Světelné zdroje

Základní principy přeměn

Světelná energie vzniká přeměnou elektrické energii v energie. K tomuto ději může docházet třemi způsoby:

  1. inkandescence - vyzařování světla, způsobené tepelným buzením,
  2. vybuzení atomů plynu nebo par kovů v elektromagnetickém poli,
  3. luminiscence pevných látek.

Inkandescence

Vzniká průchodem elektrického proudu pevnou vodivou látkou s vysokou teplotou tání např. platina, wolfram, atd. Pevná látka se rozžhaví na požadovanou teplotu, při které dochází k emisi viditelného záření.

Na tomto principu pracují klasické žárovky s wolframovým vláknem.

Vybuzení atomů plynu nebo kovu v elektromagnetickém poli

Jedná se v podstatě o přeměnu elektrické energie na kinetickou energii elektronů. Vybuzené elektrony se sráží s molekulami plynů (halogenidy) nebo par kovů (sodík, rtuť, atd.), což způsobuje emisi optického záření.

Na tomto principu pracují výbojky.

Luminiscence

Jedná se o vybuzení a následném odbuzení atomů vhodných plynů, par kovů, pevných látek. Tato vhodná látka vysílá záření, jehož intenzita je větší než teplotní záření hmoty za stejné teploty.

Na tomto principu pracují lasery, diody, atd..

Žárovky

Běžné žárovky

Jsou to nejpoužívanější, ale také nejméně hospodárné zdroje světla. Na světlo se přemění pouze 3 - 4 % vložené energie, zbytek jsou ztráty ve formě tepla. Jejich výhodou je nízká cena, jednoduché použití bez nutnosti instalace dalších přídavných zařízení. Výhodou žárovek je i příjemné barevné podání světla, které se blíží běžnému dennímu světlu, světlo má příjemný spojitý charakter.

Střední doba života žárovek je však poměrně krátká, nejčastěji 1000 hodin, při příkonech od 15 W do 200 W mají měrný výkon od 6 do 16 lm/W.

Kryptonové žárovky

Mají většinou tvar hříbku a jsou menší než běžné žárovky, mají vyšší světelný tok a méně hřejí. Jsou vhodné pro použití v domácnostech. Kryptonové žárovky se střední dobou života 8000 hodin se používají v semaforech nebo na velmi těžce přístupných místech.

Reflektorované žárovky

Se označují písmenem R a průměrem reflektoru v milimetrech. Výstupní část vrchlíku bývá matovaná, aby se dosáhlo stejnoměrného světelného svazku, světlo vychází pouze z čelní části.

Vzhledem k usměrnění světelného toku je možné uspořit až 50 % energie.

Speciální žárovky

S baňkou z neodymiového skla se zabarvením do modra, fialova. Tyto žárovky se používají k osvětlování zboží v obchodech.

Speciální žárovky s baňkou kde je výstupní část (vrchlík) je pokryt modrobílým smaltem.

Halogenové žárovky

Se většinou plní směsí dusíku a argonu, kryptonem a v poslední době i xenonem, užívají i organické sloučeniny bromu (různé brommetany, bromofosfonitrit atd.). Baňky žárovek, které jsou plněné xenonem nečernají. Baňky halogenových žárovky se vyrábí většinou z křemenného skla nebo jiných těžkotavitelných materiálů.

Pro všeobecné osvětlení se vyrábí dva základní typy:

Životnost halogenových žárovek je přibližně 2000 – 3000 h, měrný výkon je jen o málo vyšší než u obyčejných žárovek.

Trubicové halogenové žárovky

Mají kontakty na protilehlých koncích. Vyrábí se v řadě délek a příkonů, přičemž stejné příkony mohou mít různou délku. Některé z těchto žárovek mají předepsanou polohu upevnění např. se mohou používat jen ve vodorovné poloze.

Žárovky, které mají perleťově zbarvené trubice, jsou pokryté na povrchu vrstvou, která umožňuje odraz tepelného záření zpět do žárovky. Tyto žárovky se vyznačují nižším tepelným zářením a úsporou energie až o 30 %. Střední doba života je 2000 hodin. Používají se k osvětlování větších ploch.

Jednostranné halogenové žárovky na vyšší napětí

Vyrábí se s různě tvarovanou baňkou, čirou či opálově zakalenou. Dělají se i ozdobné tvary. Používají se zejména v křišťálových lustrech. Žárovky mají speciálně zavěšené vlákno, což zvyšuje odolnost vůči otřesům.

Reflektorové žárovky nízkovoltové

Tyto žárovky na 12 V jsou uloženy v reflektoru, jehož zrcadlová vrstva odráží viditelné světlo. Vznikající teplo je ze 65 % odráženo dozadu, takže mají poměrně nízké tepelné vyzařování.

