A világítás rövid története

Körülbelül 80 ezer évvel ezelőttre nyúlik vissza, amikor az első ember megismerkedett a tűzzel. Ekkor még nem vált külön a funkció, a tűzzel melegítettek, főztek és világítottak is egyben. Aztán elkezdett – igaz elég lassan – fejlődni a tűzgyújtás technológiája. Kr. e. 640 körül használták először a hegyikristályból készült lencsét a tűz meggyújtásához. Ennek az eszköznek az volt a hátránya, hogy csak napsütésben lehetett használni. Kicsivel később a rómaiak már elkezdték házaikat kőolajjal, petróleummal világítani. A petróleum a mai napig használatos a világítástechnikában.

Kr. e. 406 körül indulnak fejlődésnek az olajlámpások. Eleinte a mécsesek nyitottak voltak és úszó kanóc volt bennük. Maguk a mécsesek bronzból, vagy kőből készültek. Később már befedték őket és ez a fedő egyben dísze is lett a világító eszköznek és nem utolsó sorban sokkal biztonságosabbá is vált. A kanócot nem szabadon úsztatták, hanem kivezették a fedélen. Így alkalmassá vált, hogy betöltse a lámpa funkciót. Az olaj így nem lötyögött ki, nem lobbant lángra. Ez tekinthető a zseblámpa elődjének. Később rájöttek, hogy mennyivel egyszerűbb lenne újratölteni a lámpást, mint megvárni, amíg elalszik, majd felnyitni és újra megtölteni. Ezért az újabb típusoknál már betöltő nyílást is készítettek, így nem kellett megvárni, míg az olaj teljesen lefogy és sötétség lesz, hanem meglévő világítás mellett lehetett újratölteni. Ez a felfedezés lehetővé tette, hogy csillárként is funkcionáljon a mécses. Több kanócot vezettek ki, majd felfüggesztették. Később egy olyan lámpást készítettek, amely egy tartályból automatikusan újratöltötte az elhasznált olajat. Ez a kialakítás lehetővé tette, hogy sokkal szabadabban tudtak világítani, mert jóval kevesebb figyelmet igényelt.

Időszámításunk szerint 160 körül jelentek meg az első viaszgyertyák, faggyúgyertyák, de ezeket első sorban vallási szertartásoknál alkalmazták. Az otthonokban még mindig a petróleumlámpa volt a világítóeszköz. Kétfajta gyertyatípust készítettek. Az egyik a fáklya, amit faggyúval átitatott rostokból készítettek, a másik már hasonló a mai gyertyához, mert a közepébe kanócot vezettek, amit kénnel átitattak és folyékony viaszba, vagy fattyúba mártogatták. Ekkor találták ki a gyertyatartókat is. Itt már sok hasonlóságot találunk a manapság kialakított lámpáknál is.

1260-ban egy angol szerzetes, Roger Bacon rájön arra az összefüggésre, miszerint a világításhoz két dolog kell, maga az éghető anyag és a levegőben levő oxigén, ami kémiai reakcióba jön egymással. Ha nincs oxigén, nincs tűz se. Ezt egy zárt edénybe vizsgálta. Mindezidáig a tüzet önálló elemként ismerték. 1670 körül feltalálták a foszfort, amit ha kellő fénnyel megvilágítanak, maga az anyag is halványan világít.

1808-ban hatalmasat fejlődött ez az iparág, mert ekkor találták fel az első elektromos világítást. Ezidáig nyílt lánggal világítottak, tűzzel, olajmécsessel vagy fáklyával, de túl nagy előrelépést nem értek el ebben a témában. Az angol származású Humphry Davy feltalálja az ívlámpát. Ez a technológia úgy működik, hogy a galvánelem pólusait két szénrúddal összeköti, és azokat közelíti egymáshoz. Az így keletkezet feszültség a szűk részben ionizálja a levegőt, a szikrák átcsapnak és áram keletkezik. Sajnos ezt a felfedezést még nem tudta hasznosítani, mert a szénrúd hamar leégett, a közöttük keletkező nagy rés már nem tudta a levegőt ionizálni, így áram se keletkezett. Később azonban nagy haszna volt a felfedezésének.

1832-től már egyre több helyen gyertya helyett petróleumlámpát használnak, ami jóval tovább tart, mit a gyertya és biztonságosabb is. 1836-ban Irinyi János szabadalmaztatta a zajtalan és robbanásmentes gyufát (a gyufa fejében a foszfort nem kálium-kloráttal, hanem ólom-dioxiddal keverte).

1840-ben Robert Grove brit fizikus készít, egy un. . vákuum-izzólámpát, amiben izzótestként egy platinaspirál világít.

1846-ban feltalálják a gépi üvegfúvást és ennek a találmánynak nagy szerepe lesz az izzólámpák tömeggyártásában.

1848-bn megszerkesztik az első olyan ívlámpát, amiben a szénrúd nem ég le nagyon hamar, azaz gondoskodik a szénrúd előre tolásról, így már használható a világítás.

1854-ben elkészítik az első zárt üvegbúrában használt, elszenesített bambuszszálat. Ezt az izzólámpát, mint olcsó áramforrást, később tökéletesítik.

1862-ben Angliában elhelyezik az első világítótornyot, ami már villanyfénnyel működik.

1868-ban kísérlet képen elhelyezik az egyik forgalmas útkereszteződésen a gázlámpával működő jelzőkarokat, amit zöld és piros színnel világítanak meg. Sajnos ez nem járt szerencsével hosszú ideig, így felhagytak ezzel az irányítással.

1880-tól a technika fejlődése felgyorsította a kutatást is. Feltalálták a háromfázisú rendszert, ami képes az elektromos áramot kábelen keresztül távolabbra eljuttatni.

1885-ben Charles Fritts készítette el az első használható igazi napelemet. Ezt a típusú világítást, a mai napig használjuk. Egy táblán szelén réteget vékony és félig átlátszó aranyfilmmel vont be, ami folyamatosan tudott áramot termelni. Magyarázatot nem nagyon tudtak adni a történtekre, mert akkoriban még nem volt ismert a Napból származó teljes energiaspektrum felépítése.

1913-ban előállítják a wolframszálat, ami tartóssá teszi az izzólámpát.

1936-ban Budapesten, a Budapesti Ipari Vásáron mutatják be a kripton égőt. Ez a világítás már elég hosszú ideig képes megfelelő fényt biztosítani. A gomba formája a mai napig megmaradt.

1938-ban megjelenik az első fénycső.

1958-ban használnak először, un. xenon lámpákat. Ezeknek a lámpáknak a színhőmérséklete közel van a napfényhez és a fényhasznosítása is jó. Ezt követik a halogénizzók, majd a nagynyomású fémhalogén lámpák, utána pedig a fénykibocsátó diódákat, a LED-eket mutatják be.

1963-ban megkezdődik a napelemek tömeggyártása.

1994-től már megjelennek a lakóházakon a napelemek, mint alternatív és környezetbarát energiaforrás. Nemcsak a házunkban, hanem a kertben is alkalmazhatjuk ezt a környezetbarát világítást. Ma már olyan berendezések is kaphatóak, amik képesek a legkisebb jelzőfénytől akár az egész kertünket bevilágító erős fénykibocsátásra is. 2010-től tervezik a hagyományos izzók folyamatos kivonását, és helyüket átveszik az energiatakarékos izzók. 2010. január 5-től csak olyan eszközök adhatók el, amelyeknek készenléti módban az áramfogyasztása nem haladja meg az 1 Wattot. 2013-tól ezt az értéket 0,5 Wattra csökkentik.


A történetet átolvasva láthatjuk, hogy milyen hosszú út vezetett a mai világításhoz, mégis szívesen használjuk a legelső fényforrást, a tüzet. Igaz, ma már jócskán átalakult a funkciója, mert nem világításra, inkább hangulatos kerti összejövetelekhez, sütéshez, kerti főzéshez használjuk. Ebből is kiderül, hogy a 4 alapelem, a tűz, a víz, a föld és a levegő soha se fog végleg eltűnni, bármilyen irányban fejlődik is a technika.

Az elektromos világítás

Az izzólámpa az egyik legrégebbi elektromos fényforrásunk. Fényét elektromos áram által felizzított volfrám szál adja, az izzószálat az üvegburában lévő semleges gáz vagy vákuum óvja meg a levegő oxidáló hatásától. Az izzólámpát gyakran égőnek, vagy villanykörtének is nevezik.
Az izzólámpákat számos méretben, teljesítményben és névleges feszültségre gyártják. Az izzólámpák - a foglalaton és kapcsolón kívül - nem igényelnek egyéb külső elektromos működtető szerelvényeket, ezért az izzós világítás olcsón kiépíthető. Az izzók színvisszaadása elfogadott, megszokott (video, illetve filmfelvételekhez alkalmatlanul vörösbe hajló...) színhőmérsékletük pedig kellemes, meleg fényű 2700K. Az izzók fényárama lényegében bekapcsolás pillanatában eléri a maximális értékét, ami élettartama során csak kis mértékben csökken. Az általános célú izzók élettartama 1000 óra. A tömeggyártásnak köszönhetően nagyon olcsók. A fenti előnyös tulajdonságai miatt a háztartásokban az izzólámpa a legelterjedtebb fényforrás. Az izzók legnagyobb hátránya a kis fényhasznosítás azaz a kis hatásfok, hiszen a belevezetett energia mindössze 2(kettő!)-5(öt!)%-át hasznosítják fényként, a többi hőként kárba vész.

