Abecadlo - Koniec świet(l)nego gadżetu

Koniec świet(l)nego gadżetu

Technika i gadżety
2023 / 07 / 19

W naszej rubryce zwykle opisujemy gadżety, które niedawno się pojawiły, albo korzystają z nowoczesnych technologii. Bohaterem dzisiejszego tekstu jest bardzo stary gadżet i na pewno nie nowoczesny. Opatentowany został bowiem już półtora wieku temu. W 1880 roku zrobił to jego wynalazca, Thomas Edison. Chodzi o żarówkę, która jednak odchodzi do lamusa. Ba, będzie wręcz wkrótce zakazana.

Warto dodać, że cztery lata przed opatentowaniem żarówki, urodzony w Ohio Edison założył laboratorium w Menlo Park, w New Jersey. Celem laboratorium było stałe doskonalenie rozwiązań technologicznych, co zaowocowało wieloma patentami. Na nazwisko Edisona zarejestrowano łącznie 1093 patenty. Edison przeprowadził się później do West Orange w New Jersey, gdzie mieszkał do śmierci w 1931 roku. Tam też uruchomił kolejne laboratorium. Można je dziś oglądać, gdyż jest częścią muzeum Thomasa Edisona.

Jak genialnym wynalazkiem była żarówka, pokazuje fakt, że przez ponad stulecie nie dała się wyprzeć żadnej konkurencji. Wprawdzie w 1935 roku wynaleziono lampę fluorescencyjną (wynalazek przypisuje się kilku różnym osobom), ale pomimo kolejnych udoskonaleń nie zastąpiła ona żarówki Edisona. Choć jest bardziej efektywna, tzw. świetlówka wymaga dodatkowego osprzętu i ma sporo wad. Jej działanie polega na wywołaniu wyładowań elektrycznych w mieszaninie gazów, wypełniających żarówkę. Przy wyładowaniach powstaje światło ultrafioletowe. Jest ono niewidzialne dla człowieka, ale pobudza do świecenia luminofor, którym pokryta jest wewnętrzna powierzchnia szklanej obudowy żarówki.

Żarówki fluorescencyjne są jednak wrażliwe na niskie temperatury i częste ich włączanie. Dlatego zwykle stosuje się je w miejscach, gdzie świecą niemal bez przerwy, np. w halach produkcyjnych. Muszą być jednak używane w parach, aby zmniejszyć efekt stroboskopowy. Światło takich żarówek pulsuje bowiem w takt częstotliwości zasilania. Powoduje to zmęczenie oczu, a nawet jest niebezpieczne przy pracy na maszynach z ruchomymi elementami. Efekt stroboskopowy może czasem wywoływać wrażenie, że oświetlony element nie rusza się, chociaż w rzeczywistości np. obraca się z częstotliwością zgodną z częstotliwością pulsowania światła lub zgodną z wielokrotnością tej częstotliwości. Zastosowanie pary świetlówek, których pulsowanie jest przesunięte w fazie, niweluje efekt stroboskopowy.

Żarówka Edisona jest znacznie prostsza w budowie. To po prostu drucik z wolframu, przez który przechodzi prąd. Odpowiednio duże natężenie powoduje tak silne rozgrzanie drucika, że zaczyna on się żarzyć. Dlatego drucik nazywa się żarnikiem, a całe urządzenie żarówką. Żarnik zamknięty jest w bańce szklanej, z której wysysa się powietrze. Brak tlenu wydłuża żywotność żarówki, bo żarnik spala się w wolniejszym tempie.

Takie tradycyjne żarówki spotyka się dziś już coraz rzadziej. Amerykański Departament Energii zapowiedział, że od 1 sierpnia br. produkcja i sprzedaż tego gadżetu Edisona będzie zakazana. Dlaczego? Bo jest on bardzo energochłonny. Aż 90% zużywanej energii zamieniane jest na ciepło. Istnieją dziś już rozwiązania, które są znaczenie bardziej efektywniejsze. Kompaktowe żarówki fluorescencyjne (CFL) marnują na ciepło tylko 30% energii, a diody świecące (LED) nawet jeszcze mniej.

Żarówka tradycyjna i CFL to zupełnie inna technologia, ale wkręcane są w tę samą oprawkę.

Wytyczne dotyczące przechodzenia na takie rozwiązania opracowała Agencja Ochrony Środowiska (EPA) już w latach 2010-2012. Wdrażanie ich w życie zablokował w 2019 roku prezydent Donald Trump. Obecna administracja powróciła do starych planów i od 1 sierpnia żarówki z żarnikiem mają być wycofane. Kupionych wcześniej będzie można dalej używać, ale producenci łamiący zakaz mogą zapłacić karę nawet 542 dolary od każdej żarówki. Wyjątkiem będą żarówki do celów specjalnych, jak np. emitujące światło podczerwone, żarówki kolorowe czy stosowane w różnych urządzeniach (np. w lodówce).

