Nhược điểm của đèn sợi đốt như một nguồn sáng
Đối với tất cả các ưu điểm của chúng, tất cả các đèn sợi đốt, bắt đầu bằng chân không với dây tóc carbon và kết thúc bằng loại chứa đầy khí vonfram, có hai nhược điểm quan trọng là nguồn sáng:
- hiệu quả thấp, tức là hiệu quả thấp của bức xạ khả kiến trên một đơn vị dưới cùng một công suất;
- một sự khác biệt lớn trong sự phân bố phổ năng lượng từ ánh sáng tự nhiên (ánh sáng mặt trời và ánh sáng ban ngày khuếch tán), được đặc trưng bởi bức xạ khả kiến sóng ngắn kém và ưu thế của sóng dài.
Tình huống đầu tiên làm cho việc sử dụng đèn sợi đốt không có lợi từ quan điểm kinh tế, tình huống thứ hai - có hậu quả là làm biến dạng màu sắc của vật thể. Cả hai nhược điểm đều do cùng một hoàn cảnh gây ra: thu được bức xạ bằng cách nung nóng chất rắn ở nhiệt độ nung nóng tương đối thấp.
Không thể điều chỉnh sự phân bố năng lượng trong quang phổ của đèn sợi đốt, theo nghĩa là sự hội tụ đáng kể của nó với sự phân bố trong quang phổ mặt trời, vì điểm nóng chảy của vonfram là khoảng 3700 ° K.
Nhưng ngay cả khi nhiệt độ làm việc của thân dây tóc tăng nhẹ, chẳng hạn như từ nhiệt độ màu 2800 ° K lên 3000 ° K, dẫn đến tuổi thọ của đèn giảm đáng kể (từ khoảng 1000 giờ xuống 100 giờ) do để tăng tốc đáng kể quá trình bay hơi vonfram.
Sự bay hơi này chủ yếu dẫn đến việc bóng đèn có lớp phủ vonfram bị đen và do đó, làm mất ánh sáng phát ra từ bóng đèn và cuối cùng là đốt cháy dây tóc.
Nhiệt độ hoạt động thấp của vỏ dây tóc cũng là nguyên nhân dẫn đến lượng ánh sáng yếu và hiệu suất thấp của đèn sợi đốt.
Sự hiện diện của chất làm đầy khí, làm giảm sự bay hơi của vonfram, giúp tăng nhẹ phần năng lượng phát ra trong quang phổ khả kiến do tăng nhiệt độ màu. Việc sử dụng các dây tóc cuộn lại và đổ đầy khí nặng hơn (krypton, xenon) cho phép tăng thêm một chút tỷ lệ bức xạ rơi vào vùng khả kiến, nhưng chỉ được đo bằng một vài phần trăm.
Tiết kiệm nhất, tức là có hiệu suất phát sáng cao nhất, sẽ là nguồn biến đổi toàn bộ công suất đầu vào thành bức xạ có bước sóng đó. Hiệu suất phát sáng của một nguồn như vậy, nghĩa là tỷ lệ giữa quang thông do nó tạo ra với quang thông tối đa có thể có ở cùng một công suất đầu vào, bằng đơn vị. Hóa ra công suất ánh sáng tối đa là 621 lm / W.
Từ đó, rõ ràng là hiệu suất ánh sáng của đèn sợi đốt sẽ thấp hơn đáng kể so với các con số đặc trưng cho bức xạ khả kiến (7,7 — 15 lm / W).Các giá trị tương ứng có thể được tìm thấy bằng cách chia công suất phát sáng của đèn cho công suất phát sáng của nguồn có hiệu suất phát sáng bằng đơn vị. Kết quả là, chúng tôi nhận được hiệu suất ánh sáng là 1,24% đối với đèn chân không và 2,5% đối với đèn chứa đầy khí.
Một cách triệt để để cải thiện đèn sợi đốt là tìm vật liệu thân dây tóc có thể hoạt động ở nhiệt độ cao hơn đáng kể so với vonfram.
