נורה חשמלית

נורה חשמלית היא אביזר לתאורה באמצעות חשמל. המצאתה שינתה את סדר היום של האדם המודרני, והקלה עליו את פעילותו, גם בשעות החשכה.

הנורה במעגל החשמלי

במעגל החשמלי הנורה מתפקדת באופן הדומה לנגד. הייחודיות שלה היא בכך שהיא לא פולטת רק חום, אלא גם אור.
בתרשים של מעגל חשמלי הנורה מסומלת על ידי עיגול שבתוכו X.

סוגים של נורות חשמליות

נהוג לחלק את הנורות לשלוש "משפחות": נורות להט, נורות פריקה ונורות מוליך למחצה מסוג דיודות פולטות-אור (LED).
בנורת הלהט מותקן חוט להט, שהוא מוליך שבו זורם חשמל אשר מביא לחימומו לטמפרטורה של למעלה מ-1,000 מעלות צלזיוס, ועקב כך פולט חוט הלהט קרינת אור בהיר. חוט הלהט עשוי לרוב מטונגסטן, שנקודת ההתכה שלו היא כ-3,400 מעלות צלזיוס. במשפחת נורות הלהט נכללות נורת הליבון וההלוגן.
נורות פריקה פועלות על פי העיקרון של פריקה חשמלית בגז, הנגרמת כתוצאה ממעבר זרם חשמלי בגז. לפריקה זו תכונה של הופעת קרינה באורכי גל שונים. במשפחת נורות הפריקה נכללות הנורות הפלואורסצנטיות לסוגיהן (בהן הקרינה הראשונית היא באור בלתי נראה), נורות הכספית, המטל הליד והנתרן. נורות אלו מחייבות שימוש במשנק, שהוא אביזר המגביל את הזרם שעובר דרך הנורה (ללא הגבלה זו, הזרם בנורה יעלה יותר ויותר עד שהנורה תהרס ו/או שהמפסק הראשי בארון החשמל יקפוץ). חלק מנורות אלו דורשות אביזר מתח גבוה להדלקתן (סטרטר בנורות פלואורסצנטיות ומצת בנורות נתרן ומתכת הליד [פירוט עליהן בהמשך]), כי מתח ההדלקה שלהן, גבוה ממתח הרשת.
נורות המוליך למחצה מפיקות אור על ידי העברת זרם חשמלי בדיודה פולטת אור, שבה כל אלקטרון מאבד אנרגיה ופולט אותה בצורת אור (פוטון). בדומה לנורות פריקה, גם נורות המוליך למחצה דורשות אביזר להגבלת הזרם ובנוסף, הן עובדות בזרם ישר ובמתחים נמוכים בלבד, ומכאן שלנורת LED לשימוש בבית מנורה לנורת להט יש, בדומה לנורה פלואורסצנטית קומפקטית, מעגל אלקטרוני בתוכן, בנוסף לדיודות עצמן.

פיתוח

עקרון הפעולה של נורת הליבון הודגם לראשונה על ידי וורן דה לה רו בשנת 1840, כאשר חימם חוט להט עשוי פלטינה בתוך מכל ואקום. בשנים 1860–1880 ניסו חוקרים רבים לפתח את נורת הליבון - לא פחות מ-22 ממציאים הציגו נורת ליבון פועלת במהלך שנים אלו. למרות זאת, המצאת נורת הליבון החשמלית מיוחסת פעמים רבות לתומאס אלווה אדיסון (1879), שאכן תרם תרומה נכבדת לפיתוחה ובמיוחד לשיווקה ואף רשם עליה פטנט. בנורות הליבון הראשונות נעשה שימוש בחוט להט מפחמן שהותקן בתוך מכל זכוכית ובו ואקום, על מנת למנוע את שריפת חוט הלהט.
בשנת 1897 פיתח הכימאי הגרמני וחתן פרס נובל לכימיה ולטר נרנסט נורת להט בעלת חוט להט מחומר קרמי. נורה זו הייתה יעילה פי שניים והפיצה אור בהיר יותר מהנורה בעלת חוט להט מפחם. נורות נרנסט יוצרו באירופה על ידי חברת AEG ובארצות הברית על ידי ג'ורג' וסטינגהאוס יריבו של אדיסון, בחברת Nernst Lamp Company.
בשנת 1905 פיתח ויליאם דייוויד קולידג' חוט להט עשוי טונגסטן. אירווינג לאנגמיור גילה כי מילוי השפופרת בגז אציל מאריך את חיי הנורה בצורה משמעותית - גז אציל אינו מגיב כימית עם חומרים אחרים, ובפרט הוא אינו מגיב עם חוט הלהט. לכן, החל משנת 1925 מולאו נורות הליבון בגז אינרטי (גז שאינו מגיב עם החוט), בדרך כלל ארגון או חנקן.

