Hehkulamppu
Hehkulamppu on Heinrich Göbelin keksimä ja Thomas Alva Edisonin sittemmin kehittelemä sähkölaite, joka tuottaa valoa sähkövirrasta.
Sisällysluettelo |
[muokkaa] Ensimmäiset hehkulamput
Ensimmäiset hehkulamput olivat kookkaita ja paksulasisia, mikä teki niistä kalliita. Kalliin hintansa vuoksi muun muassa Suomessa hehkulamppuja korjattiin.[1]
Hehkulankana käytettiin aluksi hiililankaa, mutta 1900-luvun alusta tavallisin hehkulankamateriaali on ollut volframi. Pisimpään palanut hehkulamppu on palanut vuodesta 1901 asti. Lampun paksu hehkulanka selittää pitkän kestoiän.[2]
[muokkaa] Rakenne
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 %.[3]
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.[3]
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,[4] 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.[5]
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.
[muokkaa] Toiminta
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 lämpötilaan.[3] 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.
[muokkaa] Käyttö
Ensimmäinen hehkulamppu Suomessa otettiin käyttöön Finlaysonin tehtaalla Tampereella vuonna 1882. Airam aloitti hehkulamppujen tuotannon vuonna 1925. 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.
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.
[muokkaa] Hehkulamppujen korvaaminen ja kieltäminen
-
Pääartikkeli: Hehkulamppujen kielto
Hehkulamppujen käytön 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.[6] Australia on jo ensimmäisenä maana maailmassa kieltänyt uusien hehkulamppujen myynnin. EU kieltää alueellaan kotitalouksien huonevalaistukseen tarkoitettujen yli 7 W hehkulamppujen myynnin vaiheittain vuoteen 2012 mennessä.[7] Irlanti siirtyy 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.[8] Esim. Australiassa on arvioitu hiilidioksidipäästöjen laskevan yli 800 000 tonnia vuodessa, kun hehkulamput vaihdetaan energiaa säästäviin lamppuihin.[9][10] Suomessa ja muissa pohjoisissa maissa ilmastolliset olosuhteet kuitenkin vähentävät hehkulampun korvaamishyötyä, koska hehkulamppujen lämpöhukka tulee osittain hyödyksi lämmityksessä[11] 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.
[muokkaa] Halogeenilamppu
Halogeenilamput ovat tavallisiin hehkulamppuihin nähden pitkäikäisempiä, energiatehokkaampia ja siten valaisuteholtaan parempia. Halogeenilampun suojakupu on täytetty tavanomaisen hehkulampun tavoin inerteillä kaasuilla, joita on täydennetty halogeeneilla, tavallisimmin jodi- tai bromikaasulla. Kuumasta hehkulangasta haihtunut volframi reagoi kaasuuntuneen halogeenin kanssa ja kiinnittyy takaisin langan kuumimpiin osiin. Tämä mahdollistaa hehkulangan lämpötilan nostamisen korkeammaksi kuin tavallisella hehkulampulla. Kuumempi hehkulanka lisää hyötysuhdetta ja nostaa valon värilämpötilaa. Halogeenilampun lasikupu ei siten myöskään tummu yhtä nopeasti hehkulangasta haihtuvan volframin vaikutuksesta. Volframin kiertokulku edellyttää, että lampun - mukaan lukien lasikuvun - lämpötila on käytön aikana riittävän korkea. Tästä syystä halogeenilamppujen kuvut ovat pienikokoisia ja lampun himmentäminen - päinvastoin kuin tavallisissa hehkulampuissa - lyhentää sen elinikää. Halogeenilamppujen kupu on kvartsilasia, joka läpäisee ultraviolettisäteilyä. Osassa halogeenilampuista kupu sisältää ultraviolettisuodattimen, mutta useissa halogeenilamppua käyttävässä valaisimessa on erityinen suodinlasi. Valotehokkuudeltaan parhaissa halogeenilampuissa lasikuvun pinta on päällystetty infrapunasäteilyä heijastavalla pinnoitteella. Pinnoite heijastaa lämpösäteilyä takaisin hehkulankaan ja näin mahdollistaa hehkulangan lämmittämisen pienemmällä sähköteholla.
