Žárovka

Klasická žárovka
	Klasická žárovka se žhaveným wolframovým vláknem
Princip	Inakadenscence (žhavení vlákna průchodem elektrického proudu)
Typ	Světelný zdroj
Vynálezce	Mnoho vynálezců, patent a komerční úspěch Thomas Alva Edison a Joseph Swan

Rozbalit box

Obsah boxu

Žárovka je jednoduchý umělý světelný zdroj, ve kterém se světlo vytváří žhavením pevného tělesa, kterým prochází elektrický proud. V klasické vakuové žárovce se na světlo přemění jen malá část spotřebované energie, zatímco drtivá většina (přes 90 %) se změní na teplo. Kvůli této nízké energetické účinnosti byl v mnoha zemích světa, včetně Evropské unie, prodej klasických žárovek pro domácí použití postupně omezen a nahrazen úspornějšími technologiemi, jako jsou kompaktní zářivky a především LED žárovky.

⏳ Historie

Ačkoliv je vynález žárovky nejčastěji spojován se jménem Thomase Alvy Edisona, historie tohoto vynálezu je mnohem složitější a podílela se na ní řada vědců a vynálezců.

👨‍🔬 První průkopníci

Princip světla vytvářeného elektřinou demonstroval již v roce 1802 anglický chemik Sir Humphry Davy, který vytvořil oslnivě jasné světlo mezi dvěma uhlíkovými elektrodami, tzv. obloukovou lampu. Ta však byla pro běžné použití příliš intenzivní a nepraktická.

Cesta ke komerčně využitelné žárovce vedla přes princip inkandescence – rozžhavení tenkého vlákna ve vakuu, aby okamžitě neshořelo. V průběhu 19. století se o to pokoušelo mnoho vynálezců. Již v roce 1854 experimentoval německý hodinář Heinrich Göbel s bambusovým vláknem ve vakuovaném flakonu od parfému. Významný pokrok učinil britský fyzik Sir Joseph Swan, který si již v roce 1860 nechal patentovat žárovku s karbonizovaným papírovým vláknem. Problémem však byla nedokonalost tehdejších vakuových pump, kvůli nimž zbytky kyslíku v baňce způsobovaly rychlé spálení vlákna.

💡 Edison, Swan a komerční úspěch

Thomas Alva Edison vstoupil do "závodu o žárovku" koncem 70. let 19. století. Jeho síla nespočívala ani tak v objevení samotného principu, jako spíše v systematickém přístupu, obrovském finančním zázemí a zaměření na vytvoření spolehlivého, trvanlivého a komerčně úspěšného produktu. Po otestování tisíců materiálů si 21. října 1879 nechal patentovat žárovku s vláknem z zuhelnatělého bavlněného vlákna, která svítila přes 13,5 hodiny. Klíčovým průlomem bylo použití zuhelnatělého bambusového vlákna v roce 1880, které umožnilo životnost až 1200 hodin.

Mezitím Joseph Swan, díky vylepšené technologii vakuových pump, zdokonalil i svou žárovku a v roce 1878 ji veřejně demonstroval. To vedlo k nevyhnutelným patentovým sporům s Edisonem, zejména na britském trhu. Spory nakonec skončily pragmatickou dohodou – založením společné firmy Edison & Swan United Electric Light Company v roce 1883, která dominovala britskému trhu.

Edisonův hlavní přínos tak nespočíval pouze v samotné žárovce, ale ve vytvoření celého systému elektrického osvětlení – od elektráren a rozvodných sítí až po patice a vypínače, což umožnilo masové rozšíření elektrického světla do domácností a měst.

📝 Princip a konstrukce

Klasická žárovka funguje na principu inkandescence. Elektrický proud prochází tenkým vodičem s vysokým elektrickým odporem, tzv. vláknem, které se zahřívá na vysokou teplotu (typicky 2300–2900 K) a začne zářit ve viditelné části spektra.

🧱 Základní části

Skleněná baňka: Zabraňuje přístupu kyslíku k rozžhavenému vláknu, čímž by došlo k jeho okamžité oxidaci (spálení). U starších typů bylo v baňce vakuum, později se začala plnit inertním (netečným) plynem (nejčastěji argon s příměsí dusíku), který zpomaluje odpařování wolframu z vlákna a prodlužuje tak životnost žárovky.
Vlákno: V moderních žárovkách je vyrobeno z wolframu, kovu s extrémně vysokou teplotou tání (3422 °C). Je stočeno do tenké spirály, aby se na malý prostor vešel co nejdelší vodič.
Patice: Slouží k mechanickému upevnění a elektrickému propojení žárovky se svítidlem. Nejběžnějšími typy jsou závitové patice označované jako E27 (tzv. "velký závit") a E14 (tzv. "miňonka").

