光源としての白熱灯の欠点
カーボン フィラメントを使用した真空からタングステン ガスを充填した白熱ランプに至るまで、すべての白熱ランプにはさまざまな利点がありますが、光源として 2 つの重要な欠点があります。
- 効率が低い、つまり同じ出力の下でユニットあたりの可視放射線の効率が低い。
- 自然光（太陽光と拡散昼光）からのエネルギーのスペクトル分布の大きな違い。短波可視放射が少なく、長波が優勢であることを特徴とします。
1 番目の状況では、白熱灯の使用は経済的な観点から不採算であり、2 番目の状況では、物体の色が歪むという結果が生じます。どちらの欠点も、比較的低い加熱温度で固体を加熱することによって輻射が得られるという同じ状況によって引き起こされます。
タングステンの融点は約 3700°K であるため、太陽スペクトルの分布との大幅な収束という意味で、白熱灯のスペクトルのエネルギー分布を補正することは不可能です。
しかし、フィラメント本体の動作温度がわずかに上昇しただけでも、たとえば色温度が 2800 ° K から 3000 ° K に上昇すると、ランプの寿命が大幅に短縮されます (約 1000 時間から 100 時間へ)。タングステンの蒸発プロセスが大幅に加速されます。
この蒸発は主にタングステンでコーティングされた電球の黒化を引き起こし、その結果、ランプから発せられる光の損失、そして最終的にはフィラメントの燃焼につながります。
フィラメントハウジングの動作温度が低いことも、白熱ランプの光出力と効率が低い理由です。
タングステンの蒸発を減らすガス充填の存在により、色温度の上昇により可視スペクトルで放出されるエネルギーの割合をわずかに増加させることができます。コイル状のフィラメントを使用し、より重いガス (クリプトン、キセノン) を充填すると、可視領域に当たる放射線の割合をさらにわずかに増やすことができますが、測定されるのは数パーセントにすぎません。
最も経済的、つまり最高の発光効率を備え、すべての入力パワーをその波長の放射に変換する光源になります。このような光源の発光効率、つまり、同じ入力電力でその光源によって生成される光束と可能な最大光束の比は 1 に等しくなります。最大光出力は621lm/Wであることがわかります。
このことから、白熱灯の光効率は可視放射を特徴付ける数値 (7.7 ～ 15 lm / W) よりも大幅に低いことが明らかです。対応する値は、ランプの光量を、発光効率が 1 に等しい光源の光量で割ることによって求めることができます。その結果、真空ランプでは1.24%、ガス封入ランプでは2.5%の光効率が得られました。
白熱灯を改善する根本的な方法は、タングステンよりもかなり高い温度で動作できるフィラメント本体の材料を見つけることです。
これにより、効率が向上し、発光の彩度が向上します。しかし、そのような材料の探索は成功を収めることはできず、その結果、電気エネルギーを光に変換する全く異なるメカニズムに基づいて、より優れたスペクトル分布を備えたより経済的な光源が構築されました。
白熱灯のもう 1 つの欠点:
白熱灯がスイッチを入れた瞬間に切れることが多いのはなぜですか
経済性の面では優れているにもかかわらず、どの種類のガス放電ランプも照明用として白熱ランプを置き換えることができることは証明されていません。 蛍光灯…その理由は、放射線のスペクトル構成が満足のいくものではなく、物体の色を完全に歪めてしまうためです。
不活性ガスを使用した高圧ランプは高い発光効率を持ちます。 ナトリウムランプ、蛍光灯を含むすべてのガス放電ランプの中で最も高い発光効率を持っています。その高い効率は、入力電力のほぼすべてが可視放射線に変換されるという事実によるものです。ナトリウム蒸気中の放電は、スペクトルの可視部分で黄色のみを放出します。したがって、ナトリウムランプで照らされると、すべての物体は完全に不自然な外観になります。
さまざまな色の範囲はすべて、黄色 (白) から黒 (黄色の光線を反射しない色の表面) までです。このタイプの照明は目に非常に不快です。
したがって、ガス放電光源は、放射線を生成する方法（個々の原子の励起）そのものを通じて、人間の目の特性の観点から、その線形構造からなる根本的な欠陥であることが判明します。スペクトラム。
この欠点は、放電を光源として直接使用することによって完全に克服することはできません。ビットに機能のみを与えた場合に満足のいく解決策が見つかりました 蛍光体の発光の励起 (蛍光灯)。
蛍光灯には、白熱灯と比較して、交流で動作すると光束が大きく変動するという不利な特性があります。
この理由は、白熱灯のフィラメントの慣性と比較して蛍光体の輝きの慣性が大幅に低いためです。その結果、放電の終了につながるゼロを通過する電圧において、蛍光体はなんとか逆方向の放電が起こる前に、輝度のかなりの部分が失われます。この光束の変動は蛍光灯の10～20倍を超えることが分かりました。
この望ましくない現象は、隣接する 2 つの蛍光灯のスイッチをオンにし、一方の電圧がもう一方の電圧より 4 分の 1 周期遅れるようにすることで大幅に弱めることができます。これは、ランプの 1 つの回路にコンデンサを組み込むことによって実現され、これにより必要な位相シフトが生成されます。コンテナを使用すると、 力率 インストール全体。
3 つおよび 4 つのランプの位相シフトでスイッチングすると、さらに良い結果が得られます。ランプを3個使用し、3段階点灯することで光束の変動も軽減します。
上で述べた多くの欠点にもかかわらず、蛍光ランプは効率が高いため普及し、一時はコンパクト型蛍光ランプの設計の形であらゆる場所で白熱ランプに取って代わられました。しかし、これらのランプの時代も終わりました。
現在、LED 光源は主に電気照明に使用されています。