Điều này sẽ làm tăng hiệu quả và cải thiện sắc độ phát xạ của chúng. Tuy nhiên, việc tìm kiếm các vật liệu như vậy đã không thành công, do đó các nguồn sáng tiết kiệm hơn với sự phân bố quang phổ tốt hơn được chế tạo dựa trên một cơ chế hoàn toàn khác để chuyển đổi năng lượng điện thành ánh sáng.
Một nhược điểm khác của đèn sợi đốt:
Tại sao đèn sợi đốt thường bị cháy nhất khi bật
Mặc dù ưu việt về tính kinh tế nhưng chưa có loại đèn phóng điện khí nào chứng minh được khả năng thay thế đèn sợi đốt để chiếu sáng, ngoại trừ đèn huỳnh quang… Nguyên nhân là do thành phần quang phổ của bức xạ không đạt yêu cầu, làm biến dạng hoàn toàn màu sắc của các vật thể.
Đèn cao áp dùng khí trơ có hiệu suất phát sáng cao, một ví dụ điển hình là đèn natri, có hiệu suất phát sáng cao nhất trong tất cả các loại đèn phóng điện khí, kể cả đèn huỳnh quang. Hiệu quả cao của nó là do gần như toàn bộ năng lượng đầu vào được chuyển thành bức xạ khả kiến.Sự phóng điện trong hơi natri chỉ phát ra màu vàng trong phần nhìn thấy được của quang phổ; do đó, khi được chiếu sáng bằng đèn natri, tất cả các vật thể đều có vẻ ngoài hoàn toàn không tự nhiên.
Tất cả các màu khác nhau nằm trong khoảng từ vàng (trắng) đến đen (một bề mặt có bất kỳ màu nào không phản chiếu tia vàng). Loại ánh sáng này cực kỳ khó chịu cho mắt.
Do đó, các nguồn sáng phóng điện khí, thông qua chính phương pháp tạo ra bức xạ (kích thích từng nguyên tử), hóa ra, xét về đặc tính của mắt người, là một khiếm khuyết cơ bản bao gồm cấu trúc tuyến tính của quang phổ.
Nhược điểm này không thể khắc phục hoàn toàn bằng cách sử dụng trực tiếp phóng điện làm nguồn sáng. Một giải pháp thỏa đáng đã được tìm thấy khi bit chỉ được cung cấp chức năng kích thích phát sáng của phốt pho (đèn huỳnh quang).
So với đèn sợi đốt, đèn huỳnh quang có một đặc tính bất lợi là quang thông dao động mạnh khi hoạt động trên dòng điện xoay chiều.
Lý do cho điều này là quán tính phát sáng của phốt pho thấp hơn đáng kể so với quán tính của dây tóc của đèn sợi đốt, do đó ở bất kỳ điện áp nào đi qua 0, dẫn đến chấm dứt phóng điện, phốt pho quản lý để mất đi một phần đáng kể độ sáng của nó trước khi phóng điện theo hướng ngược lại xảy ra. Hóa ra những dao động trong quang thông của đèn huỳnh quang vượt quá 10 - 20 lần.
Hiện tượng không mong muốn này có thể được làm yếu đi rất nhiều bằng cách bật hai đèn huỳnh quang liền kề sao cho điện áp của một trong số chúng trễ hơn điện áp của đèn thứ hai một phần tư chu kỳ.Điều này đạt được bằng cách bao gồm một tụ điện trong mạch của một trong các đèn, tạo ra sự lệch pha mong muốn. Sử dụng một container đồng thời cải thiện và Hệ số công suất toàn bộ cài đặt.
Kết quả thậm chí còn tốt hơn khi chuyển đổi với sự thay đổi pha của ba và bốn đèn. Với ba đèn, bạn cũng có thể giảm dao động của luồng ánh sáng bằng cách bật chúng theo ba giai đoạn.
Mặc dù có một số khuyết điểm đã nêu ở trên, đèn huỳnh quang do hiệu suất cao đã trở nên phổ biến và có thời điểm, ở dạng thiết kế đèn huỳnh quang compact, đèn sợi đốt đã được thay thế ở khắp mọi nơi. Nhưng thời đại của những chiếc đèn này cũng đã qua.
Hiện nay, nguồn sáng LED được sử dụng chủ yếu trong chiếu sáng điện:
Thiết bị và nguyên lý hoạt động của đèn LED