⚡ Energetická (ne)efektivita

Největší nevýhodou klasické žárovky je její velmi nízká energetická účinnost. Pouze asi 2–8 % elektrické energie se přemění na viditelné světlo. Zbytek, tedy více než 90 %, je vyzářeno jako teplo (infračervené záření). Právě tato neefektivita vedla k regulacím a postupnému zákazu jejich prodeje pro osvětlovací účely.

🤔 Pro laiky: Jak to funguje?

Představte si žárovku jako malý elektrický přímotop, který se tak moc rozžhaví, až začne svítit. Když otočíte vypínačem, pošlete elektrický proud do tenkého drátku (vlákna) uvnitř skleněné koule. Tento drátek klade proudu velký odpor, podobně jako když se snažíte protlačit hustým davem lidí. Jak se proud "prodírá" drátkem, drátek se extrémně zahřívá.

Skleněná baňka je tam proto, aby k rozžhavenému drátku nemohl vzduch (hlavně kyslík), protože jinak by drátek okamžitě shořel jako papír v ohni. Uvnitř baňky je buď prázdno (vakuum), nebo speciální plyn, který drátek chrání a pomáhá mu déle vydržet.

Problém je v tom, že většina energie, kterou do žárovky pošlete, se promění v teplo – proto je žárovka po chvíli svícení horká. Jen malá část energie se přemění na světlo, které vidíme. Je to tedy velmi neúsporný způsob svícení, podobné jako kdybyste chtěli ohřát polévku tím, že byste zapálili celý dům. Moderní LED světla jsou mnohem chytřejší – téměř všechnu energii promění na světlo a skoro žádnou na teplo, proto jsou mnohem úspornější.

💡 Nástupci klasické žárovky

Kvůli nízké efektivitě a vysoké spotřebě energie byla klasická žárovka postupně nahrazena úspornějšími technologiemi. Každá z nich nabízí jiné vlastnosti, výhody a nevýhody.

Halogenové žárovky

Halogenová žárovka je vylepšenou verzí klasické žárovky. Princip je stejný – světlo vzniká rozžhavením wolframového vlákna. Rozdíl je v tom, že baňka je plněna halogenovým plynem (např. bromem nebo jodem). Tento plyn spouští tzv. halogenový cyklus: odpařený wolfram z vlákna chemicky reaguje s plynem a opět se usazuje zpět na vlákně, místo aby se usazoval na vnitřní straně baňky. To umožňuje provozovat vlákno při vyšší teplotě, což vede k mírně vyšší účinnosti (asi o 20–30 % úspornější než klasická žárovka) a delší životnosti (obvykle dvojnásobné, cca 2000 hodin). Stále však drtivou většinu energie přeměňují na teplo.

Kompaktní zářivky (CFL)

Kompaktní zářivky, často nazývané "úsporky", fungují na zcela jiném principu než žárovky. Uvnitř trubice naplněné argonem a malým množstvím rtuti vytvoří elektrický proud výboj, který generuje neviditelné ultrafialové (UV) záření. Vnitřní stěna trubice je pokryta luminoforem, látkou, která po dopadu UV záření začne svítit ve viditelném spektru.

Jsou výrazně úspornější (až o 80 % méně energie než klasické žárovky) a mají delší životnost (6 000 – 15 000 hodin). Mezi jejich nevýhody patří delší doba náběhu na plný světelný výkon, obsah toxické rtuti, a fakt, že časté spínání snižuje jejich životnost.

LED žárovky (světelné diody)

Technologie LED (Light Emitting Diode – dioda emitující světlo) je v současnosti nejmodernějším a nejúspornějším světelným zdrojem. Světlo vzniká na zcela jiném fyzikálním principu zvaném elektroluminiscence. Elektrický proud prochází polovodičovým materiálem (čipem), což způsobí, že elektrony v materiálu "přeskočí" na nižší energetickou hladinu a přebytečnou energii vyzáří ve formě světla.

Výhody LED technologie:

Extrémní účinnost: Přemění až 70 % energie na světlo, což znamená úsporu až 90 % oproti klasické žárovce.
Dlouhá životnost: Běžně dosahují životnosti 25 000 až 50 000 hodin i více.
Okamžitý start: Svítí na plný výkon ihned po zapnutí.
Odolnost: Jsou odolné proti otřesům a častému spínání.
Bezpečnost: Produkují jen velmi málo tepla a neobsahují toxické látky jako rtuť.

Díky těmto vlastnostem LED technologie zcela ovládla trh s osvětlením pro domácí i komerční využití.

🇪🇺 Konec klasických žárovek v Evropě

V rámci boje proti změně klimatu a za zvýšení energetické účinnosti přijala Evropská unie v roce 2008 rozhodnutí o postupném ukončení prodeje neefektivních žárovek. Tento proces, známý jako phase-out, probíhal v několika fázích na základě směrnice o ekodesignu.

Fáze 1 (září 2009): Zákaz prodeje všech matných žárovek a čirých žárovek s příkonem 100 W a více.
Fáze 2 (září 2010): Zákaz prodeje čirých žárovek s příkonem 75 W a více.
Fáze 3 (září 2011): Zákaz prodeje čirých žárovek s příkonem 60 W a více.
Fáze 4 (září 2012): Zákaz prodeje zbývajících čirých žárovek s nižším příkonem (40 W a 25 W).
Fáze 5 (září 2018): Zákaz se rozšířil i na většinu typů halogenových žárovek.

Tento krok vedl k masivnímu rozšíření úsporných kompaktních zářivek a později především LED žárovek. Evropská komise odhaduje, že tento přechod šetří v rámci EU desítky terawatthodin elektřiny ročně a průměrné domácnosti ušetřil stovky eur. Podobné regulace přijaly i mnohé další země po celém světě, včetně Austrálie, Brazílie, Kanady a USA.

🎭 Kulturní dopad a symbolika

Vynález a masové rozšíření žárovky měly obrovský dopad na lidskou společnost, který daleko přesáhl pouhé osvětlení.

Prodloužení dne: Umělé osvětlení osvobodilo lidstvo od závislosti na přirozeném denním světle. Umožnilo práci, studium i zábavu ve večerních a nočních hodinách, což vedlo k zavedení směnného provozu v továrnách a zásadně změnilo sociální a pracovní návyky.
Zvýšení bezpečnosti: Osvětlení ulic ve městech dramaticky snížilo kriminalitu po setmění a zvýšilo pocit bezpečí.
💡 Symbol nápadu a inovace: Žárovka se stala univerzálním symbolem myšlenky, nápadu a geniality. Piktogram rozsvícené žárovky nad hlavou postavy je celosvětově srozumitelný jako zobrazení "aha momentu" – okamžiku, kdy někdo přijde na řešení problému.

✨ Zajímavosti

Nejdéle svítící žárovka na světě: V hasičské stanici č. 6 v Livermore v Kalifornii se nachází žárovka, která svítí téměř nepřetržitě od roku 1901. Tato ručně foukaná žárovka s uhlíkovým vláknem, známá jako Centennial Light (Stoleté světlo), je zapsána v Guinnessově knize rekordů. Původně 60wattová žárovka dnes svítí slabým výkonem okolo 4 wattů a je možné ji sledovat živě přes webkameru.
Plánované zastarávání: Paradoxně, právě dlouhá životnost prvních žárovek vedla výrobce k obavám z nízkých prodejů. V roce 1924 vznikl tzv. kartel Phoebus, mezinárodní dohoda předních výrobců žárovek (včetně firem jako Osram, Philips a General Electric), jejímž cílem bylo uměle omezit životnost žárovek na standardizovaných 1000 hodin. Tento kartel je považován za jeden z prvních a nejznámějších příkladů plánovaného zastarávání v průmyslu.
Předchůdce elektronky: Thomas Edison si při experimentech všiml, že z rozžhaveného vlákna ve vakuu unikají elektrony. Tento jev, dnes známý jako termoelektrická emise (dříve Edisonův jev), se stal základním principem pro vynález elektronky, která byla až do příchodu tranzistoru základním stavebním kamenem veškeré elektroniky.
Tepelný zdroj: Díky své nízké účinnosti a vysoké produkci tepla se klasické žárovky dodnes využívají tam, kde je teplo žádané, například v teraristice k vyhřívání terárií nebo v líhních.

Klasická žárovka s wolframovým vláknem.
Historická Edisonova žárovka s uhlíkovým vláknem.
Moderní a úsporná LED žárovka.
Různé typy patic žárovek.

Různé typy patic žárovek.

Reference