Az izzólámpa története:

A ma használatos izzólámpa ősét Thomas Alva Edison találta fel, illetve hivatalosan őt tekintjük feltalálójának. Robert Friedel és Paul Israel történészek Edison-on és Joseph Wilson Swan-on kívül még 22 feltalálót említenek meg, de Edisonnak sikerült először megfelelő izzítható anyagot találnia, nagy vákuumot elérnie, valamint Edison izzólámpái - nagy ellenállása miatt - gazdaságosan üzemeltethetők voltak központosított elektromos hálózatról, amit szintén ő dolgozott ki.

Kezdeti kutatások:

1802-ben Humphry Davy rendelkezett a világ legnagyobb elektromos telepével a Royal Institution of Great Britain-en. Ebben az évben elsőként izzított fel egy vékony platina szálat elektromos áram segítségével. Bár lámpája nem volt se fényes, se tartós, ennek ellenére meghatározó volt a további kutatások szempontjából. 1809-ben Davy alkotta meg az első szénelektódos ívlámpát, melyet 1810-ben mutatott be a Royal Institution-on.[4]
1840-ben Warren de la Rue egy tekercselt platina szállal rendelkező, vákuumos, burába zárt lámpát készített. Az izzószálat elektromos árammal hevítette. Bár az ötlet kitűnő volt, a platina ára miatt találmánya mégsem terjedhetett el.
1841-ben Frederick de Moleyns szabadalmaztatta a platina izzószálas vákuumos izzót
1845-ben az amerikai John W. Starr szabadalmaztatta a szénszálas izzót, de sajnos röviddel a szabadalom megszerzése után meghalt.
1851-ben Jean Eugène Robert-Houdin blois-i birtokán a nyilvánosság előtt mutatta be izzólámpáit. Lámpái állandó kiállításon láthatók a blois-i Chateau múzeumban.
1874-ben A. N. Lodygin szabadalmaztatta izzólámpáját.
Észak-Amerikában is sokan kísérleteztek az izzólámpák kifejlesztésével. 1874 július 24-én a kanadai Henry Woodward és kollégája, Mathew Evans szabadalmát jegyeztek be. Lámpáikban különböző méretű és formájú szén rudak (izzószál) voltak, melyeket elektródok tartottak. Az izzószálat burával védték és nitrogén védőgázt alkalmaztak. Megpróbálták kereskedelmi forgalomba honi a lámpát, de nem jártak sikerrel. Végül a szabadalmat 1879-ben eladták Edison-nak.

A tömeggyártható izzólámpa megalkotása:

