Πώς λειτουργεί ένας λαμπτήρας;

Οι λαμπτήρες υπάρχουν εδώ και αρκετό καιρό, αλλά μπορεί να μην γνωρίζετε ότι λειτουργούν με πολύπλοκες αρχές ηλεκτροδυναμικής και θερμοδυναμικής.

Πριν από την εποχή του ηλεκτρικού φωτισμού, ήταν πολύ δύσκολο να καλέσουμε έντονο και μακράς διαρκείας φωτισμό. Οι μόνες διαθέσιμες επιλογές ήταν τα κεριά και οι λάμπες λαδιού, τα οποία δεν ήταν πολύ αποτελεσματικά στο να κάνουν τη δουλειά τους.

Σχεδιασμένοι και κατοχυρωμένοι με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας από τον Thomas Alva Edison το 1800, οι λαμπτήρες πυρακτώσεως συνέχισαν να φωτίζουν τον κόσμο μας για γενιές.

Η φωτογραφία του εργαστηρίου λαμπτήρων του Thomas Alva Edison, στο Ντιτρόιτ, τραβηγμένη το 1979 (Photo Credit :flickr)

Οι λαμπτήρες πυρακτώσεως έχουν γίνει τόσο μεγάλη που η αρχική τεχνολογία δεν έχει υποστεί δραστικές αλλαγές. Είναι ενδιαφέρον να σημειωθεί ότι ένα τέτοιο λεπτό (αλλά και κρίσιμο!) μέρος της ύπαρξής μας βασίζεται σε σημαντικές πτυχές της φυσικής.

Σε αυτό το άρθρο, θα βρούμε τις απαντήσεις σε ορισμένες γενικές ερωτήσεις σχετικά με τους λαμπτήρες πυρακτώσεως.

Πώς παράγεται το φως στους λαμπτήρες;

Ένας λαμπτήρας πυρακτώσεως αποτελείται κυρίως από δύο μέρη—τον λαμπτήρα και το νήμα.

Ο λαμπτήρας είναι γενικά κατασκευασμένος από γυαλί, μέσα στο οποίο υπάρχει ένα κενό. Το κενό βοηθά στην παράταση της διάρκειας ζωής του λαμπτήρα. εάν υπάρχουν σωματίδια αέρα στο εσωτερικό του λαμπτήρα, θα θερμανθεί γρήγορα και το γυαλί θα σπάσει εύκολα.

Το νήμα μέσα στον λαμπτήρα είναι το σημείο όπου παράγεται το πραγματικό φως. Είναι κατασκευασμένο από ένα μακρύ και τυλιγμένο υλικό που είναι καλός αγωγός του ηλεκτρισμού, όπως το βολφράμιο. Μερικές φορές, το εσωτερικό του λαμπτήρα είναι επίσης γεμάτο με ένα αδρανές αέριο, όπως το αργό. Τα αδρανή αέρια βοηθούν στην επιβράδυνση της διαδικασίας φθοράς των νημάτων βολφραμίου.

Μέρη ενός λαμπτήρα πυρακτώσεως (Φωτογραφία :Designua/Shutterstock)

Το νήμα είναι προσαρτημένο σε μεταλλικές επαφές που είναι αγκιστρωμένες σε ένα τροφοδοτικό έτσι ώστε να μπορεί να ρέει ηλεκτρισμός μέσα από αυτό.

Όταν το ηλεκτρικό ρεύμα ρέει μέσα από το νήμα, τα άτομα αναδεύονται και τα ηλεκτρόνια μέσα σε αυτά διεγείρονται σε υψηλότερα επίπεδα ενέργειας μόλις απορροφήσουν ενέργεια από το ρεύμα που ρέει. Ο χρόνος που τα ηλεκτρόνια παραμένουν σε αυτή τη διεγερμένη κατάσταση είναι πολύ μικρός και όταν επιστρέψουν στα αρχικά επίπεδα ενέργειας, απελευθερώνεται επιπλέον ενέργεια με τη μορφή φωτονίων (μικρά πακέτα φωτεινής ενέργειας).

Με αυτόν τον τρόπο, οι λαμπτήρες φωτίζονται!

Γιατί ζεσταίνονται οι λαμπτήρες;

Ένα σημαντικό σημείο που πρέπει να λάβετε υπόψη εδώ είναι ότι το νήμα των λαμπτήρων καίγεται μόνο του για να παράγει φως. Αυτό σημαίνει ότι το ηλεκτρικό ρεύμα που διαρρέει το νήμα το θερμαίνει στο επίπεδο όπου αρχίζει να εκπέμπει φωτόνια. Η ανάδευση και η δόνηση των ατόμων μέσα στο υλικό του νήματος παράγει θερμική ενέργεια.

Το μεγαλύτερο μέρος του ηλεκτρικού ρεύματος που ρέει μέσω του λαμπτήρα χρησιμοποιείται για την ανάδευση των ατόμων. Αυτό παράγει θερμική ενέργεια, αλλά μόνο ένα μικρό κλάσμα αυτής της ηλεκτρικής ενέργειας μετατρέπεται σε φως.

Επίσης, το εσωτερικό του λαμπτήρα δεν είναι πλήρως σφραγισμένο με κενό και τα σωματίδια του αέρα μεταφέρουν θερμική ενέργεια στο γυαλί. Το αδρανές αέριο μέσα στη λάμπα μεταφέρει επίσης θερμική ενέργεια στο γυαλί. Έτσι, όταν αγγίζετε μια λάμπα που ανάβει για μεγάλο χρονικό διάστημα, είναι ζεστό.