W grudniu ubiegłego roku opracowano też nowe standardy dla żarówek CFL. Mają emitować co najmniej 45 lumenów na każdy wat pobieranej mocy. Ale przewiduje się, że ten rodzaj żarówek zostanie także całkowicie wycofany ze sprzedaży, być może już w 2025 roku.

Skrót CFL oznacza Compact Fluorescent Bulbs, czyli kompaktową żarowkę fluorescencyjną. Została skonstruowana już w 1976 roku, ale ze względu na wysoką cenę, musiała jeszcze czekać kilka dekad na szersze zainteresowanie. Jej zaletą jest oczywiście mniejsze zużycie energii niż tradycyjnej żarówki. A więc jej moc nie jest już oczywistym wyznacznikiem jasności. Dlatego w opisach żarówek pojawiła się nowa wielkość fizyczna - strumień światła, którego jednostką jest lumen. Dzięki temu można porównać wydajność świetlną żarówek wykonanych w różnych technologiach.

Tradycyjna żarówka o mocy 100 W daje strumień światła o wartości ponad 1300 lumenów. Aby uzyskać taki sam strumień, żarówka CFL zużywa już tylko 20-30 W. To oznacza oszczędność 70%-80%. Warto przy tym pamiętać, że strumień światła jest wielkością określającą moc światła emitowanego przez dane źródło. A jasność jest subiektywnym wrażeniem ludzkiego oka. Dlatego dwukrotnie większa liczba lumenów na żarówce nie oznacza dwukrotnie jaśniejszej żarówki.

Żarówki CFL i LED są od samego początku opisywane wartością strumienia światła. Ale dla większości klientów wciąż najbardziej zrozumiały jest ekwiwalent mocy tradycyjnej żarówki. Producenci umieszczają więc na opakowaniu żarówek CFL i LED liczbę watów żarówki żarowej, która miałaby taką samą jasność. To z kolei pozwala klientom wciąż pozostawać w starych przyzwyczajeniach. Problem polega na tym, że nie każdy producent stosuje taki sam ekwiwalent wartości pomiędzy żarówkami różnego typu. Rządowa strona opisująca standard Energy Star podaje tabelę, która ma służyć znalezieniu zamienników. Moc żarówek CFL podaje jako zakres, bo mają one różną efektywność, w zależności od modelu.

Departament Energii zwraca uwagę na konieczność recyklingu żarówek CFL. W jej wnętrzu znajdują się bowiem opary rtęci. W razie stłuczenia takiej żarówki zalecane jest natychmiastowe przewietrzenie pomieszczenia i zbieranie okruchów szkła w rękawicach ochronnych.

Ilość rtęci w żarówce jest bardzo mała. Średnio jest to 4 miligramy. Niektórzy producenci zmniejszyli tę ilość nawet do 1 miligrama. Tymczasem w tradycyjnym termometrze rtęciowym jest około 500 mg tego metalu. Niemniej masowa skala korzystania z żarówek nakazuje ostrożne obchodzenie się z nimi i obowiązkowy recykling niestłuczonych żarówek.

Nowe przepisy wymuszą korzystanie z żarówek CFL lub LED przez wszystkich w USA. Nikt nie lubi przymusu, ale Departament Energii zapewnia, że konsumenci zaoszczędzą 3 miliardy dolarów rocznie na rachunkach za prąd. Wprawdzie cena żarówki CFL czy LED jest wyższa, ale żywotność zdecydowanie większa.

Niektórzy narzekają, że wcale nie są one aż tak żywotne, jak się je reklamuje, ale najczęściej wynika to z jakości kupowanych żarówek. Tradycyjne były kiedyś na tyle tanie, że cena o kilka centów niższa nie przekonywała do kupowania tanich produktów nieznanych firm. Obecnie, nawet znani producenci oferują żarówki, których ceny potrafią różnić się o kilka dolarów. Niestety, ich jakość i żywotność również.

Oszczędność na zużywanej energii jest jednak na tyle duża, że nawet najmniej trwałe żarówki CFL przynoszą zysk w stosunku do tradycyjnych. Żarówka tradycyjna powinna świecić 1000-1500 godzin. Żarówka CFL nawet 10 razy dłużej. Ale nawet jeżeli działać będzie zaledwie 1000 godzin, na pewno się zwróci. 100-watowa żarówka tradycyjna zużyje w tym czasie 100 kWh energii, a CFL tylko 30 kWh. Zaoszczędzone 70 kWh to kilkanaście dolarów różnicy na rachunku.

Żarówki CFL też kiedyś zostaną wycofane. Już obecnie wiele osób używa zamiast nich żarówek półprzewodnikowych czyli LED. Czy całkowite przestawienie się na taki rodzaj przyniesie podobne oszczędności jak rezygnacja ze starych żarówek Edisona? O tym napiszemy w następnej rubryce "Technika i gadżety", podając przy okazji kilka ciekawostek dotyczących żarówek LED.