Ηλεκτρικός λαμπτήρας

Η εφεύρεση του ηλεκτρικού λαμπτήρα (ή αλλιώς λυχνίας ή λάμπας) αποδίδεται συνήθως στον Τόμας Έντισον (11 Φεβρουαρίου 1847-18 Οκτωβρίου 1931), όμως η ομάδα του Έντισον απλά τελειοποίησε τα χαρακτηριστικά του. Ο ηλεκτρικός λαμπτήρας είναι τεχνητή πηγή φωτός τροφοδοτούμενη από ηλεκτρική ενέργεια. Οι ηλεκτρικές λάμπες διακρίνονται, με κριτήριο τον τρόπο λειτουργίας τους, σε λάμπες πυράκτωσης, λάμπες τόξου και LED.

 Ο λαμπτήρας πυράκτωσης είναι λαμπτήρας που εφευρέθηκε από τον Αμερικανό Τόμας Έντισον και πλέον αποσύρεται από την αγορά. Περιλαμβάνει ένα λεπτό μεταλλικό νήμα, από βαρύ, δύστηκτο μέταλλο, συνήθως βολφράμιο, τυλιγμένο σε σπείρες. Αυτό φέρεται από τις άκρες του συγκολλημένο σε δύο παχύτερα σύρματα από όπου εφαρμόζεται η ηλεκτρική τάση η οποία θέτει τα ηλεκτρικά φορτία σε κίνηση και η οποία εξαναγκάζει το νήμα να φωτοβολεί από τη θέρμανσή του στους 2600°C. Όταν το μήκος του νήματος είναι μεγαλύτερο των 2 cm, τότε αυτό συγκρατείται και ενδιάμεσα από μη ηλεκτροφόρα σύρματα σε ακτινική διάταξη. Η κατασκευή αυτή περικλείεται σε γυάλινη σφαιρική ή ελλειπτική φύσιγγα χαμηλής πίεσης αερίου. Η φύσιγγα αυτή σε λαμπτήρες μικρής ισχύος είναι αερόκενη, ή περιέχει αδρανές αέριο, συνήθως άζωτο σε λαμπτήρες μεγάλης ισχύος ή και αλογόνο (ιώδιο) στους λαμπτήρες αλογόνου. Ο λαμπτήρας μπορεί να διαθέτει βιδωτή επαφή που συνδέεται με τον έναν πόλο και μια επαφή στην βάση που συνδέεται με τον άλλο πόλο. Η ισχύς που καταναλώνεται είναι 25-1000W. Το χρώμα της ακτινοβολίας είναι λευκό. Η διάρκεια ζωής αυτού του τύπου λαμπτήρα είναι 750-1500 ώρες συνεχούς λειτουργίας. οσο μεγαλύτερη είναι η ισχύς του, τόσο μικρότερη είναι η ζωή του. Ο λαμπτήρας πυράκτωσης ανάβει μόνο όταν και οι δύο επαφές του ακουμπούν και στους δύο πόλους της μπαταρίας ή της πρίζας. Στις περιπτώσεις που η λάμπα δεν ανάβει, έχει κοπεί (καεί από υπερβολική αύξηση του ηλεκτρικού ρεύματος απότομα) το συρματάκι. Χρησιμοποιείται για φωτισμό κατοικιών, καταστημάτων, αυτοκινήτων κλπ. Ο λαμπτήρας πυράκτωσης δημιουργεί τα λιγότερα προβλήματα στα μάτια λόγω του ότι παρέχει σταθερό και όχι κυμαινόμενο φως, το οποίο επίσης προσεγγίζει ικανοποιητικά, για το ανθρώπινο μάτι, το φυσικό φως του ήλιου, σε ότι αφορά την ομοιομορφία της κατανομής των συχνοτήτων που αναδύονται. Ο λαμπτήρας πυράκτωσης τείνει προς κατάργηση για λόγους κατανάλωσης ενέργειας κατά την χρήση του, που ευθέως συνεπάγονται περιβαλλοντικούς λόγους. Ήδη ο λαμπτήρας αλογόνου χρησιμοποιείται για προβολείς. Βασικό μειονέκτημα του λαμπτήρα αυτού η ευαισθησία του σε μεταβολές της τάσης. Ο Λαμπτήρας τόξου είναι ειδικός λαμπτήρας που περιέχει κυρίως ατμούς μετάλλων και ίσως βοηθητικά κάποιο ευγενές αέριο. Τα ηλεκτρόδια στα άκρα του του εργάζονται «εν θερμώ», είναι δηλαδή στην ουσία νήματα πυράκτωσης. Η θέρμανση αρχικά πραγματοποιείται με ιδιαίτερο κύκλωμα που διακόπτεται αυτόματα μόλις ξεκινήσει η ακτινοβολία του λαμπτήρα, οπότε και η θέρμανση διατηρείται από το ρεύμα του τόξου ή θερμαίνονται αυτοί από το ίδιο το τόξο που ξεκινάει