Hehkulamppu

Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun

Hehkulamppu on sähkölaite, joka tuottaa valoa sähkövirrasta hehkulangan avulla. Hehkulamppu kehitettiin 1800-luvun lopulla kaupalliseksi tuotteeksi ja 2000-luvun alkuun se on ollut laajasti käytössä valaisimissa. Halogeenilamppu on hehkulamppu, jossa on pieni määrä halogeenikaasuja reagoimassa hehkulampusta irotoavan volframin kanssa, mikä pidentää käyttöikää ja pitää lasin kirkkaana. Verrattain alhaisen hyötysuhteen, (n. 3–5 %), vuoksi hehkulamppujen myyntiä on rajoitettu Euroopan unionin alueella.

Historia[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Humphry Davy esitteli hehkulampun toimintaperiaatteen 1802.[1] Tämän jälkeen 1800-luvulla sähköllä hehkuvaa lankaa esitteli useampikin henkilö, esimerkiksi sir William Grove 1840 ja Joseph Swan.[2] Saksalaisen Heinrich Göbelin väitetään myös esitelleen hehkulamppua. Ongelmana oli hehkulankojen lyhytikäisyys materiaalin hapettuessa ilmassa tai metallin sulaminen. Ratkaiseva keksintö toimivan hehkulampun valmistuksessa oli Hermann Sprengelin 1870-luvun alussa esittelemä elohopeapumppu, jolla pystyttiin kehittämään riittävän hyvä tyhjiö. Yleisesti kunnia hehkulampun keksimisestä annetaan Thomas Alva Edisonille, koska hän järjestelmällisesti etsi sopivaa lankamateriaalia, aloitti lamppujen valmistuksen ja kehitti koko sähkötuotantojärjestelmän luodakseen lampulleen markkinoita.[3] Edisonin lampussa oli tyhjiössä hiililanka, jonka käyttöikä oli kuitenkin rajallinen. Unkarilainen yritys Tungsram esitteli 1904 wolframi-hehkulangan, jolla saavutettiin pitkä käyttöikä ja se viimeisteli hehkulampun menestyksen valaisimissa.[4]

Ensimmäiset hehkulamput olivat kookkaita ja paksulasisia, mikä teki niistä kalliita. Kalliin hintansa vuoksi muun muassa Suomessa hehkulamppuja korjattiin.[5]

Pisimpään palanut hehkulamppu on palanut vuodesta 1901 asti. Lampun paksu hehkulanka selittää pitkän kestoiän.[6]

Ensimmäinen hehkulamppu Suomessa otettiin käyttöön Finlaysonin tehtaalla Tampereella vuonna 1882. Airam aloitti hehkulamppujen tuotannon vuonna 1925[7]. Hehkulamppu oli pitkään ainoa koti- ja toimistokäyttöön sopiva sähköinen valonlähde.

Verrattain alhaisen hyötysuhteen (n. 3–5 %) vuoksi hehkulampun ovat toisen maailmansodan jälkeen monin paikoin syrjäyttäneet sitä monta kertaa tehokkaammat loistelamput (hyötysuhde n. 10 %), joita myös energiansäästölamput ovat, sekä purkauslamput, joita käytetään ulkovaloissa, autojen ajovaloissa ja somistusvaloissa. Nämä korvikkeet eivät tosin pääse lähellekään hehkulampun tuottamaa luonnollista "mustan kappaleen säteilyn" spektrijakaumaa. 1990-luvulta lähtien myös loistediodit eli ledit ovat kehittyneet varteenotettaviksi valonlähteiksi valaisinkäyttöön, ja ne ovat vähentäneet hehkulamppujen käyttöä käsivalaisimissa, ajoneuvoissa ja liikennevaloissa. Sähkölaitteiden merkkivalolamppuina ledit ja hohtolamput ovat syrjäyttäneet hehkulampun lähes kokonaan.

