Žárovky a žárovičky 
Žárovka je
zařízení, které ke svícení využívá tepelných účinků elektrického proudu.
Prochází-li proud vodičem žárovky, vodič se zahřívá, protože má nějaký elektrický odpor. Zahřátá tělesa svítí, přičemž barva vyzařovaného světla závisí na teplotě tělesa. Nejnižší teplotu mají tělesa zářící červeně, kolem 600ºC.
Žárovka se skládá ze skleněné baňky, objímky a wolframového vlákna, které je slabší než lidský vlas a dlouhé asi tři čtvrtiny metru. Je namotáno v miniaturních spirálkách. Toto vlákno má odpor řádově sto ohmů a když jím prochází proud, rozžhaví se na teplotu kolem 2500ºC. Neshoří díky tomu, že v baňce není přítomen kyslík, který je k hoření třeba. Místo toho tu jsou přítomny vzácné plyny.
Žárovka je ovšem značně nehospodárná. Na světlo se přemění tak 4% elektrické energie, zbylých 96% se změní na teplo. Světlo žárovky je podobné dennímu světlu a tak příliš nenamáhá zrak.
Prvním světelným zdrojem, který se člověk naučil používat, byl oheň. Používal se sice velmi dlouho, ovšem ohniště není vydatným zdrojem světla a tak lidé vymysleli louč - vybírali vhodné suché větve, natírali je pryskyřicí a napouštěli tukem. Vrcholem tohoto typu svítidel byly smolnice a pochodně, běžně používané ještě ve středověku. Asi od 1. stol. př. n. l. se používají svíčky. Nejvhodnější ale také nejdražší byly voskové. Dnes se svíčky vyrábějí většinou ze směsi stearinu a parafinu s knotem z bavlněného pletiva. Zde je vhodné uvést, že to, co hoří a svítí, není knot, ale plyny vzniklé vypařením obalu svíčky. Knot slouží pouze jako kapilára, která vzlínavostí přivádí zkapalněné “palivo”. Potíž byla v tom, že knot ubýval pomaleji než obal svíčky a bylo ho nutno zkracovat. Teprve po tisíci letech existence svíčky - v roce 1834 - byl vynalezen knot, který uměl dokonale shořet. Daleko rozšířenější a i levnější byly olejové kahany. V téměř nezměněné podobě vydržely několik tisíc let.
Antický hliněný kahan
Když se rozšířilo posouvání knotu (známé už v antice) a použití skleněného cylindru, byl už je krůček k petrolejové lampě. Ten krůček byl učiněn roku 1855 a brzy potom byla olejová lampa zcela vytlačena. “Petrolejky” se rychle rozšířily hlavně proto, že petrolej je mnohem vhodnějším svítidlem než olej. Přesto se svítilo např. i benzínem, i když jen zřídka. Výjimku zde tvoří tzv. “Davyův důlní bezpečnostní kahan”. Sir Humphry Davy vymyslel tento kahan pro práci v dolech s ovzduším obsahujícím často třaskavou směs plynů. Vyřešil to tím, že plamen benzínové lampy oddělil od okolního vzduchu hustou kovovou síťkou, jejímž průchodem se spálené plyny natolik ochladí, že již nemohou zapálit plyny v ovduší. Ke cti vynálezce slouží, že si svůj vynález nikdy nenechal patentovat . . .
Klasická stolní petrolejka
Přes své nesporné výhody petrolejka postupně ztrácela své dominantní postavení. Začalo to v dobách, kdy se hlásil o světlo světa jiný vynález: automobil. Bylo potřeba nalézt světelný zdroj, který by umožnil cestování i v noci. Dosavadní lampy stačily tak pro kočáry nebo fiakry. A tak se zrodilo světlo acetylénové. Acetylén vzniká při reakci karbidu vápníku s vodou. Hoří velmi jasným plamenem a jeho výroba je velmi jednoduchá: stačí polít karbid vápníku vodou. Bohužel také snadno vybuchuje. Přesto v hornictví “karbidky” přežily polovinu tohoto století. Dnes se s acetylenem můžeme setkat už jen při svařování či pájení. Skutečný rozvoj plynového osvětlení umožnila až výroba svítiplynu (ze dřeva nebo černého uhlí). Nezávisle na sobě se zde objevují dvě jména: William Murdock a Philippe Lebon. Mudrock, britský inženýr a vynálezce (spolupracovník Jamese Watta), vynalezl osvětlování svítiplynem už v roce 1792 a později se stal otcem plynového osvětlování v Anglii. Lebon, francouzský chemik, obdržel patent na plynovou svítilnu “až” roku 1799. Svůj patent přežil o pouhých 5 let: roku 1804 byl při přípravě osvětlení k Napoleonově korunovaci zavražděn 13 ranami dýkou. Plynové osvětlení mělo dvě zásadní výhody: nepotřebovalo knot a z jednoho zdroje bylo možno rozsvítit velký počet svítidel. Jedna velká nevýhoda však zůstávala stále: každé svítidlo bylo potřeba rozsvítit a zhasnout. Navíc se s průběhem let dral kupředu nový zdroj energie - elektřina. Plynové osvětlení už mohlo spasit jen něco velikého, zásadního. Tím mužem, který se tohoto úkolu dokonale zhostil byl rakouský chemik Carl Auer, baron von Welsbach a ta zásadní novinka byla tzv. žárová punčoška. Auerova “punčoška”, obsahující oxidy ceru a thoria, se “nasadila na plamen” a rozžhavila. Nesvítilo se už tedy přímo plamenem ale rozžhavenou punčoškou. Plynové lampy přežily svou smrt . . .
