Strøm på lyskilder

Når man skal lave lys, må man bruge energi. For hundrede år siden og tilbage til urmenneskene brugte man varmeenergi fra forbrænding til at frembringe lys (bål, olielamper, voks- og tællelys).

Det bruges stadigvæk, men i den industrialiserede del af verden har den elektriske energi taget over.

Elektriske lyskilder kan inddeles i to hovedtyper:

bulletTemperaturstrålere
bulletLuminescensstrålere

Med temperaturstrålere tænker vi først og fremmest på glødelamper. Strømmen varmer en metaltråd op, til den lyser. Det giver samme slags lys som lyset fra et bål, et stearinlys eller solen: Lys med sammenhængende spektrum.

I luminescensstrålere som lysstofrør, energisparepærer ol. dannes lyset uden opvarmning ved "bombardere" atomer til at lyse.

De udsender et usammenhængende spektrum, et linie- eller båndspektrum.

Glødelampen

Omkring 1850 eksperimenterede man sig frem til det, der blev glødelampen. Man anbragte en tynd kultråd i en næsten lufttom glaskolbe, og så sendte man strøm gennem.

Det krævede imidlertid næsten 30 års udvikling, før det lykkedes at lave kultråde, der kunne holde længere tid, og før man kunne få fjernet tilstrækkeligt luft (ilt) fra kolben.

Man forsøgte sig også med metaltråde. I 1909 fik man held til at fremstille anvendelige wolfram.

Wolframtråd var tilbøjelig til at fordampe og sværte kolbens inderside til. Det førte til, at man fandt på at fylde gasarter i kolben i stedet for at pumpe luften ud. I vacuum fordamper alting nemlig meget lettere end i et luftfyldt rum.

Fra 1920'erne blev wolframtråden helt dominerende og er det den dag i dag.

Glødelampens opbygning

Glødelampen består af en glødetråd i en glaskolbe, som sidder i en sokkel. Glaskolben kan enten være pumpet lufttom eller være fyldt med en inaktiv gas.

Fig.1

Glødetråden er lavet af wolfram tilsat en smule af andre metaller. Wolfram har et højt smeltepunkt (3370° C), så glødetråden kan bringes til at lyse kraftigt uden at smelte over.

Tilledningerne er svejset på glødetrådens ender, og gennem dem sendes strøm fra soklen ind i glødetråden.

Foruden de egentlige tilledninger er der ofte bæretråde, der hjælper med at holde glødetråden oppe, når den har udvidet sig, mens den lyser.

Kolben er oftest lavet af blødt glas ("almindeligt" glas). Til lamper, der bliver meget varme bruger man kvartsglas.

Kolberne kan være klare, matte, farvede eller spejlbelagte for at opnå særlige virkninger.

Gassen, der er i de fleste lampekolber, er normalt en blanding af argon og kvælstof. Eller endnu bedre (og dyrere) krypton. Man fylder gas i kolben for at undgå, at glødetråden fordamper alt for hurtigt. Gasmolekylerne puffer de fleste af glødetrådens dampmolekyler "hjem" på glødetråden igen.

Man bruger luftarter, der er inaktive. Det betyder, at de ikke vil gå i kemisk forbindelse med glødetråden og ødelægge den. Der må ikke være ilt i kolben, for så vil wolframtråden hurtigt brænde over.

Soklen, hvor strømmen skal gå igennem for at komme til glødetråden, er som regel enten en gevindsokkel eller en bajonetsokkel (fig.1)

En glødelampes levetid er ca. 1000 timer ved mærkespændingen. Levetiden er uafhængig af, hvor tit man tænder og slukker for lampen.

I en glødelampe går kun ca. 5% af den energi, den bruger til lys, resten bliver til varme, først og fremmest infrarød stråling. Den udsender næsten ingen ultraviolet stråling (under ½ promille af energien).

Mange mennesker foretrækker glødelamper frem for lysstofrør. Lyset fra dem har en "varm" farve, fordi den røde del af spektret i lyset fra glødelampen dominerer.

Halogenlamper

Halogenlamper er glødelamper med små kvartsglaskolber. Ved at tilsætte et halogen (Fluor, Chlor, Brom eller Iod) til den inaktive gas i kolben, kan man undgå, at wolfram fra tråden damper ud og sætter sig på glassets inderside, hvor det ellers kan medføre en stor lysnedsættelse. Der sker det, at løsrevne wolframatomer går i forbindelse med halogenet og danner en gas i kolben. Når der er meget wolfram-halogen i kolben, begynder noget af det at omdannes til rent halogen og wolfram igen, men det sker ved glødetråden, så wolframmet sætter sig dér i stedet for på kolbens inderside.

Fig. 2

Levetiden for en halogenlampe er fra 100 til 5000 timer afhængig af typen.

Halogenlamper kendes nok især fra bilens forlygter. Her er to glødetråde indbygget i kolben, så lyset kan blændes op og ned.

De bruges også i projektører, spotlights mm.

Fig.3

Lysstofrør

Det tog omkring 100 år fra man begyndte at eksperimentere med principperne i lysstofrøret, indtil praktisk anvendelige rør blev produceret.

I 1852 fandt man ud af at omdanne ultraviolet stråling (UV-stråling) til synligt lys.

