Zářivka

Rozbalit box

Obsah boxu

Zářivka je nízkotlaká rtuťová výbojka, která využívá fluorescence k výrobě viditelného světla. Elektrický proud v plynu excituje rtuťové páry, které produkují krátkovlnné ultrafialové záření (UV). Toto záření následně dopadá na vrstvu luminoforu na vnitřní straně skleněné trubice, což způsobí, že luminofor emituje viditelné světlo.

Díky své výrazně vyšší světelné účinnosti ve srovnání s klasickými žárovkami se zářivky staly v polovině 20. století dominantním zdrojem umělého osvětlení v komerčních, průmyslových i administrativních budovách. Jejich kompaktní verze, známé jako kompaktní zářivky nebo "úsporné žárovky", se rozšířily i v domácnostech. V současnosti jsou zářivky postupně nahrazovány technologií LED, která nabízí ještě vyšší účinnost, delší životnost a neobsahuje toxickou rtuť.

📜 Historie

Vývoj zářivky byl postupný proces, který stavěl na objevech z 19. století. Prvním krokem byl vynález Geisslerova trubice v roce 1856 německým fyzikem Heinrichem Geisslerem, která demonstrovala, jak elektrický výboj v plynech o nízkém tlaku může produkovat světlo. Thomas Alva Edison krátce experimentoval s fluorescenčním povrchem ve svých žárovkách, ale tento směr opustil.

Klíčovým milníkem byl vynález rtuťové výbojky americkým inženýrem Peterem Cooperem Hewittem v roce 1901. Jeho lampa produkovala modrozelené světlo a měla vysokou účinnost, ale její neobvyklá barva omezovala její použití především v průmyslu a fotografii.

Moderní zářivka, jak ji známe dnes, vznikla až díky práci německých vědců. V roce 1926 si Friedrich Meyer, Hans Spanner a Edmund Germer patentovali nízkotlakou rtuťovou výbojku, jejíž vnitřní stěny byly pokryty fluorescenčním práškem (luminoforem), který přeměňoval neviditelné ultrafialové záření na rovnoměrné bílé světlo. Tento patent je považován za základ moderní zářivkové technologie.

Komerční úspěch přišel koncem 30. let 20. století, kdy americká společnost General Electric koupila patent a představila první komerčně dostupné zářivky na Světové výstavě v New Yorku v roce 1939. Během druhé světové války se zářivky masivně rozšířily ve válečném průmyslu díky své úspornosti a staly se symbolem moderního osvětlení.

⚙️ Princip funkce

Funkce zářivky je založena na přeměně elektrické energie na světlo ve dvou hlavních krocích. Celý proces vyžaduje kromě samotné trubice i další komponenty, jako je předřadník a startér.

🏛️ Startovací fáze

Při zapnutí je potřeba vytvořit podmínky pro zapálení elektrického výboje v plynu. U starších systémů s konvenčním (magnetickým) předřadníkem tento proces zajišťuje startér.

Po připojení k napětí prochází proud přes tlumivku (součást předřadníku), elektrody na koncích trubice a doutnavkový startér.
Proud procházející startérem zahřeje bimetalový pásek uvnitř, který se ohne a přeruší obvod.
Náhlé přerušení proudu v tlumivce indukuje vysokonapěťový impuls (několik set až tisíc voltů).
Tento vysokonapěťový impuls prorazí plyn (směs argonu a rtuťových par) mezi elektrodami a zapálí tak elektrický výboj.

U moderních elektronických předřadníků je tento proces řízen elektronicky, je rychlejší, bez blikání a často umožňuje start i při nižších teplotách.

🔬 Provozní fáze

Jakmile je výboj zapálen, plyn v trubici se stane vodivým a elektrický proud jím začne procházet.

Procházející elektrony se srážejí s atomy rtuťi.
Tyto srážky předají energii atomům rtuti a excitují jejich elektrony na vyšší energetické hladiny.
Při návratu na původní hladinu emitují atomy rtuti energii ve formě fotonů, převážně v neviditelné ultrafialové oblasti spektra (s vlnovými délkami 253,7 nm a 185 nm).
Toto UV záření dopadá na vrstvu luminoforu na vnitřní stěně trubice.
Luminofor absorbuje UV fotony a následně emituje fotony s nižší energií, tedy s delší vlnovou délkou, které již spadají do viditelné části spektra.