υπό μορφή αίγλης και η οποία σχηματίζεται εξαιτίας του αερίου που περιέχει ο σωλήνας. Η θέρμανση αυτών των λαμπτήρων, αν και είναι χαμηλότερη εκείνης των λαμπτήρων πυράκτωσης, καθίσταται απαραίτητη τόσο για την εξάτμιση του μετάλλου που περιέχουν, και που συνήθως είναι υδράργυρος, ή νάτριο, όσο και για την περιορισμένη επιφάνεια των ηλεκτροδίων προκειμένου να εκπέμπουν εύκολα ηλεκτρόνια. Οι λαμπτήρες τόξου είναι ιδιαίτερα επικίνδυνοι για το περιβάλλον καθώς ο υδράργυρος είναι ιδιαίτερα τοξικός και πρέπει να αποφεύγεται να γίνεται χρήση μολυσμένων πια αντικειμένων, όπως χαλιά που έχει σπάσει πάνω τους π.χ. μια λάμπα φθορισμού, και μάλιστα ούτε να σκουπίζονται με ηλεκτρική σκούπα, καθώς διαχέονται εκ νέου τα τοξικά υλικά στον αέρα μέσα σε ένα δωμάτιο. Επίσης οι λαμπτήρες τόξου κάνουν τρεμόσβημα, που γίνεται ιδιαίτερα ορατό όταν είναι ευθείς (δεν έχουν π.χ. σπειροειδές σχήμα), πράγμα το οποίο είναι ενοχλητικό και κουράζει τα μάτια. Οι λαμπτήρες τόξου διακρίνονται στους επιμέρους τρεις τύπους λαμπτήρων πίεσης: α) Λαμπτήρες ατμών υδραργύρου ή υψηλής πίεσης υδραργύρου, β) Λαμπτήρες ατμών νατρίου και γ) Λαμπτήρες φθορισμού. Και οι τρεις παραπάνω τύποι λαμπτήρων τόξου ανήκουν στη κατηγορία των ψυχρών φωτεινών πηγών. Δίοδος Εκπομπής Φωτός (LED) αποκαλείται ένας ημιαγωγός ο οποίος εκπέμπει φως στενού φάσματος όταν του παρέχεται μία ηλεκτρική τάση κατά τη φορά ορθής πόλωσης (forward-biased). Το χρώμα του φωτός που εκπέμπεται εξαρτάται από τη χημική σύσταση του ημιαγώγιμου υλικού που χρησιμοποιείται, και μπορεί να είναι υπεριώδες, ορατό ή υπέρυθρο. Συνήθως χρησιμοποιούνται κυκλώματα για την τροφοδοσία των led ώστε το ρεύμα που διέρχεται από αυτά να είναι διακοπτόμενο, άρα και να μικραίνει η κατανάλωση ενέργειας του λαμπτήρα, σε τόσο υψηλή συχνότητα, ώστε να μην γίνεται άμεσα αντιληπτό το φαινόμενο από το ανθρώπινο μάτι. Το φαινόμενο όμως γίνεται έμμεσα αντιληπτό από τον εγκέφαλο και μπορεί να κουράσει, όμοια με το τρεμόσβημα ενός λαμπτήρα φθορισμού. Επίσης τα led δεν παρέχουν ομοιόμορφη κατανομή στις συχνότητες του φωτός που εκπέμπουν, σε αντίθεση με το φυσικό φως του ήλιου ή τον λαμπτήρα πυράκτωσης, αλλά εκπέμπουν κυρίως σε μία ή μερικές συχνότητες, και το «λευκό» φως led έχει ως κύρια συνιστώσα το μπλε φως. Σε σύγκριση με την αίσθηση φωτεινότητας του περιβάλλοντος που αντιλαμβάνεται το ανθρώπινο μάτι από το φυσικό φως, ο φωτισμός με led πρώτον αλλοιώνει τα χρώματα (σε σχέση με τον φυσικό φωτισμό του ήλιου) και δεύτερον συνήθως ελαττώνει την αντιλαμβανόμενη φωτεινότητα, καθώς οι ιδιότητες ανάκλασης ή επανεκπομπής του υλικού που αφορούν μόνο τις συγκεκριμένες συχνότητες του led είναι αυτές που παίζουν τον κύριο ρόλο στο οπτικό αποτέλεσμα του φωτισμού. Αντίστροφα, για παρόμοιο οπτικό αποτέλεσμα φωτεινότητας με το φυσικό φως, το «λευκό» φως led (κατ' ουσίαν μπλε) εμφανίζεται να ενοχλεί ιδιαίτερα το ανθρώπινο μάτι σε απ' ευθείας έκθεση στην φωτεινή πηγή, ενώ θεωρείται ακόμα και επιζήμιο και χρειάζεται ιδιαίτερη προσοχή στην ποιότητα της κατασκευής των λαμπτήρων led.