Zrcadlová vrstva sice dobře odráží viditelné světlo, ale propouští značnou část tepelných paprsků dozadu (až 65%). Osvětlené místo je sice méně tepelně zatížené, ale o to více se zahřívají zadní části. Proto se musí dostatečně odvětrávat přebytečného tepla v prostorách za žárovkou. Někteří výrobci pokrývají baňku speciálními odraznými materiály, které vrací část tepelného záření zpět na vlákno, což výrazně přispívá i k úspoře energie, až 35 %. Tím se eliminuje nebezpečí hromadění tepla za žárovkou, např. ve stropních podhledech by mohlo dojít k požáru. Současně se snižuje tepelné zatížení osvětlovaných ploch či předmětů.

Speciální úpravou odrazných ploch, použitím filtrů na reflektory je možné docílit i světla s různým zabarvením.

Tyto žárovky se používají v podhledových svítidlech, např. k osvětlování výloh obchodů, kancelářských prostor, chodeb, atd. laické veřejnosti dobře známé z podhledových svítidel, výloh, kanceláří, chodeb, atd.

Projekční žárovky

Jsou zdrojem pro projekci 8 mm a l6 mm filmů.

Přežhavené halogenové žárovky

Používají se pro optické účely, mají velmi vysoký měrný výkon, což způsobuje poměrně krátkou životnost. Vnitřek žárovky se plní většinou xenonem. Využívají se například ve filmových ateliérech.

Jednoduché halogenové žárovky bez baňky

Vyrábějí se bez vnější baňky, v různých velikostech i příkonech. Používají se zejména v baterkách, kapesních svítilnách, pro projekční účely.

Speciální infražárovky

Se používají jako zdroj infračerveného záření. Využívají se pro ohřívání, v medicíně, pro stabilizaci obrazu v kopírkách.

Poznámka:

Baňky halogenových žárovek se nesmíme dotýkat holou rukou, protože látky obsažené v potu se vleptávají do skla baňky, a to se za velmi krátkou dobu zničí. Pokud došlo k znečištění je vhodné baňku žárovky očistit čistým lihem nebo vhodným čistidlem např. okena, iron

Zářivky

Jsou poměrně rozšířeným zdrojem světla. Výhodou zářivek je široký sortiment z hlediska spektrálního složení světla.

Nejobvyklejší druhy zářivek

Druh

Průměr

[mm]

Příkon

[W]

Měrný výkon

[lm/W]

Lineární

38

od 20 do 65

od 57 do 68

26

od 10 do 58

od 33 do 83

16

od 14 do 35

od 96 do 106

Kompaktní

 

od 5 do 55

od 50 do 87

Standardní zářivky se širokopásmovými luminofory

Zářivka je nízkotlaká rtuťová výbojka se žhavenými elektrodami. Světlo vzniká působením ultrafialového záření na vrstvu luminoforu, který je zakotven na vnitřní straně trubice a vyzařuje viditelné světlo.

Obyčejné zářivky obsahují jednoduchý luminofor apatitového typu - halofosfát vápníku s aktivátorem. Tyto zářivky mají poměrně nedokonalé barevné podání světla - barva světla je studená bílá.

Dosud se využívají k osvětlování domácností – zejména kuchyní, kancelářských prostor, pomocných prostor – chodby, sklady, atd.

Trubicové zářivky se úzkopásmovými luminofory

Poměrem složek lze namíchat v podstatě jakoukoli barvu světla. U zářivek od teplé bílé do chladné bílé jsou luminofory jen dva. Zbytek - azurovou a modrou složku dodává druhé maximum vyzařování zeleného luminoforu a vlastní rtuťový výboj. Zářivky denní a speciální mají přidán ještě modře svítící luminofor. U některých typů nacházíme další barevné složky, ukazující na přídavek dalšího luminoforu. Použité luminofory jsou vysoce odolné proti účinkům krátkovlnného ultrafialového záření výboje, proto stárnou mnohem pomaleji než standardní zářivky. Jsou i průhlednější.

Třípásmové zářivky

Mají světelný tok o 75% vyšší ve srovnání se starými typy. Mají výborné barevné podání světla. Jejich světlo může mírně zvýrazňovat barvy. Mají vysoký světelný tok a dlouhou životnost až 18000 hodin

Využívají se v obchodních prostorách v kancelářích i domácnostech.

Speciální zářivky

Vyrábí se typy s barevným světlem, či barvenými trubicemi.

Zářivky s barevným světlem. Jejich světlo je velmi intenzivní s výraznými barvami.

Používají se jako dekorace, k osvětlování zboží, potravin. Např. zářivky s narůžovělým světlem se používaly k nasvětlování uzenin a masa, kde navozovaly dojem čerstvosti zboží.

Zářivky svítící modrým světlem, s luminofory, které vyzařují neškodné dlouhovlnné ultrafialové záření (350 nm) se používají na chytání hmyzu.

Pro osvětlování diskoték, barů, atd. se používají zářivky s trubicí z černého skla, které propouští jen dlouhovlnné UV záření.

Zářivky pro terária - vyzařují více UV záření. Jejich světlo obsahuje 30% záření UV-A a proměnlivé % UV-B.

V akváriích se používají zářivky vyzařující modré světlo, které vzbuzuje silnou fluoroscenci nebo zářivky se světle fialovým světlem.

Zářivky pro osvětlování rostlin vyzařují fialové světlo doplněné bílým světlem.

Germicidní zářivky

Zářivky pro sterilizaci prostředí vyzařují tvrdé krátkovlnné ultrafialové záření. Toto záření může být zdraví škodlivé, poškozuje organické tkáně (oči, kůži, atd.). Povolená celodenní expozice je 1 minuta ze vzdálenosti 30 cm.

Zářivky pro solária

Mají vyšší příkon (80 – 100 W). Vyzařují dlouhovlnné UV záření, způsobující erythermální reakce v lidské pokožce. Nadměrné ozařování může mít škodlivé účinky.

Nejkvalitnější zářivky

Mají Vysokou intenzitu osvětlení a vynikající barevné podání srovnatelné s denním světlem. Dosahují barevné teploty 6500 K, což normovaná hodnota denního světla. Používají se tam, kde je potřeba kvalitní osvětlení, tam, kde je nutné přesně rozlišovat či porovnávat barvy např. laboratoře, textilní, tiskařský průmysl, atd.

Používají se ve zdravotnictví , ve velínech nepřetržitých provozů. Charakter světla napomáhá relaxaci,odstranění depresivních stavů, používají se pro léčebné účely při fototerapii.

Kompaktní zářivky jednopaticové

Jsou většinou ve tvaru dvou či více vedle sebe položených trubiček, které jsou spojené můstkem. Trubice mohou být uloženy do čtverce, nebo vedle sebe “hřeben”. Zvláštním typem jsou ploché tvarované zářivky typu 2 D, které umožňují konstrukci tenkých přisazených svítidel s vysokým světelným tokem.

Jednopaticové kompaktní zářivky se vyrábějí v řadě příkonů a provedení, také v široké škále odstínů bílé a také ve verzích s barevným světlem. Některé typy nemají zabudovaný startér, neboť jsou provozovány s elektronickými předřadníky. Takové zářivky mají čtyři kolíčky.

Podle typu provozu je dále můžeme rozdělit

  1. se zabudovaným zapalovačem pro indukční předřadník (tlumivku), patice obvykle se 2 kolíčky - první typy - univerzální pro všechny druhy předřadníků - bez zapalovače, patice obvykle se 4 kolíčky.
  2. pro elektronické předřadníky, patice obvykle se 4 kolíčky.

Kompaktní zářivky jednopaticové s integrovaným klasickým předřadníkem (tlumivkou)

V baňce najdeme kromě spirálovitě stočené zářivky také tlumivku a zapalovač (startér). Mají dlouhou životnost, ale protože rtuť je v trubici vázána na amalgám svítí po zapnutí velmi slabě. Vyrábí se ve tvaru válce i kulaté baňky s opálovým zabarvením.

Kompaktní zářivky s integrovaným elektronickým předřadníkem

Podobají se klasické žárovce, mají běžnou šroubovací patici. Nejsou citlivé na kolísání napětí, vyrábí se i modifikace pro stejnosměrné napětí. Protože jsou napájeny frekvencí 35 kHz neprojevuje se u nich stroboskopický efekt. Vyzařují málo tepla, mají dlouhou životnost.

Kompaktní zářivky indukčně buzené

Baňka zářivky je v podstatě prázdná; neobsahuje žádné žhavené ani pohyblivé součásti. Napájení obstarává vnější zdroj, vysokofrekvenční generátor s kmitočtem 2,25MHz. To umožňuje zcela vyloučit jakýkoli vliv častého zapínání na životnost zářivky.

Výbojky

Mají podstatně vyšší životnost i měrné výkony jak žárovky, avšak jejich cena je vyšší.

