Brakujące ogniwo
Jak powstaje światło elektryczne?
Założony przez:
2009-08-19 16:55:03
W temacie tym znajdziecie najważniejsze informacje o świetle i sposobie jego powstawania oraz zasadzie działania najpowszechniej stosowanych lamp elektrycznych. Odpowiadając na pytanie w quizie dowiecie się natomiast kilka faktów dotyczących historii odkrycia żarówki.

 
Światłem nazywamy część promieniowania elektromagnetycznego, zwanego promieniowaniem optycznym, a więc tak zwane światło widzialne oraz sąsiednie jego zakresy (już niewidzialne dla ludzkiego oka) - czyli ultrafiolet i podczerwień. W dzień światło jest dostarczane w nadmiarze przez słońce. W nocy jednak musimy stosować sztuczne źródła światła, z których najbardziej powszechne są lampy elektryczne. W lampach tych część dostarczanej energii elektrycznej jest przekształcana w światło widzialne. W zwykłych żarówkach w ten sposób wykorzystywane jest tylko ok. 5 % energii, reszta energii wydzielana jest w postaci ciepła.
 
W lampach żarowych elementem świecącym jest żarnik, wykonany z cienkiego drutu wolframowego (wykonanego w postaci skrętki), który na skutek przepływu prądu rozgrzewa się do wysokiej temperatury.  Wynika to z tego, że wolfram  ma duży opór elektryczny i przepływające przez niego elektrony są silnie wyhamowywane, powodując wzrost temperatury. W efekcie rozżarzony drucik świeci jasnym płomieniem. Światło w rzeczywistości stanowią fotony stanowiące nadmiar energii emitowanej podczas przechodzenia elektronów krążących wokół jądra danego atomu ze stanu wzbudzonego na niższy poziom energetyczny (bliższy jądru atomu). Wzbudzenie elektronów jest tutaj efektem nieustannych drgań i zderzeń atomów wolframu, których gwałtowność wzrasta wraz ze zwiększeniem się temperatury. Efektem ubocznym wysokiej temperatury jest też parowanie wolframu, tworzenie się przewężeń drutu, zwiększone jego nagrzewanie się w miejscu przewężenia i w końcu przepalanie się żarnika.
  
W celu zmniejszenia szybkości parowania wolframu do wnętrza bańki żarówki zamiast próżni wprowadza się gaz obojętny, którym jest najczęściej argon z domieszką azotu. W droższych żarówkach stosuje się gazy o mniejszym przewodnictwie cieplnym – krypton (żarówka kryptonowa) i ksenon (żarówka ksenonowa), przez co ogranicza się straty energii i zwiększa skuteczność świetlną.
 
Skuteczność ta jest jeszcze większa w żarówkach halogenowych, w których do wnętrza bańki wprowadzony jest, oprócz gazu obojętnego, halogen (najczęściej jod). Halogen ten tworzy związek chemiczny z parami wolframu występującymi w bańce i osadzonymi na ściankach bańki. Krążąc wraz z gazem w bańce, związek ten w wysokiej temperaturze panującej blisko żarnika rozpada się na wolfram i jod. W ten sposób następuje przenoszenie cząstek wyparowanego wolframu z bańki z powrotem na żarnik, który przez to może pracować w znacznie wyższej temperaturze i mocniej świecić.
 
Dużo wyższą sprawnością w stosunku do lamp żarowych cechują się lampy wyładowcze i lampy LED. Lampa wyładowcza świeci w wyniku wyładowania elektrycznego zachodzącego w parach metali (najczęściej rtęci) lub gazów (zwykle argonu lub neonu). W lampach fluorescencyjnych (świetlówkach) bańka lampy jest pokryta luminoforem, czyli specjalną farbą, która zamienia niewidzialne promieniowanie ultrafioletowe na światło widzialne. Świetlówki kompaktowe o kilka razy mniejszej mocy w stosunku do standardowych żarówek dają porównywalną do nich ilość światła, przez co stanowią dla nich doskonały zamiennik przynoszący znaczne oszczędności w zużyciu energii elektrycznej. Z kolei różnokolorowe lampy LED, wykorzystujące diody wysokiej jasności, są najczęściej stosowane dekoracyjnie, w tablicach synoptycznych i rozdzielczych oraz w niektórych telewizorach LCD do podświetlania ekranu. Możliwe jest też stosowanie żarówek LED do oświetlenia pomieszczeń, pomimo że są one jeszcze stosunkowo drogie i nie każdemu odpowiada kolor dawanego przez nich światła. Nie mniej jednak to one zaczynają już zajmować miejsce na rynku oświetleniowym tradycyjnych żarówek żarnikowych, stopniowo wycofywanych ze sprzedaży.
 
Zapraszamy do dyskusji na ten temat i dodawania swoich prac!
 
Materiały źródłowe:
Gaszyński L.: Z prądem i o prądzie. Młodzieżowa Agencja Wydawnicza, Warszawa 1981.
Płochocki Z.: Co to jest światło? Wyd. Komunikacji i Łączności, Warszawa 1987.
Wikipedia
  
Warto też zaglądnąć do tematów:
- Skąd się bierze prąd w bateriach?
- Skąd się bierze prąd w gniazdkach elektrycznych?
- Jak zaobserwować elektromagnetyzm?
- Jak działa elektrownia i ciepłownia słoneczna?
- Czy światło może być ostre jak brzytwa?
- Co to jest światłowód?
- Jak zaobserwować dyfrakcję i rozszczepienie światła? 
- Jak można nieźle zamieszać ...kolorami? 
- Jak działa szkło powiększające?
 
Następny temat
Aktywności
Quiz
Brak quizów
Krzyżówka
Labirynt
Brak labiryntów
Układanka
Brak układanek
Porozmawiajmy
Brak wypowiedzi
O klubie
Ten klub jest dla wszystkich miłośników nowoczesnych technologii, rozwiązywania różnych zagadek i konstruowania ciekawych konstrukcji (przykładowo z klocków LEGO). Zapraszamy do zabawy!
Gospodarz:
Współgospodarze: