Električna žarulja
Električna žarulja je jednostavan uređaj za pretvaranje električne energije u svjetlost. Radi na principu zagrijavanja tanke volframove niti. Zbog visoke temperature zrači posebice u infracrvenom području i dijelom vidljivo svjetlo. Električna žarulja se često koristi u kućanstvima i osnova je za većinu prenosivih svjetiljki. Među glavne nedostatke spada uglavnom niska energetska učinkovitost.
Naziv električna žarulja odnosi se na rasvjetna tijela različitih oblika i dimenzija koja sadržavaju tzv. žarnu nit unutar staklenog kućišta sa zrakopraznim prostorom. Protjecanjem električne struje, žarna nit se zagrije do visokog usijanja i zrači energiju u obliku vidljive svjetlosti i toplinskog zračenja. Žarna nit se mora nalaziti u zrakopraznom prostoru kako ne bi došlo do njezina izgaranja.
Povijest
Premda je na razvoju elektične žarulje sa žarnom niti radilo više pojedinaca patentirajući svoja otkrića, na izvjestan način je zasluga za njezino uvođenje u široku upotrebu pripala Thomasu Edisonu koji je otkupio jedan od patenata i unaprijedio konstrukciju u žarulju s niti od materijala s odgovarajućim žarnim karakteristikama, dovoljno visokog vakuuma te dovoljno velikog električnog otpora da bi se mogao uključiti u centralni izvor električne energije. Edison je patentirao svoja poboljšanja i sa svojim timom je krajem 19. stoljeća konstruirao žarulju s karboniziranom bambusovom niti koja je mogla svijetliti i do 1200 sati. Tvrtka General Electric Company patentirala je 1906. godine žarulju sa žarnom niti od volframa. Daljnji razvoj uključio je nove materijale i nova otkrića u obliku žarulja punjenih različitim inertnim plinovima te općenitu potragu za izvebama izvora svjetla koji bi imao što veću iskoristivost i što veći vijek trajanja.
Karakteristike
Žarulje sa žarnom niti izrađivale su se u brojnim izvedbama i oblicima, s radnim naponima od 1,5 do 220 V, od svega nekoliko vata do tisuću i više vata nazivne snage. Jednostavne su i jeftine, mogu koristiti i istosmjernu i izmjeničnu struju, te su kao takve dugi niz godina bile prvi izbor kao izvor svjetla u domovima, radnim mjestima, automobilima i drugdje.
Električna žarulja sa žarnom niti predstavlja za električni izvor čisto radno opterećenje koje, međutim, ovisi o temperaturi žarne niti. Žarulja nazivne snage 100 vata ima otpor od oko 144 oma u radu, ali samo oko 9,5 oma na sobnoj temperaturi izvan pogona. Svako uključenje na izvor napajanja predstavlja zato za žarulju svojevrstan “energetski udar” jer žarulja u trenutku uključenja troši oko 15 puta više snage u odnosu na kontinuirani rad. Žarulje visokog radnog napona (220 V na primjer) imaju zato nešto kraći radni vijek u odnosu na žarulje nižeg napona (12 V na primjer) u istim radnim uvjetima.
Učinkovitost
Niska učinkovitost žarulje sa žarnom niti posljedica je specifične raspodjele energije zračenja unutar spektra zračenja. Naime, žarne niti, na primjer od volframa, zrače velikim dijelom u infracrvenom spektru kada su zagrijane na temperaturu gdje je nit još mehanički postojana, tj. na oko 3400 °C, gdje oko 90% energije zračenja odlazi na toplinu, a svega 10% je zračenje unutar vidljivog spektra svjetlosti. Halogene žarulje sa žarnom niti, međutim, imaju veću učinkovitost te halogena žarulja snage 60 W daje otprilike jednaku količinu svjetla kao obična žarulja sa žarnom niti snage 100 W.
U novije vrijeme žarulje sa žarnom niti su, zbog svojeg vrlo niskog faktora iskorištenja, sve više zamjenjivane drugim izvorima svjetla kao što su fluorescentno svjetlo ili diode sa svjetlosnom emisijom (Light-Emitting Diode). Štoviše, proizvodnja i prodaja običnih žarulja sa žarnom niti postala je ili će uskoro u nekim zemljama postati zabranjenom, a u svrhu uštede energije.