Hehkulamppujen korvaaminen ja kieltäminen[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Pääartikkeli: Hehkulamppujen kielto

Hehkulamppujen korvaamista on harkittu useissa paikoissa niiden heikon energiatehokkuuden vuoksi. Kuubassa ja Venezuelassa on jaettu energiansäästölamppuja sähkön käytön vähentämiseksi ja Kaliforniassa ja Britanniassa on harkittu hehkulamppujen kieltämistä vuoteen 2009 tai 2012 mennessä.[8] Australia on jo ensimmäisenä maana maailmassa kieltänyt uusien hehkulamppujen myynnin. EU:n alueella kotitalouksien huonevalaistukseen tarkoitettujen yli 7 W hehkulamppujen valmistus ja maahantuonti on kielletty 1.9.2012 alkaen.[9][10] Irlanti siirtyi energiasäästölamppuihin ensimmäisenä maana Euroopassa. Irlanti on kieltänyt vanhat hehkulamput tammikuusta 2009. Vaihto säästää Irlannin sähkökustannuksissa 185 miljoonaa euroa vuodessa ja vähentää hiilidioksidipäästöjä 700 000 tonnia vuodessa.[11] Esim. Australiassa on arvioitu hiilidioksidipäästöjen laskevan yli 800 000 tonnia vuodessa, kun hehkulamput vaihdetaan energiaa säästäviin lamppuihin.[12][13] Suomessa ja muissa pohjoisissa maissa ilmastolliset olosuhteet kuitenkin vähentävät hehkulampun korvaamishyötyä, koska hehkulamppujen lämpöhukka tulee osittain hyödyksi lämmityksessä[14] ja loistelamppujen valaisuteho heikkenee alhaisissa lämpötiloissalähde? sekä toisaalta esimerkiksi monimetallilamput ja niiden vaatimat valaisimet ovat verrattain kalliita. Lisäksi hehkulampuilla on lukuisia erikoiskäyttökohteita, joihin korvaavien ratkaisujen kehittäminen on yhä kesken.

Rakenne[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Hehkulamppu koostuu ilmatiiviistä, yleisimmin päärynänmuotoisesta, lasisesta kuvusta, joka sulkee sisäänsä hehkulangan sekä johtimet, joiden väliin hehkulanka on ripustettu päistään. Kupu on joko kirkasta lasia tai pintakäsiteltyä. Yleisin pintakäsittelymenetelmä on syövyttää kuvun sisäpinta hapolla epätasaiseksi, jolloin hehkulanka ei näy lampun ulkopuolelta, ja valo on tasaisempi. Kupu voidaan myös opaloida, mutta tämä menetelmä absorboi valosta 5-15 %.[15]

Lampussa on tavallisimmin metallinen, messingistä tai alumiinista valmistettu kanta, joka on kiinnitetty lasikupuun kohdasta, jossa johtimet läpäisevät sen. Yleisin kantatyyppi on niin sanottu Edison-kanta, joka on ruuvimainen kierrekanta. Kierrekannassa lampun johtimista toinen on yhdistetty kannan kierteeseen ja toinen sen kärjessä sijaitsevaan kontaktinastaan.

Hehkulanka on volframia. Volframilla on metalleista korkein sulamispiste (3 410 °C), ja se säilyttää lujuutensa muita metalleja paremmin korkeissa lämpötiloissa: se ei löysty eikä sula ja pystyy tuottamaan hyvin kirkasta valoa. Lanka valmistetaan tietyn käyttöjännitteen (useimmiten 230 V) ja nimellispolttoiän mukaan.[15]

Lanka on yleensä kierretty spiraalin muotoiseksi ja tavallisimmissa lampuissa (15 W - 300 W) kaksoisspiraalin muotoon (ks. alempi kuva). Kaksoiskierteinen hehkulanka valmistetaan kiertämällä erittäin ohut volframilanka ensin ohuen kuparikaran ympärille, minkä jälkeen kara kierretään kertaalleen toisen kuparikaran päälle, minkä jälkeen karat syövytetään pois ja jäljelle jää kaksoiskierteinen volframilanka.