Markkinoilla on sekä muuntajan vaativia, pienoisjännitteellä toimivia, että verkkojännitteellä toimivia halogeenilamppuja. Halogeenilamppu syttyy yhtä nopeasti kuin hehkulamppu ja se on täysin kirkas heti syttymisen jälkeen - myös kylmässä (toisin kuin tavallisimmat energiansäästölamput). Halogeenilampun käyttöikä saattaa olla jopa viisinkertainen hehkulamppuun verrattuna ja energiankulutus 30 prosenttia alhaisempi, kuin vastaavan valon tuottavalla hehkulampulla.[12]
[muokkaa] Käyttöikä
Hehkulampun käyttöikä on vuosien saatossa vaihdellut. 1900-luvun alussa hehkulammpujen 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 maksimissaan 1000 tuntiin. Hehkulampulle on haettu patentteja, jotka toteutuessaan saisivat hehkulampun kestämään 100000 tuntia (~11,5 vuotta yhtäjaksoista palamista). [13]
[muokkaa] Lähteet
- ↑ Eino Lampi: "Muisteluja Airamilta." 1985. Viitattu 3.1.2011.
- ↑ "Livemore's Centennial Light." www.centennialbulb.org. Viitattu 3.1.2011. (englanniksi)
- ↑ a b c ”1.2.1”, Lamput ja valaisimet, s. 17. Espoo: Suomen Sähkö- ja teleurakoitsijaliitto ry, Suomen Valoteknillinen Seura ry, 1998.
- ↑ Technical data sheet, strengthened copper GlidCop AL-15 Spotwelding Consultants, Inc.. Viitattu 11.02.2007.
- ↑ Randall Noon: ”Interpreting Lamp Filament Damages”, Forensic Engineering Investigation, s. 353. CRC Press, 2001. ISBN 0849309115. Englanti
- ↑ Kuuba säästää sähköä vaihtamalla lamput, Helsingin Sanomat 6.1.2007 B3
- ↑ Hehkulamput poistuvat myynnistä YLE:n verkkosivut
- ↑ Ireland goes green with light bulb rules and car tax Reuters 6.12.2007
- ↑ Chavez says Cuba-inspired light bulb giveaway program will mean energy savings International Herald Tribune. Viitattu 06.02.2007.
- ↑ Lights out for light bulbs in California? PhysOrg.com. Viitattu 3.5.2008.
- ↑ Kodin hankinnat: Energiansäästölamppu Motiva.fi. 11. helmikuuta 2008. Motiva. Viitattu 7.6.2008.
- ↑ http://www.osram.fi/osram_fi/Consumer/Home_Lighting/Halogen_lamps/Why_halogen_lamps/index.html
- ↑ YLE Ykkösdokumentti: Hehkulamppuhuijaus 13.3.2011, Referaatti ohjelmasta]
[muokkaa] Aiheesta muualla
Kuvia tai muita tiedostoja aiheesta hehkulamppu Wikimedia Commonsissa
Kuvia tai muita tiedostoja aiheesta | Luonnollinen | Luminesenssi - Taivaankappaleet - Salama - Tuli |
| Palaminen | Kynttilä - Lyhty - Kalkkivalo - Kaasuvalaistus - Kerosiinilamppu - Öljylamppu - Tilley-lamppu |
| Hehkuminen | Hehkulamppu - Halogeenilamppu - Nernst-lamppu - PAR-lamppu |
| Fluoresenssi | Loistevalaisin - Energiansäästölamppu - Induktiolamppu |
| Valokaari | Kaarilamppu - Jablotškovin kynttilä |
| Kaasupurkauslamppu | Suurpainenatriumlamppu - Pienpainenatriumlamppu - Monimetallilamppu - Elohopeahöyrylamppu - Ksenonlamppu - Neonlamppu |
| Muut | hohtodiodi (LED) - Rikkiplasmalamppu - Plasmapallo |