I 1920 begyndte man at bruge kviksølvdampe under meget lavt tryk i rørerne. Det satte skub i udviklingen.

I 1935 kom det første egentlige lysstofrør: 60 cm langt med grønt lys.

I 1938 lykkedes det at lave rør, der lyste hvidt samt seks farvede typer.

I de følgende år vandt røret indpas i virksomheder, så det i 1953 var den almindeligste lyskilde i virksomheder!

Siden er der kommmet nye pulvere til belægning, tyndere rør, rør i andre former, bedre "tændingsudstyr" (forkoblingsudstyr) osv.

Det er blandt andet blevet til lavenergilamper, der efterhånden er udbredt, selv til stuebelysning, hvor lysstofrøret ellers har haft svært ved at fortrænge glødelampen.

Lysstofrørets opbygning

Lysstofrøret er et glasrør, som er belagt indvendigt med et lyspulver (fluorscerende pulver), og i hver ende er der en elektrode.

I røret er der kviksølvdamp under 1/10.000 atm. tryk og lidt inaktiv gas.

Elektroderne er belagt med et stof, der let frigiver elektroner, emitterstof.

For at få gang i elektronstrømmen, skal røret startes med meget høj spænding.

Fig. 4

Fig. 5

Det klares af glimtænderen. Når man tænder for lysstofrøret, sørger glimtænderen for, at der går strøm gennem rørets glødetråde (fig. 5), og der dannes mange elektroner. Samtidig sørger den også for, at der et kort øjeblik kommer en meget høj spænding mellem rørets elektroder, strømmen "slår igennem" røret, og den ønskede proces går i gang. Somme tider skal glimtænderen prøve nogle gange, før det lykkes (røret blinker).

Rørets glødetråde gløder altså kun, mens røret starter.

Fig. 6

Der er kæmpestor modstand i et lysstofrør, indtil det lige er kommet igang, så falder modstanden kraftigt. Derfor er man nødt til at sætte en strømbegrænsende modstand ind foran røret (forkoblingen). Den skal træde i funktion, når glimtænderen har gjort sit arbejde. Som modstand bruger man som regel en såkaldt drosselspole (dr). Det er en spole med en jernkerne og mange vindinger isoleret kobbertråd. Sådan en spole virker som en modstand over for vekselstrøm.

Det er dog ved at blive almindeligt at bruge elektroniske forkoblinger. De er lidt dyrere, men en god elektronisk forkobling fjerner blinken, røret giver mere lys og mindre varme.

Fig. 7

Når elektronerne går gennem røret, støder de sammen med kviksølvatomer. De bliver anslået, dvs. en elektron hopper ud i større bane omkring atomet og falder umiddelbart efter tilbage og afgiver en lysimpuls.
Det afgivne lys er af forskellige bølgelængder, karakteristiske for netop kviksølv, og meget af det er UV-stråling. For at få det lavet om til synligt lys er det, belægger man glasrøret med et fluorscerende stof. Farven afhænger af, hvilken blanding af stoffer, man lægger på. Man bruger overvejende tre fosfattyper: Én, der lyser rødt, én blåt og én grønt, når de bliver ramt af UV-stråler. Ved passende blandingsforhold af de tre grundfarver kan alle andre fremstilles ved additiv farveblanding.

Fig. 8

Der findes mange typer lysstofrør. Her er nogle eksempler:

bulletalmindelige rør, der bruges i køkkenet, fabrikker osv.
bulletenergisparepærer (her bruges elektronisk tænding)
bulletfarvede rør til reklamer (lavet af blyglas, der er nemmere at forme)
bulletultraviolette rør til kopimaskiner, solarier ol. (her er ingen farvepulver på)

Egne undersøgelser og eksperimenter

Studér forskellige lampetyper i en el-forretning. Hvilke er temperaturstrålere, og hvilke luminescensstrålere?

Hvad sker der med modstanden i en 6 V-lampes glødetråd, efterhånden som den lyser mere og mere. Ved langsomt at sætte spænding op (indtil du når mærkespændingen) og samtidigt måle strømmen, kan du i hvert tilfælde beregne modstanden i wolframtråden.

Tallene kan du sætte op i skema og/eller diagram (regneark).

Studér lyset fra en glødelampe og fra lysstofrør igennem et optisk gitter (eller bedre gennem et spektrometer) og sammenlign deres spektre.

Lav drosselspoler med forskelligt antal vindinger (200, 300, 1200...). Undersøg, hvordan jævnstrøm og vekselstrøm går igennem.

Når du hurtigt tænder og slukker strømmen til en stor drosselspole, opstår der selvinduktion med meget stor spænding (det kan give et ordentligt rap over fingrene). Det er det, man udnytter i glimtænderen.

Skil en glimtænder ad og find ud af, hvad der er inden i.

Der sidder bla. en glimlampe. Du kan prøve, om du kan få en glimlampe til at lyse ved selvinduktion.

Hvor mange volt skal der til for at få en glimlampe til at lyse?

Der sidder også en bimetalkontakt i glimtænderen. Prøv også at lave et kredsløb med en hjemmelavet bimetalkontakt.

Studér en drosselspole til et lysstofrør.