Johtimet valmistettiin aiemmin alumiinioksidilla dispersiolujitetusta kuparista,[16] mutta nykyään on siirrytty halvempaan kuparipäällysteiseen teräslankaan. Näiden materiaalien kuumalujuus on huomattavasti parempi kuin puhtaan kuparin, mutta sähkönjohtavuus pysyy yhä hyvänä.

Kupu voi olla tyhjiöity, kuten varhaisissa lampuissa, tai se on täytetty inertillä kaasulla tai kaasuseoksella, tavallisimmin typen ja argonin seoksella. Erikoislampuissa käytetään myös ominaisuuksiltaan parempia jalokaasuja, kryptonia ja ksenonia. Tyhjiöinnillä estetään kuuman hehkulangan hapettuminen ja täytekaasu myös hidastaa volframin höyrystymistä ja siitä johtuvaa hehkulangan ohenemista ja kuvun tummumista. Hapen kanssa kosketuksiin joutunut kuuma hehkulanka kirjaimellisesti palaa keltaisella liekillä volframitrioksidiksi jättäen jälkeensä valkoista savua.[17]

Lampun tuottaman valon spektriin voidaan vaikuttaa seostamalla lampun lasiin jotakin metallia, esimerkiksi neodyymioksidia. Täytekaasulla ei ole suoraa vaikutusta valon värilämpötilaan ja sen kautta koettuun valon sävyyn.

Toiminta[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

200 W tehoisen hehkulampun hehkulanka voimakkaasti suurennettuna. Kierretty lanka on kertaalleen kierretty hyvin ohuesta volframilangasta, joka siten muodostaa kaksoiskierteen.

Tavallisista hehkulampuista saadaan kellertävää valoa, jonka värilämpötila on noin 2 700 K. Hehkulampun valo saadaan aikaan johtamalla sähkövirta hehkulankaa pitkin, jolloin se lämpenee 2 650 - 2 750 K:n lämpötilaan.[15] Koska lanka on hyvin ohut ja pitkä, sen resistanssi on suuri. Langan kuumetessa volframin resistanssi myös nousee entisestään. Hehkulanka toimii siis vastuksena ja kuumetessaan alkaa hehkua sähkövirran kulkiessa sen lävitse. Langan kuumentuessa metalliatomien lämpöliike voimistuu, ja atomit virittyvät. Kun jonkin atomin viritystila purkautuu, syntyy valokvantti.

Hehkulampun toiminnan päättyminen, "palaminen" ehjän lasikuvun sisällä, ei johdu hapen ja hehkuvan metallin välisestä reaktiosta vaan hehkulangan katkeamisesta, joka aiheutuu hehkulangan höyrystymisestä jota tapahtuu aina langan hehkuessa. Hehkulangan ohuemmat kohdat kuumenevat enemmän kuin paksummat, jolloin niistä haihtuu enemmän metallia, mikä ohentaa niitä entisestään. Seurauksena on lopulta langan katkeaminen. Katkeamiseen voi vaikuttaa myös energiatilan muutos: yleisimmin hehkulanka katkeaa valoa sytyttäessä tai sammuttaessa. Lanka katkeaa myös lampun lasikuvun särkyessä, jolloin suojakaasu karkaa ja langalle pääsee happea, joka polttaa hehkuvan langan poikki.

Käyttö[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Hehkuva hehkulamppu.

Hehkulamppu ja halogeenilamppu ovat kuitenkin kotikäytössä edelleen yleisiä pienen kokonsa, teknisen yksinkertaisuutensa ja muihin lamppuihin verrattuna edullisen hankintahintansa vuoksi. Lisäksi hehkulampun värintoistoindeksi on erinomainen eikä sen valo välky, joten sillä on käyttöä kuvausvalona, varsinkin kun värintoistokyvyltään ja valon vakaudeltaan vastaavat purkauslamput ovat edelleen huomattavasti kalliimpia.