Barva světla (barevná teplota) závisí na chemickém složení luminoforu. Různé směsi látek na bázi fosforu umožňují vytvořit světlo od teplé bílé (podobné žárovce) přes neutrální až po studenou denní bílou.

Po zapálení výboje klesne elektrický odpor plynu. Funkcí předřadníku je pak omezit proud protékající zářivkou na bezpečnou provozní hodnotu, jinak by došlo k jejímu zničení.

🧱 Konstrukce a součásti

Skleněná trubice: Tvoří tělo zářivky. Může mít různé tvary – nejčastěji lineární, ale také kruhové, ve tvaru písmene U nebo složitě tvarované u kompaktních zářivek.
Elektrody: Nacházejí se na obou koncích trubice a jsou obvykle vyrobeny z wolframu potaženého emisní vrstvou (směs oxidů baria, stroncia a vápníku), která usnadňuje emisi elektronů.
Plynová náplň: Trubice je naplněna malým množstvím kapalné rtuti (několik miligramů) a inertním plynem (obvykle argon nebo směs argonu a kryptonu) při nízkém tlaku. Inertní plyn usnadňuje start a reguluje rychlost pohybu elektronů.
Luminofor: Bílý práškový povlak na vnitřní straně skla. Jeho složení určuje kvalitu a barvu světla. Moderní třípásmové luminofory poskytují lepší index podání barev (CRI).
Patice: Slouží k mechanickému upevnění a elektrickému připojení zářivky. Mezi nejběžnější typy patří G13 (pro trubice T8/T12) a G5 (pro tenčí trubice T5). Kompaktní zářivky používají patice jako G23, G24 nebo mají integrovaný šroubovací závit E27 či E14.
Předřadník: Nezbytná součást pro provoz. Může být:
- Magnetický (konvenční)**: Skládá se z tlumivky a startéru. Je levnější, ale méně účinný, způsobuje blikání (100 Hz) a může vydávat bzučivý zvuk.
- Elektronický**: Modernější, pracuje na vysoké frekvenci (20–60 kHz), čímž eliminuje viditelné blikání, zvyšuje účinnost zářivky, prodlužuje její životnost a umožňuje okamžitý start.

📊 Typy zářivek

Zářivky se dělí podle několika kritérií, nejčastěji podle tvaru a průměru trubice.

Lineární zářivky: Nejrozšířenější typ. Označení "T" udává průměr trubice v osminách palce.
- T12** (průměr 38 mm): Starší, méně účinný typ, dnes již z velké části nahrazen.
- T8** (průměr 26 mm): Dlouho nejběžnější standard v kancelářích a průmyslu. Dobrý kompromis mezi cenou a účinností.
- T5** (průměr 16 mm): Modernější, vysoce účinný typ určený pro provoz s elektronickými předřadníky. Nabízí lepší světelný výkon a delší životnost.
Kompaktní zářivky (CFL): Často označované jako "úsporné žárovky". Jedná se o zářivkové trubice ohnuté do malých rozměrů.
- S integrovaným předřadníkem**: Mají standardní patici E27 nebo E14 a lze je přímo našroubovat do svítidel určených pro klasické žárovky.
- S externím předřadníkem**: Používají speciální patice (např. G23, G24d) a předřadník je součástí svítidla.
Kruhové a jiné tvary: Určené pro specifická designová svítidla, kde je vyžadován odlišný tvar světelného zdroje.

✅ Výhody a nevýhody ❌

Výhody

Vysoká světelná účinnost: Zářivky přemění na světlo přibližně 20–25 % elektrické energie, zatímco klasické žárovky jen asi 5 %. Jejich měrný světelný výkon se pohybuje od 45 do 100 lm/W.
Dlouhá životnost: Životnost se pohybuje od 6 000 do 20 000 hodin, u speciálních typů až 80 000 hodin. To je 6x až 20x více než u klasické žárovky.
Nízké provozní náklady: Díky vysoké účinnosti a dlouhé životnosti jsou celkové náklady na osvětlení nižší.
Rozptýlené světlo: Velká plocha zdroje poskytuje měkké, difuzní světlo s menším oslněním.
Různé barevné teploty: Lze vyrábět zářivky s různými odstíny bílé barvy, od teplé po studenou.

