Jak se dělá světlo (2) - žárovky

Žárovky - dřívější a moderní verze. Jak vypadala první žárovka a čím ji důmyslní lidé vylepšili (dříve než ji zakázali)? (délka blogu dnes jen asi 5 min.) 

Když došlo v 19. století k masovému využití elektrické energie, byl to další velký krok na cestě naší civilizace ke světlu. Už první experimentátoři si všimli takových jevů jako žhavení drátu, kterým protéká elektrický proud. Odtud to byl už jen krok ke klasické žárovce. 

První žárovky tvořil tenký drát, uzavřený ve vakuové baňce. 

Jak udělá žárovka světlo?

K tomu je nejdřív potřeba, aby se vodičem pohybovaly elektrické náboje. Při jejich pohybu se část energie mění na teplo. A funguje to opravdu dobře, tak dobře, že může být drát tak horký, že začne žhnout. Při vysoké teplotě se pak jeho atomy nacházejí v energeticky nabuzeném stavu, odevzdávají své elektrony nebo je zase přijímají  z okolí. Tento proces je spojen s vyzařováním odpadní energie. Logicky je pak světlo žárovky tím energetičtější, čím je drát teplejší. 

Důležitou roli hraje v žárovce vakuace (nebo ochranná atmosféra). Hlavně v ní nesmí být přítomen kyslík. Materiál drátu (kov) se totiž při vysoké teplotě velice rád s tímto agresivním prvkem žení - oxiduje. 

První žárovky byly vakuované - a to z jednoho jednoduchého důvodu. Tehdy ještě neexistovaly způsoby, jak vyrobit čisté inertní plyny. 

Jejich vlákna byla z uhlíku, přesněji z grafitu, jeho vodivé krystalové modifikace. 

Krystalickou strukturou

nebo modifikací rozumíme konkrétní způsob rozmístění atomů v krystalu. 

Je jen logické, že jsou uhlíková vlákna velice citlivá k mechanickým vlivům. Často a brzy se přepalují, nahradila je proto brzy vlákna čistě kovová. 

OSmium-wolfRAM

Ukázalo se, že se k výrobě žárovek dobře hodí osmium a wolfram, dva kovy s velmi vysokou teplotou tání. Jejich použití dovolilo využití vyšších teplot a tedy i vyšší svítivost žárovky. 

Teplota tání je mimochodem tak vysoká, že je roztavení a tažení drátu nepraktické. Vlákno se daleko lépe vyrábí lisováním z kovového prášku. 

Dalším vylepšením žárovky bylo zavedení ochranné atmosféry. Při hodně vysokých teplotách totiž sice nedochází k roztavení wolframového nebo osmiového vlákna, přesto ale díky této teplotě degraduje. Z jeho povrchu se vypařují molekuly kovu. Usazují se na vnitřním povrchu skleněné baňky. Postupně se tak mění také barva světla, zdá se žlutější a lampa, jak se zdá, méně září. Kovový drát má nakonec příliš malý průměr a přepálí se. 

Sublimaci kovu při vysokých teplotách je tedy nutno něčím zamezit. Používá se k tomu pokud možno co nejtěžší prvek,  který se dá napustit do baňky ve formě plynu. 

Čím těžší molekuly, tím lépe plní svou funkci. Zároveň se musí jednat o prvek, který nereaguje s wolframem (nebo jiným kovem vlákna). V praxi se používá krypton. 

Krypton

je bezbarvý plyn, bez chuti a zápachu, nereaktivní, téměř inertní. Chemické sloučeniny tvoří pouze vzácně s fluorem a kyslíkem, všechny jsou velmi nestálé a jsou mimořádně silnými oxidačními činidly.

Kryptonové žárovky používají ještě jiný trik. Pomocí určitých pigmentů, nanesených na vnitřní povrch skleněné baňky, mění část vyzařovaných fotonů vlnovou délku. Původní fotony, které byly UV zářením, se tak mění na fotony s vlnovou délkou ve viditelné části spektra. Zvyšuje se tak svítivost žárovky. 

Pokud tedy doma máte kryptonovou žárovku s bílým vnitřním povrchem, není to kvůli tomu, aby vydávala příjemné rozptýlené světlo - ale zvyšuje se tím její svítivost. 

Existuje ale také ještě další vylepšení. Do žárovek se plní plyn, který vlákno nejen že nepoškodí, ale také ho rovnou opraví. 

Halogenové žárovky

To umí halogeny - v žárovkách se používá jod. Při teplotách vyšších než 500 °C tvoří se sublimovanými atomy wolframu jodid. 

W + 2 I2 -> WI4 + energie

Molekula jodidu, která se srazí s wolframovým drátem, se při vysoké teplotě zase rozpadne. Jód se uvolní a wolfram zůstane na povrchu drátu, ze kterého předtím vysublimoval. 

Sympaticky se tak zamezí nejen degradaci vodivého drátu, ale také snižování jasu žárovky v průběhu jejího aktivního života. 

Naši předkové by nám dnešní žárovky jistě záviděli. 

align="justify"