Shrnutí na Elektrické světlo a magnetické veličiny

## Úvod Elektrické světlo je technologie přeměny elektrické energie na viditelné záření. Tento materiál shrnuje principy běžných zdrojů světla, jejich konstrukci, vlastnosti a praktické použití. Zaměříme se hlavně na žárovky a výbojové zdroje. > **Definice:** Žárovka je tepelný zdroj světla, kde světlo vzniká tepelným zářením vlákna žhaveného elektrickým proudem. ## Žárovky – základní členění a princip ### Jak žárovka funguje - V žárovce prochází elektrický proud vláknem, které se rozžhaví na vysokou teplotu a vyzařuje světlo jako část svého tepelného záření. - Materiál vlákna: dříve uhlík, dnes wolfram díky vysoké teplotě tání a mechanické pevnosti. > **Definice:** Wolfram je kov s teplotou tání $3655\ \mathrm{K}$, používá se kvůli malé vypařivosti a pevnosti při vysokých teplotách. ### Konstrukce běžné žárovky Obvyklé části žárovky: 1. Kontakt pro přívod (horní dotyk), boční spojení a patice (Edisonův závit, např. E27, E40) 2. Skleněná baňka, vnitřní přívody, nosná vlákna 3. Vlákno z wolframu, čerpací trubička (pro plnění plynem) Obrázek konstrukce ukazuje typické označení prvků: patice, přívodní dráty, baňka, vlákno. ### Vlastnosti a provozní vlivy - Světelná účinnost žárovky je nízká, přibližně 8% (zbytek energie se mění na teplo). - Vyšší teplota vlákna znamená větší svítivost, ale kratší životnost vlákna. - Za studena má vlákno až 15krát menší odpor než za provozu, což způsobuje proudový náraz při zapnutí. - Barva světla bývá žluto-červená. > **Definice:** Světelná účinnost je poměr vyzářeného viditelného výkonu k elektrickému příkonu. Did you know že měrný výkon běžné žárovky bývá přibližně $10$–$11\ \mathrm{mW}$ na lumen? (poznámka: v původním textu uváděno jako m-W, zde uvádíme pro orientaci) Fun fact: Plnění baňky inertním plynem (např. argonem nebo směsí) snižuje vypařování wolframu a prodlužuje životnost žárovky. ## Typy výbojových zdrojů světla Výbojové zdroje vytvářejí světlo jiným principem než žárovky: světlo vzniká zářením ionizovaného plynu nebo par. > **Definice:** Výbojka je zdroj světla, kde svítivost vzniká v důsledku elektrického výboje v plynu nebo parách kovů. ### Společné vlastnosti výbojek - Pro zapálení výboje je potřeba tzv. zápalné napětí. - Pro stabilní chod a ochranu obvodu se používají tlumivky (u střídavého proudu) nebo rezistory (u stejnosměrného proudu). ### Obloukové výbojky (obloukovky) - Světlo vzniká zářením elektrického oblouku mezi elektrodami. - Dříve se používaly uhlíkové obloukové lampy, dnes existují i wolframové a další varianty. - Použití: scénické osvětlení, silné reflektory. ### Výbojky s vzácnými plyny a doutnavky - Doutnavky: plní se neonem nebo směsí neonu a helia; elektrody jsou blízko sebe a jsou často pokryty bariem pro snazší zapálení. - Použití: indikační a návěstní prostředky. - Svítící trubice (např. neonové): plní se neonem, argonem nebo směsí s malým množstvím rtuti. - Zápalné napětí trubic: $2$–$6\ \mathrm{kV}$. - Příkon trubice se udává např. $10$–$150\ \mathrm{W\cdot m^{-1}}$ v závislosti na typu. - Použití: reklamy, osvětlení dlouhých ploch. ### Vysokotlaké výbojky a výbojky s kovovými parami - Vysokotlaké výbojky poskytují vyšší svítivost a často lepší spektrální vlastnosti (blíže přirozenému světlu) než nízkotlaké trubice. - Výbojky s kovovými parami (např. sodíkové, rtuťové) využívají páry kovu k produkci světla. - Použití: pouliční osvětlení, průmyslové haly, velké plochy. ## Porovnání zdrojů světla | Vlastnost | Žárovka (wolfram) | Fluorescenční trubice | Vysokotlaká výbojka | |---|---:|---:|---:| | Princip | Tepelné záření vlákna | Výboj v plynu + luminofor | Výboj v plynu nebo v páře kovu | | Světelná účinnost | Nízká (cca $8\%$) | Vyšší | Vysoká | | Nábeh | Proudový náraz při zapnutí | Potřeba zápalného napětí | Potřeba zapalování / tlumivka | | Spektrum | Teplé, žluté | Záleží na luminoforu | Záleží na složení páry | | Životnost | Relativně krátká | Dlouhá | Dlouhá až velmi dlouhá | ## Praktické příklady a aplikace - Domácí osvětlení: d