich ermitteln, indem man die Lichtleistung der Lampe durch die Lichtleistung einer Quelle mit einer Lichtausbeute gleich eins dividiert. Als Ergebnis erhalten wir eine Lichtausbeute von 1,24 % für eine Vakuumlampe und 2,5 % für eine gasgefüllte Lampe.
Eine radikale Möglichkeit zur Verbesserung von Glühlampen bestünde darin, Materialien für den Glühfadenkörper zu finden, die bei deutlich höheren Temperaturen als Wolfram betrieben werden können.
Dies würde die Effizienz erhöhen und die Chroma ihrer Emission verbessern. Die Suche nach solchen Materialien war jedoch nicht von Erfolg gekrönt, sodass sparsamere Lichtquellen mit besserer Spektralverteilung gebaut wurden, die auf einem völlig anderen Mechanismus zur Umwandlung elektrischer Energie in Licht basieren.
Ein weiterer Nachteil von Glühlampen:
Warum Glühlampen beim Einschalten am häufigsten durchbrennen
Trotz der überlegenen Wirtschaftlichkeit hat sich keiner der Gasentladungslampentypen als geeignet erwiesen, Glühlampen für die Beleuchtung zu ersetzen Leuchtstofflampen… Der Grund dafür ist die unbefriedigende spektrale Zusammensetzung der Strahlung, die die Farbe der Objekte völlig verfälscht.
Hochdrucklampen mit Edelgasen haben eine hohe Lichtausbeute. Ein typisches Beispiel ist Natriumlampe, die die höchste Lichtausbeute aller Gasentladungslampen, einschließlich Leuchtstofflampen, aufweist. Der hohe Wirkungsgrad ist darauf zurückzuführen, dass nahezu die gesamte Eingangsleistung in sichtbare Strahlung umgewandelt wird.Eine Entladung in Natriumdampf emittiert im sichtbaren Teil des Spektrums nur eine gelbe Farbe; Daher erhalten alle Objekte bei Beleuchtung mit einer Natriumlampe ein völlig unnatürliches Aussehen.
Alle verschiedenen Farben reichen von Gelb (Weiß) bis Schwarz (eine Oberfläche beliebiger Farbe, die keine gelben Strahlen reflektiert). Für das Auge ist diese Art der Beleuchtung äußerst unangenehm.
Somit erweisen sich Gasentladungslichtquellen aufgrund der Methode der Strahlungserzeugung (Anregung einzelner Atome) aus Sicht der Eigenschaften des menschlichen Auges als grundlegender Defekt, der in der linearen Struktur des Lichts besteht Spektrum.
Dieser Nachteil kann durch die direkte Nutzung der Entladung als Lichtquelle nicht vollständig behoben werden. Eine zufriedenstellende Lösung wurde gefunden, als dem Bit nur die Funktion gegeben wurde Anregung des Leuchtens von Leuchtstoffen (Leuchtstofflampen).
Leuchtstofflampen haben im Vergleich zu Glühlampen eine ungünstige Eigenschaft, die darin besteht, dass der Lichtstrom beim Betrieb mit Wechselstrom stark schwankt.
Der Grund dafür ist die deutlich geringere Trägheit des Glühens von Leuchtstoffen im Vergleich zur Trägheit der Glühfäden von Glühlampen, wodurch der Leuchtstoff bei jedem Spannungsdurchgang durch Null, der zum Abbruch der Entladung führt, ausfällt verliert einen erheblichen Teil seiner Helligkeit, bevor es zur Entladung in die entgegengesetzte Richtung kommt. Es stellt sich heraus, dass diese Schwankungen im Lichtstrom von Leuchtstofflampen das 10- bis 20-fache überschreiten.
Dieses unerwünschte Phänomen kann stark abgeschwächt werden, indem man zwei benachbarte Leuchtstofflampen so einschaltet, dass die Spannung einer von ihnen der Spannung der zweiten um eine Viertelperiode nacheilt.Dies wird dadurch erreicht, dass in den Stromkreis einer der Lampen ein Kondensator eingebaut wird, der die gewünschte Phasenverschiebung erzeugt. Die gleichzeitige Verwendung eines Containers verbessert und Leistungsfaktor die gesamte Anlage.
Noch bessere Ergebnisse werden beim Schalten mit Phasenverschiebung von drei und vier Lampen erzielt. Bei drei Lampen können Sie außerdem Schwankungen im Lichtstrom reduzieren, indem Sie sie in drei Phasen einschalten.
Trotz einer Reihe der oben genannten Mängel verbreiteten sich Leuchtstofflampen aufgrund ihrer hohen Effizienz, und einst wurden Glühlampen in Form von Kompaktleuchtstofflampenkonstruktionen überall ersetzt. Aber auch die Ära dieser Lampen ist vorbei.
Derzeit werden LED-Lichtquellen hauptsächlich in der elektrischen Beleuchtung eingesetzt:
Das Gerät und Funktionsprinzip der LED-Lampe