שריפת נורה

בזמן שבחוט הלהט עובר זרם חשמלי ומתחמם, מתנדפים אטומים של הטונגסטן עקב הטמפרטורה שלו (ומתעבים על פני הזכוכית).
תהליך זה מקטין את העובי של חוט הלהט ומגדיל את ההתנגדות החשמלית שלו. עם חלוף הזמן, במקום שבו החוט דק יחסית, עקב ההתנגדות הגבוהה יותר, עולה יותר הטמפרטורה המקומית ואז קצב הנידוף המקומי גדל. בסופו של דבר החוט ניתך ומתנתק והנורה מסיימת בכך את חייה (בלשון העם "נורה שרופה").

איסור מכירה

בשל היות נורת הליבון אמצעי תאורה עם יעילות נמוכה, נאסרה במספר מדינות (כולל ישראל) מכירת נורות אלו. במספר מדינות אף נקבעו בחקיקה מועדים להפסקת הייצור של נורות ליבון (אוסטרליה לדוגמה).
החל מ-1 בינואר 2012 נאסרה בישראל מכירת נורות הלוגן או ליבון בעוצמה של מעל 60 וואט, שהדירוג האנרגטי שלהן נמוך מ-C. כמו כן, אסור לייצר אותן לשימוש בארץ או לייבא אותן. המהלך לווה בביקורת כיוון שנערך ללא דיון ציבורי וכלל החלטות בעלות עלות כלכלית גבוהה על אזרחי המדינה.

נורת הלוגן

נורת הלוגן היא גרסה משופרת של נורת ליבון. בנוסף למרכיבים של נורת ליבון מוסיפים לה כמות קטנה של יסוד ממשפחת ההלוגן: יוד, ברום ולעיתים רחוקות, כלור. הוספת ההלוגן גורמת לתגובות כימיות עם הטונגסטן המתנדף ומחזירה אותו לחוט הלהט. בועת הזכוכית עשויה קוורץ אשר אינו מתרכך בטמפרטורה הגבוהה שיוצר חוט הלהט בנורה זו. האור שלה לבן יותר מזה של נורת הליבון הרגילה (שיא הספקטרום שלה קרוב יותר לתחום הנראה ופחות אנרגיה משתחררת בתחום התת-אדום שהוא בלתי נראה) ולכן יש בה שיפור בנצילות לעומת נורת הליבון, 22-33 לומן לוואט, וכן אורך החיים שלה כפול. חסרונותיה של נורה זו: מחירה היקר, רגישותה למגע יד אדם שעלול ליצור כתמים קבועים במעטפת המנורה (יש להרכיבה ללא נגיעה ישירה בה) המקצרים את חייה ומגדילים את הסיכויים שלה להתפוצץ (כאשר נוגעים במעטפת הקוורץ של הנורה באצבעות חשופות, אנו משאירים טביעות אצבעות על המעטפת, טביעות אלו הן למעשה שומן אורגני. נורת ההלוגן מתחממת תוך כדי פעולתה (לטמפ' של עד 600 מעלות צלזיוס), וכתמי טביעות האצבעות שלנו מתחממים אף מעבר לכך, דבר היוצר הפרשי טמפרטורה נקודתיים במעטפת הנורה. הפרשים אלו עלולים לגרום לסדיקת מעטפת הקוורץ של הנורה ולקריסתה). חסרונות נוספים הם הטמפרטורה הגבוהה שלה שעלולה לגרום לדליקות, והיותה נפוצה בהספקים גבוהים שבהם הנורה בזבזנית במיוחד בצריכת החשמל, שרובו לא מנוצל לתאורה (לדוגמה: גוף תאורה המופנה לתקרה עם נורת הלוגן של 300W בסלון, יפיק פחות אור מאשר נורת ליבון רגילה חשופה של 100W).

נורת כספית

בנורת כספית שהומצאה בידי פטר קופר הוויט בשנת 1903 ישנו מעבר של זרם חשמלי באדי כספית שהמעבר בו גורם להתפרקותו. נורות אלו שאורן עז, משמשות בעיקר לתאורת רחובות וחוץ, צבע אורן כחלחל חיוור, ואינו מאפשר הבחנה טובה בצבעים. על מנת להתגבר על חיסרון זה, נורות כספית רבות מצופות בפנים המעטפת החיצונית שלהן בציפוי פלואורסצנטי, שממיר את הקרינה האולטרה סגולה שנפלטת מאדי הכספית שבשפופרת הפנימית, לאור נראה באורכי גל אדומים (שנעדר מהספקטרום שאדי הכספית פולטים), ובכך לתקן אותו לאור לבן. ההדלקה נעשית בהשהיה בדומה לנורה פלואורסצנטית, במיוחד אם הדבר נעשה בסמוך לכיבויה.
הנצילות האורית של נורת כספית היא כ-45 לומן לוואט בממוצע, ואורך חייה הוא כ-24,000 שעות בממוצע.
בדומה ל-LED, גם נורת כספית איננה מפסיקה בדרך כלל להאיר באופן חד ופתאומי בסיום חייה כמו נורת להט, אלא מפיקה פחות ופחות אור לאורך הזמן. הנורה נחשבת כסיימה את חייה, אם עוצמת ההארה שלה נמוכה מ-70% מעוצמתה המקורית.

נורת מתכת הליד

עקרון פעולתה הוא זרם חשמלי באדי כספית ובאדי הלידים של מתכות שונות. הנורה הומצאה על ידי חברת ג'נרל אלקטריק האמריקאית כגרסה משופרת של נורת הכספית. הניצולת האורית שלה 80–120 לומן לוואט, אורך חייה הוא 5000-12,000 שעות וגוון צבעה לבן. מגוון הצבעים של נורת מתכת הליד זהה לזה של נורות פלואורסצנטיות, מלבן צהבהב ועד לבן כחלחל. קיימות גם נורות מתכת הליד צבעוניות שמשמשות להארת בניינים ללא צורך במסנן מיוחד (להבדיל מנורות הלוגן וליבון). נורה זו משמשת לתאורת חוץ ופנים, במקומות בהם נדרשת העברת צבעים טובה כמו קניונים, חנויות, אצטדיונים, מפעלים ושטחי מסחר (ולאחרונה גם לתאורת רחוב, כתחליף לנורת הנתרן). בנוסף, מתרבה השימוש בנורות מתכת הליד (בתוספת קסנון להארה מיידית מרגע ההדלקה) גם בפנסים הקדמיים של רכבי יוקרה (בשמן הגנרי: "קסנון" ו"HID").

נורת נתרן

יש שני סוגים של נורות נתרן: נורת נתרן לחץ נמוך (נל"נ)
ונורת נתרן לחץ גבוה (נל"ג).
נורת הנל"נ היא מקור האור החשמלי בעל הניצולת הגבוהה ביותר (בין 130 ל-200 לומן לוואט). אורך החיים של נורת נל"נ הוא כ-18,000 שעות. לאור המופק ממנה צבע כתום עז והוא יעיל מאוד בחדירה מבעד לערפל. השימוש העיקרי של נורות אלו הוא לתאורת כבישים ומנהרות שכן בשל אורן החד גוני שאיננו מאפשר הבחנת צבעים, נורות אלו אינן מתאימות לתאורת פנים. בשל הספקטרום צר הסרט שלהן, נורות אלו מועדפות על ידי אסטרונומים, משום שניתן לסנן בקלות את אורן לצורך תצפיות אסטרונומיות. נורות אלו יצאו משימוש בישראל בתחילת שנות ה-2000.
נורת הנל"ג היא הנורה העיקרית המשמשת לתאורת כבישים ורחובות. נצילותה גבוהה (90–150 לומן לוואט). אורך החיים עד 24,000 שעות וגוון הצבע צהבהב.
נורת הנל"ג ידועה גם בחלקה לגידול צמחים בשיטת ה"הידרו". בשיטה זו משתמשים בנורה בעלת ספקטרום שכולל את כל אורכי הגל שהצמחים קולטים: האור הכחול ביחד עם האור הכתום והאדום.
עם סיום חיי הנורה, הנורה נכבית ונדלקת לסירוגין. התופעה נגרמת משום שמתח העבודה של הנורה עולה במהלך מחזור החיים שלה, עד שהוא בשלב מסוים עובר את המתח שהמשנק מסוגל להחזיק את הנורה יציבה.

נורת ניאון

נורת ניאון היא נורה קטנה וחלשה, המאירה בצבע אדום כתמתם. את הנורה ניתן למצוא במנורות לילה (נדיר מאוד בישראל, נפוץ יותר בבריטניה), וכנורית חיווי מתח במכשירי חשמל שונים כגון מפסקים של דוד חשמלי ובקומקום חשמלי, ובמברגי חשמלאים. צריכת הזרם של נורת הניאון מזערית. הנורה בנויה משני מולכים, הנמצאים בתוך שפופרת קטנה מלאה בגז ניאון. הנורה פועלת במתחים גבוהים בלבד, מ 80V ומעלה. המתח הגבוה גורם לפליטת אלקטרונים מאטומי הניאון, וכך נסגר המעגל החשמלי.