Druh

Příkon

[W]

Měrný výkon

[lm/W]

Vysokotlaké rtuťové

od 50 do 1000

od 36 do 58

Halogenidové

od 35 do 2000

od 67 do 103

Vysokotlaké sodíkové

od 35 do 1000

od 70 do 150

Nízkotlaké sodíkové

od 17,5 do 180

od 100 do 203

Indukční

55 a 85

65 a 70

Směsové výbojky

Principem je současné použití žárovky a rtuťové výbojky. Žárovka dává dobré barevné podání světla a výbojka hospodárnost provozu. Směsové výbojky svítí asi o 60% více, než stejně silné žárovky a přitom vyzařují í o 25% méně tepla.

Používají se k osvětlování interiérů, do průmyslu, atd.

Halogenidové výbojky

Výbojová trubice obsahuje vedle rtuti příměs halogenidů různých kovů. Jsou zdrojem kvalitního světla.

Při dodržování provozní podmínek mají dlouhou životnost.

Výbojky pro všeobecného osvětlování. Často mají předepsanou polohu svícení pro optimální využití všech jejich dobrých vlastností.

Podle barvy a kvality světla můžeme rozdělit halogenidové výbojky do základních kategorií:

Podle druhu provozu můžeme dělit halogenidové výbojky do základních kategorií:

Podle druhu zapalovacího zařízení můžeme dále dělit halogenidové výbojkv do základních kategorií:

Podle tvaru, velikosti, připojení a provedení můžeme dělit halogenidové výbojky do základních kategorií:

Sulfitové halogenidové výbojky

Mají malé rozměry, a tvarem jsou podobné halogenovým žárovkám. Vyznačují se vysokým světelným tokem a dlouhou životností. Vyrábí se typy vyzařující i barevné světlo modré, růžové, atd. Protože vyzařují intenzivní UV záření musí být kryta sklem vyrábí se i varianty UV stop. Navíc tyto výbojky mají většinou předepsanou polohu svícení.

Používají se k osvětlování výkladních skříní, obchodů, pro dekorativní osvětlování.

Podobné jsou speciální výbojky pro scénické osvětlování, plněné halogenidy vzácných zemin (thulium, holmium, dysprosium), s příkony až 18 kW.

Sulfitové halogenidové výbojky s keramickými hořáky

Keramické výbojové trubice jsou naplněny halogenidy vzácných zemin (Dy, Tm, Ho). Vyznačují se stálými parametry po celou dobu životnosti, mají malý rozptyl barvy světla a stálý světelný tok.

Výbojky se šroubovacími paticemi

jsou vyráběny v příkonech od 32 do 3500 W. U většiny halogenidových výbojek tohoto typu je předepsána poloha svícení, aby bylo dokonale využito všech dobrých vlastností.

Výbojky jednostranné s paticí G12

Mají malé rozměry, lze je přesně zfokusovat. Vyrábí se i varianty s keramickou výbojovou trubicí, které mají malý rozptyl barev světla, nejsou tak citlivé na polohu. Používají se ve výstavnictví.

Sodíkové výbojky vysokotlaké

Mají oranžovou barvu světla. Vyrábějí se v několika základních řadách, v okruhu příkonů od 35 W do 22 kW. Výrobu umožnil vývoj speciálního keramického materiálu, který odolává žhavým sodíkovým parám. Je to hmota, tvořená velmi čistým oxidem hlinitým (chemicky shodná se safírem), přičemž se jeden čas pracovalo na hořácích ze safírových monokrystalů. Používají se pro veřejné osvětlení.

Sodíkové výbojky nízkotlaké

Vydávají žluté, monochromatické světlo, které neumožňuje rozlišovat barvy. Jsou 15 × účinnější než žárovky, mají dlouhou životnost. Nízkotlaké sodíkové výbojky se vyrábí ze speciálního skla, které je odolné proti účinkům sodíku a jeho parám. Proto se trubice potahuje tenkou vrstvou oxidu boritého.Optimální pracovní teplota je 270 °C, proto se trubice ukládá do skleněného vakuovaného pláště. Tento plášť se pokrývá vrstvičkou zlata, oxidu cíničitého nebo inditého, aby se odráželo tepelné záření.

Používají se pro osvětlování velkých prostor.

Mikrovlnná plazmová výbojka s parami síry

Je zatím velmi málo rozšíření pro vysokou cen. Zdrojem světla je rotující křemenná kulička velikosti pingpongového míčku se stopkou, naplněná argonem a malým množstvím síry. Je umístěna v ohnisku mikrovlnného zdroje. Vyzařuje spojité spektrum s barevnou teplotou 6000 K, index barevného podání Ra 78. Světelný tok je možno regulovat v rozmezí 20 - 100 Životnost světelného zdroje je 45000 hodin.

 

© Energ, spol. s r. o., 2000-2001