Το νήμα του λαμπτήρα πυρακτώσεως τελικά φθείρεται και μερικές φορές ο λαμπτήρας σπάει επίσης λόγω της τεράστιας ποσότητας θερμικής ενέργειας που παράγεται (Φωτογραφία:pixabay)

Για αυτόν τον λόγο, το νήμα τελικά σπάει, οπότε οι λαμπτήρες πυρακτώσεως δεν διαρκούν πολύ.

Ως εκ τούτου, μπορούμε να πούμε ότι ένας λαμπτήρας πυρακτώσεως δεν είναι ιδιαίτερα αποδοτικός στη μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας σε φωτεινή ενέργεια, σπαταλώντας ενέργεια με τη μορφή θερμότητας.

Πείτε γεια στους ευφυέστερους ανταγωνιστές!

Λόγω της διαρκούς δίψας της ανθρωπότητας για καλύτερες επιλογές, ο λαμπτήρας πυρακτώσεως έχει τώρα καλύτερους ανταγωνιστές—τον λαμπτήρα αλογόνου, τον λαμπτήρα φθορισμού και τον λαμπτήρα LED (δίοδος εκπομπής φωτός).

Αυτά τα διαφορετικά είδη λαμπτήρων λειτουργούν σε διαφορετικούς μηχανισμούς όπου η σπατάλη ενέργειας ως θερμική ενέργεια είναι μικρότερη και ένα πιο σημαντικό μέρος της ηλεκτρικής ενέργειας μετατρέπεται σε φωτεινή ενέργεια. Είναι οικονομικά, μακράς διαρκείας και πιο ενεργειακά αποδοτικά.

Η εξέλιξη του λαμπτήρα από λαμπτήρα πυρακτώσεως, λαμπτήρα αλογόνου, λαμπτήρα φθορισμού σε λαμπτήρα LED (δίοδος εκπομπής φωτός). (Φωτογραφία:Colorcocktail/Shutterstock)

Οι λαμπτήρες αλογόνου είναι μια προηγμένη έκδοση λαμπτήρων πυρακτώσεως όπου το νήμα βολφραμίου περικλείεται μέσα σε μια κάψουλα χαλαζία σε σχήμα βολβού, γεμάτη με ένα μείγμα αδρανούς αερίου και μια μικρή ποσότητα αλογόνων, όπως ιώδιο ή βρώμιο. Ο "κύκλος αλογόνου" επαναεναποθέτει τα σωματίδια βολφραμίου στο νήμα, επιτρέποντάς τους να επαναχρησιμοποιηθούν και επιμηκύνοντας αποτελεσματικά τη διάρκεια ζωής του λαμπτήρα.

Οι λαμπτήρες φθορισμού χρησιμοποιούν την αρχή του φθορισμού, όπου οι ατμοί υδραργύρου ενεργοποιούνται χρησιμοποιώντας το ηλεκτρικό ρεύμα που ρέει μέσω του λαμπτήρα. Αυτός ο ενεργοποιημένος ατμός υδραργύρου εκπέμπει υπεριώδη ακτινοβολία στην επικάλυψη φωσφόρου στα εσωτερικά τοιχώματα του λαμπτήρα, με αποτέλεσμα να εκπέμπει φωτεινή ενέργεια. Είναι περίπου τέσσερις φορές πιο αποτελεσματικό και δέκα φορές πιο μακροχρόνιο από τους λαμπτήρες πυρακτώσεως.

Οι λαμπτήρες LED εκπέμπουν φωτεινή ενέργεια όταν στρέφονται προς τα εμπρός. Είναι κατασκευασμένα από LED, τα οποία αποτελούνται από ημιαγωγό υλικό. Είναι η πιο ενεργειακά αποδοτική επιλογή στην αγορά.

Για να μάθετε περισσότερα σχετικά με τον μηχανισμό ενός λαμπτήρα LED, ανατρέξτε στο άρθρο «Γιατί τα φώτα LED είναι τόσο ενεργειακά αποδοτικά;»

Προς ένα ενεργειακά αποδοτικό μέλλον

Με την εξάντληση των ενεργειακών πόρων, ο κόσμος καταβάλλει κάθε δυνατή προσπάθεια για να τους διατηρήσει και να στραφεί σε πιο βιώσιμες λύσεις. Η καλύτερη επιλογή τεχνητού φωτισμού που μπορεί κανείς να επιλέξει είναι ο φωτισμός LED, λόγω των πολλών πλεονεκτημάτων που έχει σε σχέση με όλες τις άλλες παραδοσιακές μεθόδους φωτισμού. Οι λαμπτήρες LED εκπέμπουν αμελητέα θερμική ενέργεια, διαρκούν έως και 25.000 ώρες και διατίθενται σε ποικιλία χρωμάτων.

Τα φώτα LED είναι η πιο ενεργειακά αποδοτική επιλογή φωτισμού

Το μέλλον του οικιακού και εμπορικού φωτισμού είναι πολύ λαμπρό, χάρη στους λαμπρούς εφευρέτες της ανθρωπότητας, που είναι πάντα στο κυνήγι των νέων τεχνολογιών!