Käyttöikä[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Hehkulampun käyttöikä on vuosien saatossa vaihdellut. 1900-luvun alussa hehkulamppujen käyttöiän ylpeästi mainostettiin olevan 1500, 2000 tai jopa 2500 tuntia kuluttajille suunnatuissa lampuissa. Nykyään käyttöikä on harvemmin yli 2000 tuntia samaisessa ryhmässä. Tähän on johtanut 1920-luvulla syntynyt kartelli, jonka tehtävänä oli rajoittaa hehkulampun käyttöikä enimmillään 1000 tuntiin. Hehkulampulle on haettu patentteja, jotka toteutuessaan saisivat hehkulampun kestämään 100000 tuntia (~11,5 vuotta yhtäjaksoista palamista).[18] Hehkulampun kestoiän kasvattaminen heikentää lampun valotehoa ja tekee valosta punertavampaa. Koska lampun käyttökustannuksista suurin osa muodostuu sähköstä on noin tuhannen tunnin kesto kuluttajalle edullisin.

Katso myös[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  1. Chaline, Eric: 50 konetta, jotka muuttivat maailmaa (50 Machines that Changed the Course of History), s. 95. Quid Publishing, (suom. versio Moreeni 2013), 2012. ISBN 978-952-254-160-4. Suomi
  2. Bryson, Bill: Sisään! Lyhyt historia lähes kaikesta kotona, s. 146-147. WSOY, Eng. kielinen 2010, suom 2011. ISBN 978-951-0-36967-8.
  3. Bryson, Bill: ”148-149”, Sisään! Lyhyt historia lähes kaikesta kotona. WSOY, Eng, kielinen 2010, suom 2011. ISBN 978-951-0-36967-8.
  4. Chaline, Eric: 50 konetta, jotka muuttivat maailmaa (50 Machines that Changed the Course of History), s. 96. Quid Publishing, (suom. versio Moreeni 2013), 2012. ISBN 978-952-254-160-4. Suomi
  5. Eino Lampi: "Muisteluja Airamilta." 1985. Viitattu 3.1.2011.
  6. "Livemore's Centennial Light." www.centennialbulb.org. Viitattu 3.1.2011. (englanniksi)
  7. Airam taustaa, Airam
  8. Kuuba säästää sähköä vaihtamalla lamput, Helsingin Sanomat 6.1.2007 B3
  9. Hehkulamput poistuvat myynnistä YLE:n verkkosivut
  10. [1] YLE uutinen 1.9.2012
  11. Ireland goes green with light bulb rules and car tax Reuters 6.12.2007
  12. Chavez says Cuba-inspired light bulb giveaway program will mean energy savings International Herald Tribune. Viitattu 06.02.2007.
  13. Lights out for light bulbs in California? PhysOrg.com. Viitattu 3.5.2008.
  14. Kodin hankinnat: Energiansäästölamppu Motiva.fi. 11. helmikuuta 2008. Motiva. Viitattu 7.6.2008.
  15. a b c ”1.2.1”, Lamput ja valaisimet, s. 17. Espoo: Suomen Sähkö- ja teleurakoitsijaliitto ry, Suomen Valoteknillinen Seura ry, 1998.
  16. Technical data sheet, strengthened copper GlidCop AL-15 Spotwelding Consultants, Inc.. Viitattu 11.02.2007.
  17. Randall Noon: ”Interpreting Lamp Filament Damages”, Forensic Engineering Investigation, s. 353. CRC Press, 2001. ISBN 0849309115. Englanti
  18. YLE Ykkösdokumentti: Hehkulamppuhuijaus 13.3.2011, Referaatti ohjelmasta

Aiheesta muualla[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]