Hehkulamppu

Rakenne

Lamppu on rakenteeltaan yksinkertainen. Se koostuu kannasta ja lasisesta kuvusta. Valo muodostuu kahden johtimen välisessä ohuessa kierteisessä hehkulangassa. Alun perin hehkulanka oli hiiltä, mutta 1900-luvun alusta tavallisin hehkulankaan käytetty metalli on ollut volframi (W). Volframilla on metalleista korkein sulamispistesta (3410 °C), ja se säilyttää lujuutensa muita metalleja paremmin korkeissa lämpötiloissa, joten se sopii hyvin hehkulangaksi. Johtimet valmistettiin aiemmin Al₂O₃-dispersiolujitetusta kupari, mutta nykyään on siirrytty halvempaan kuparipäällysteiseen teräslankaan. Näiden materiaalien kuumalujuus on huomattavasti parempi kuin puhtaan kuparin, mutta sähkönjohtavuus pysyy yhä hyvänä.

Kuvun sisällä on joko tyhjiö tai se on täytetty inertillä kaasulla tai kaasuseoksella, kuten typellä (N), argonillailla (Ar), krypton (Kr) tai ksenonilla (Xe). Inertti kaasu hidastaa volframin haihtumista. Valon spektriin voidaan vaikuttaa lisäämällä lampun lasiin jotakin metallia, esimerkiksi neodyymiä (Nd). u7

Toiminta

Tavallisista hehkulampuista saadaan kellertävää valoa, jonka värilämpötila on noin 2700 K. Hehkulampun valo saadaan aikaan johtamalla sähkövirta hehkulankaa pitkin. Koska lanka on hyvin ohut ja pitkä, sen resistanssi on suuri. Hehkulanka toimii siis vastuksena. Lanka kuumenee ja alkaa hehkua sähkövirran kulkiessa sen lävitse. Langan kuumentuessa metalliatomien lämpöliike siis voimistuu, ja atomit virittyvät. Kun jonkin atomin viritystila purkautuu, syntyy valokvantti.

Valoa lähettävässä aineessa on runsaasti elektroneja (volframilla 74). Lampun korkeassa lämpötilallassa monet eri elektronikuori liikkuvat elektronit siirtyvät uusiin energiatiloihin. Elektronien palatessa alempiin energiatiloihin vapautuu siten eri suuruisia valokvantteja, siis syntyy eriväristä valoa. Eriväristen valojen sekoittuessa päästään lähelle valkoista valoa.

Hehkulamput eivät pala. Hehkulampun toiminnan päättyminen ei johdu hapen ja hehkuvan metallin välistä reaktiosta vaan hehkulangan katkeamisesta, joka aiheutuu hehkulangan höyrystymisestä. Hehkulanka höyrystyy koko ajan. Hehkulangan ohuemmat kohdat kuumenevat enemmän kuin paksummat, jolloin niistä haihtuu enemmän metallia, mikä ohentaa niitä entisestään. Seurauksena on lopulta langan katkeaminen. Katkeamiseen voi vaikuttaa myös energiatilan muutos: yleisimmin hehkulanka katkeaa valoa sytyttäessä tai sammuttaessa.

Käyttö

Ensimmäinen hehkulamppu Suomessa otettiin käyttöön Finlaysonin tehtaalla Tampereella vuonna 1882. Airam aloitti hehkulamppujen tuotannon 1925. Hehkulamppu oli pitkään ainoa koti- ja toimistokäyttöön sopiva sähköinen valonlähde.

Verrattain alhaisen hyötysuhteen (n. 3 - 5%) vuoksi hehkulampun ovat toisen maailmansodan jälkeen monin paikoin syrjäyttäneet sitä monta kertaa tehokkaammat loistelamput (hyötysuhde n. 10%), joita myös energiansäästölamput ovat, sekä purkauslamputtt, joita käytetään ulkovaloissa, autojen ajovaloissa ja somistusvaloissa. 1990-luvulta lähtien myös valodiodi eli ledit ovat kehittyneet varteenotettaviksi valonlähteiksi valaisinkäyttöön, ja ne ovat vähentäneet hehkulamppujen käyttöä taskulampuissa, ajoneuvoissa ja liikennevaloissa. Laitteiden merkkivalolamppuina ledit ja hohtolamput ovat syrjäyttäneet hehkulampun lähes kokonaan.

Hehkulamppujen käytön korvaamista on harkittu useissa paikoissa niiden heikon energiatehokkuuden vuoksi. Kuubassa ja Venezuelassa on jaettu energiansäästölamppuja sähkön käytön vähentämiseksi ja Kaliforniassa ja Britanniassa on harkittu hehkulamppujen kieltämistä vuoteen 2009 tai 2012 mennessä. Australia on jo ensimmäisenä maana maailmassa kieltänyt uusien hehkulamppujen myynnin, ja EU on suunnittelemassa samanlaista kieltoa Eurooppaan. Esim. Australiassa on arvioitu hiilidioksidipäästöjen laskevan yli 800 000 tonnia vuodessa, kun hehkulamput vaihdetaan energiaa säästäviin lamppuihin.

Hehkulamppu ja halogeenilamppu ovat kuitenkin kotikäytössä edelleen yleisiä pienen kokonsa, teknisen yksinkertaisuutensa ja muihin lamppuihin verrattuna edullisen hintansa vuoksi. Lisäksi hehkulampun värintoistokyky on erinomainen eikä sen valo välky, joten sillä on paljon käyttöä kuvausvalona, varsinkin kun värintoistokyvyltään ja valon vakaudeltaan vastaavat purkauslamput ovat edelleen huomattavasti kalliimpia.

Halogeenilamppu

Halogeenilamppuja

Halogeenilamput ovat tavallisiin hehkulamppuihin nähden pitkäikäisempiä, energiatehokkaampia ja siten valaisuteholtaan parempia. Halogeenilampun suojakupu on täytetty tavanomaisen hehkulampun tavoin inerteillä kaasuilla, joita on täydennetty halogeeneilla, tavallisimmin jodi- tai bromi kaasulla. Kuumasta hehkulangasta haihtunut volframi reagoi kaasuuntuneen halogeenin kanssa ja kiinnittyy takaisin langan kuumimpiin osiin. Tämä mahdollistaa hehkulangan lämpötilan nostaminen korkeammaksi kuin tavallisella hehkulampulla. Kuumempi hehkulanka lisää hyötysuhdetta ja nostaa valon värilämpötilaaa. Halogeenilampun lasikupu ei siten myöskään tummu yhtä nopeasti hehkulangasta haihtuvan volframin vaikutuksesta. Volframin kiertokulku edellyttää, että lampun, mukaan lukien lasikuvun, lämpötila on käytön aikana riittävä korkea. Tästä syystä halogeenilamppujen kuvut ovat pienikokoisia ja lampun himmentäminen - päinvastoin kuin tavallisissa hehkulampuissa - lyhentää sen elinikää. Halogeenilamppujen kupu on kvartsilasi, joka läpäisee ultraviolettisäteilyä. Osassa halogeenilampuista kupu sisältää ultraviolettisuodattimen, mutta useissa halogeenilamppua käyttävässä valaisimessa on erityinen suodinlasi.

Aiheesta muualla

Triviaa

Hehkulamput eivät ole aina olleet kertakäyttöisiä, aikoinaan kun ne olivat kalliita, Suomea kiersivät lampunkorjaajat, jotka korjasivat rikkimenneitä hehkulamppuja.