Nevýhody

Obsah toxické rtuti: Každá zářivka obsahuje malé množství rtuti, která je nebezpečná pro životní prostředí a zdraví, pokud se lampa rozbije a není správně zlikvidována.
Nižší index podání barev (CRI): Starší typy zářivek měly nízké CRI, což způsobovalo, že barvy pod jejich světlem vypadaly nepřirozeně. Moderní třípásmové luminofory tento problém výrazně zlepšily (CRI > 80).
Pomalý náběh na plný výkon: Zejména kompaktní zářivky potřebují po zapnutí několik desítek sekund až minut, než dosáhnou plného jasu.
Problémy v chladu: Při nízkých teplotách klesá jejich účinnost a mohou mít problémy se startem.
Blikání (flicker): U zářivek s magnetickým předřadníkem dochází k blikání na frekvenci 100 Hz, které může být pro citlivé jedince rušivé a způsobovat únavu očí. Elektronické předřadníky tento problém odstraňují.
Omezené stmívání: Standardní zářivky nelze stmívat běžnými stmívači. Pro stmívání jsou potřeba speciální stmívatelné zářivky a odpovídající elektronické předřadníky.
Vyšší pořizovací cena: Ve srovnání s žárovkami byla jejich cena vyšší, i když se v průběhu času snižovala.

🌍 Ekologické aspekty a recyklace

Největším ekologickým problémem zářivek je obsah rtuti. Ačkoliv se jedná o malé množství (1–5 mg u moderních typů), při nesprávné likvidaci milionů kusů představuje rtuť vážné riziko pro ekosystémy. Může kontaminovat půdu a vodu a v potravním řetězci se hromadit v tělech organismů.

Z tohoto důvodu je naprosto klíčové, aby vysloužilé zářivky nekončily v běžném komunálním odpadu. Podléhají režimu zpětného odběru elektrozařízení. Spotřebitelé je mohou bezplatně odevzdat:

v obchodech s elektronikou a svítidly,
ve sběrných dvorech,
do speciálních malých kontejnerů v obcích.

Při recyklaci se zářivky bezpečně rozdrtí v uzavřeném systému. Jednotlivé materiály – sklo, kovové patice a luminofor s rtutí – jsou odděleny. Rtuť je následně oddestilována a může být znovu použita, čímž se zabrání jejímu úniku do životního prostředí.

Evropská unie prostřednictvím směrnice RoHS (Restriction of Hazardous Substances) postupně omezuje používání nebezpečných látek, včetně rtuti. To vedlo k postupnému zákazu prodeje mnoha typů zářivek a jejich nahrazování technologií LED.

💡 Budoucnost a náhrada

Éra zářivek jako dominantního světelného zdroje pomalu končí. Jejich hlavním nástupcem je technologie LED (Light Emitting Diode), která nabízí řadu výhod:

Ještě vyšší účinnost (často přes 150 lm/W).
Extrémně dlouhá životnost (běžně 30 000–50 000 hodin i více).
Neobsahují rtuť ani jiné nebezpečné látky.
Okamžitý start na 100 % výkonu.
Vysoká mechanická odolnost.
Snadné stmívání a možnost změny barvy světla (RGB).
Vynikající index podání barev.

Pro nahrazení stávajících lineárních zářivek se vyrábějí tzv. LED trubice, které mají stejné rozměry a patice (T8/G13, T5/G5) a lze je instalovat do původních svítidel. Tento proces se nazývá "retrofit". Existují verze, které fungují se stávajícím magnetickým předřadníkem, nebo verze, které vyžadují jeho odstranění a připojení přímo na síťové napětí 230 V.

Přestože jsou zářivky stále v provozu v mnoha starších instalacích, nová osvětlovací řešení jsou již téměř výhradně realizována pomocí technologie LED.

🔬 Pro laiky

Představte si zářivku jako malou, kontrolovanou bouřku ve skleněné trubici. 1. Když ji zapnete, elektřina "proběhne" plynem uvnitř trubice. Tento plyn obsahuje nepatrné množství rtuťových par. 2. Tento elektrický výboj donutí rtuťové páry, aby vyzářily energii, ale ve formě neviditelného ultrafialového (UV) světla – podobného tomu, které způsobuje opálení od slunce. 3. Vnitřní stěna trubice je natřena speciálním bílým práškem (luminofor). Když na tento prášek dopadne neviditelné UV světlo, prášek se okamžitě rozzáří jasným, viditelným světlem. Je to podobný princip, jako když na bílé tričko nebo reflexní vestu posvítíte v noci UV lampou (např. na diskotéce) a ono se jasně rozzáří. Zářivka si toto "UV světlo" vyrábí sama a hned ho přeměňuje na světlo, kterým svítíme.

Šablona:Aktualizováno