Plynová svítilna se dvěma hořáky s punčoškami
Již dříve zmíněný chemik Davy při svých pokusech objevil, že platinový drátek, kterým prochází elektrický proud, se rozžhaví a svítí. Později zjistil, že mezi dvěma hroty zuhelnatělého dřeva (jinými slovy uhlíkovými elektrodami) vznikne po zavedení elektrického proudu oblouk, který rovněž svítí. Na jejich realizaci však bylo ještě brzo. Zejména bylo nutno nejprve najít vhodný materiál na elektrody a zejména bylo nutno zajistit stálou vzdálenost obou konců elektrod, mezi nimiž hořel oblouk. Jako první tyto podmínky splnil francouzský fyzik Jean Bernard Léon Foucault, člen francouzské Akademie věd a Královské společnosti v Londýně. Elektrody byly uspořádány v jedné ose a jejich posuv zajišťovalo poměrně složité zařízení. Stejný problém vyřešil o něco později, ale mnohem elegantněji, ruský vojenský inženýr, žijící ve Francii, Pavel Nikolajevič Jabločkov: umístil obě elektrody paralelně vedle sebe do optimální vzdálenosti (tu zaručoval hořlavý izolant mezi elektrodami). Elektrody hořením ubývaly ale předem nastavená vzdálenost byla stále stejná: bez složité regulace, bez složitého zařízení. Na pozdějším zdokonalování “obloukovek” se podílelo mnoho dalších vynálezců. Byl mezi nimi i největší český elektrotechnik František Křižík, který za zdokonalený typ obloukové lampy se solenoidem obdržel na výstavě v Paříži roku 1881 první cenu. Obloukové lampy však stále měly jednu velkou nevýhodu: poměrně krátká životnost elektrod. Tu se modernější konstrukcí sice podařilo odstranit, ale to už tu byl nový konkurent: žárovka.
Oblouková lampa Křižík-Piette
Jako její vynálezce bývá často označován - zejména v různých encyklopediích - Thomas Alva Edison. Je však jisté, že žárovky existovaly už před Edisonem. Např. německý hodinář H. Goebel, který sestrojil žárovku s uhlíkovým vláknem ve vzduchoprázdné skleněné baňce a používal ji k reklamě na střeše svého domku v New Yorku. Edisonova zásluha spočívá “pouze” v tom, že z žárovky udělal nejrozšířenější praktické osvětlovací zařízení.
Edison ve své laboratoři
Stejně jako u ostatních, i u Edisona bylo hlavním problémem nalezení vhodného materiálu pro vlákno žárovky. Edison nikdy nebyl vědecký pracovník, matematiku nenáviděl. Ke svým výsledkům docházel cestou mnohých - a často zcela náhodných - pokusů. Stejně tomu bylo i s hledáním materiálu pro vlákno. Po mnoha pokusech padla volba na bavlnu. na několikerý pokus se křehké zuhelnatělé vlákno podařilo upevnit do skleněné baňky, vyčerpat vzduch a zatavit. Po zapojení elektrického proudu žárovka svítila plných 45 hodin: to bylo 21. a 22. října 1879. Aby prodloužil životnost žárovky, zuhelňoval v dalších pokusech Edison co mu přišlo do ruky. Po 6 000 pokusech se jako nejvhodnější ukázal bambus. V roce 1881 se už parník (!) Columbia rozzářil světlem 350 žárovek.
Edisonova dvouvláknová žárovka
Tyto Edisonovy žárovky měly životnost 300 hodin, později se jejich životnost zvýšila na 600 hodin.
Dnešní žárovky mají životnost asi 1 000 hodin a několikanásobně vyšší světelnou účinnost. Není však v nich už použito uhlíkové vlákno, ale většinou vlákno wolframové: tři čtvrtě metru vlákna tenčího než čtvrtina tloušťky lidského vlasu. Také vakuum v baňce bylo nahrazeno: nejdříve dusíkem, dnes nejčastěji 88% argonu a 12% dusíku. Z Edisona zůstal jen závit na patici . . .
Přes veškerá vylepšení jsou i dnešní žárovky velmi nehospodárné: celých 95% dodané energie se promění v teplo, pouhých 5% se přemění na světlo. Poněkud úspornější jsou tzv. halogenové žárovky, tj. žárovky plněné plynem s příměsí určitého množství halogenů (např. jodu). Jejich použití je však omezené (motorová vozidla).
|
. |