Joseph Wilson Swan (1828–1914) angol fizikus és kémikus 1850-ben kezdett elszenesített papírizzószálas, vákuumos lámpákkal kísérletezni. 1860-ra már be tudta mutatni működő lámpáját, de jó vákuum és megfelelő áramforrás hiányában csak rövid ideig működött. Az 1870-es évek közepén már jobb vákuumot tudtak elérni, így Swan folytatta kísérleteit. Charles Stearn vákuum szivattyú szakértő segítségével 1878-ban Swan kifejlesztett egy eljárást, mellyel elkerülhetővé vált a bura korai feketedése. Az eljárást 1880-ban szabadalmaztatta. Swan volt az első ember a világon, akinek otthonában izzólámpák világítottak és az ő háza volt az első, melynek áramellátását vízenergia biztosította. Az 1880-as évek elején Swan megalapította saját cégét.
Thomas Edison (1847–1931) 1878-ban komoly fejlesztésbe kezdett, hogy megalkossa a gyakorlatban is használható izzólámpát. A fém izzószálakkal való kísérletezgetés után visszatért a szénszálas izzók fejlesztéséhez. Az első sikeres kísérlet 1879. október 22-én volt, izzója 13,5 órán át működött. Edison továbbfejlesztette lámpáit és 1879 November 4-én bejegyeztette szabadalmát. (U.S. Patent 0,223,898 ``a carbon filament or strip coiled and connected ... to platina contact wires.``) Bár a szabadalom sok szénszál előállítási módot írt le, beleértve a papírból, pamutból és fából készítetteket is, néhány hónappal a bejegyzés után Edison és csapata felfedezte, hogy a bambuszból készített izzószállal akár 1200 üzemórát is el lehet érni.
Hiram S. Maxim 1880. októberében szabadalmaztatta a szénszál hidrogénkarbonátokkal történő bevonását az élettartam növelése érdekében. Alkalmazottja, Lewis Latimer kifejlesztett egy hőkezelési eljárást, mely a szénszál törékenységét csökkentette és lehetővé vált az izzószálak formára hajlítása. Szabadalmát ``Process of Manufacturing Carbons,`` 1882 január 17-én jegyeztette be. Latimer még egyéb szabadalmakat is bejegyeztetett, pl. újabb eljárásokat az izzószál és az árambevezető összekötésére.
Carl Auer von Welsbac osztrák feltaláló az 1890-es években először platina szálas, majd ozmiumból készült izzólámpát fejlesztett ki. A működő változatot 1898-ban szabadalmaztatta, majd 1902-ben piacra dobta. Ez volt az első fémszálas izzólámpa.
Walther Nernst német fizikus és kémikus 1897-ben kifejlesztette a későbbiekben róla elnevezett Nerst lámpát, melynek izzószála kerámiából készült és nem volt szükség vákuumra vagy töltőgázra, így burára sem. Kétszer hatékonyabb volt az akkori szénszálas izzókhoz képest, és népszerű is volt, míg a fémszálas izzók meg nem jelentek.
Willis Whitnew 1903-ban feltalálta a fémbevonatú szénszálat, mely már nem annyira feketítette be a lámpa buráját.
Just Sándor és Hanaman Ferenc az Egyesült Izzólámpa és Villamossági Rt. mérnökei 1904 december 13-án Budapesten szabadalmaztatták volfrám izzószál gyártási eljárásukat, melynek a lényege az volt, hogy volfrámszuszpenziót vittek fel a szénszálra, majd ez utóbbit - miután a volfrám felvette a szénszál alakját - hevítéssel eltávolítottak. Az így készített izzószál fényesebben világított és hosszabb élettartammal bírt, mint az eddigi szénszálas izzók. Volfrámszálas izzót először az Egyesült Izzó és Villamossági Rt. gyártott és Európa-szerte Tungsram márkanéven vált ismertté.
1906-ban a General Electric szabadalmaztatta a porkohászati úton történő volfrám izzószál gyártási technológiáját, mely igen költséges volt, de William D. Coolidge 1910-ben kifejlesztett egy hatékonyabb porkohászati és húzási eljárást. A volfrámszálas izzó hamar elterjed a világon és kiszorította az egyéb anyagból készült izzókat.
1913-ban Irving Langmuir felismerte, hogy ha a lámpát vákuum helyett semleges gázzal tölti meg, akkor kétszeresére növelhető a hatásfok és a bura feketedés is jelentősen csökkenthető.
1927-ben Millner Tivadar és Túry Pál kidolgozták az ún. nagykristályos volfrám gyártási technológiáját. Az akkor rendelkezésre álló volfrámból készült spirálok a magasabb hőmérsékleteken megnyúltak,ami a felelet növekedését és így fokozottabb hűlést eredményezett. Túry és Millner különleges adalékolással előállított, durvább kristályszerkezetű volfrámjából lehetett először alaktartó, ``belógás mentes`` spirálokat gyártani, ami nemcsak a fényforrások, hanem az elektroncsövek területén is forradalmi előrelépést jelentett.
Az 1930-as években Bródy Imre és kutató csapata felismerte, hogy jobb fényhasznosítás és hosszabb élettartam érhető el, ha az izzó buráját kripton gázzal töltik fel. A kriptonlámpa szabadalmát 1930-ban jegyezték be, az első kripton izzólámpát pedig az 1936-os Budapesti Ipari Vásáron mutatták be. Bródy a kripton levegőből történő kinyerését is kifejlesztette.

Felépítése és működése:

Az izzólámpák leggyakrabban egy körtére emlékeztető üvegburából és egy menetes vagy szuronyzáras (bajonettzáras) fejből állnak. A burában középen egyszeresen, vagy kétszeresen spirálos volfrám-szál van, volfrám vagy molibdén tartókra felfüggesztve. A burában kisebb teljesítményű izzóknál vákuum, nagyobbakban pedig argon, illetve nitrogén gáz van. A bura anyagát tekintve leggyakrabban lágyüveg, halogénizzók esetén keményüveg vagy kvarc. A lámpa feje leggyakrabban Edison-menetes kivitelű, ehhez az árambevezetőket lágyforrasztással, vagy ponthegesztéssel rögzítik. Magát a fejet pedig ragasztással rögzítik a burához.
Villamos áram hatására az izzószál a lámpa típusától függően 2000 K ... 3300 K hőmérsékletre melegszik fel (a volfrám olvadáspontja 3695 K), minek következtében elektromágneses energiát sugároz ki, főként az infravörös és kisebb részben a látható fény tartományban. A kisugárzott fény spektruma folytonos, azaz - bár eltérő intenzitással - minden szín megtalálható benne.
A volfrám jól közelíti az ideális feketetest tulajdonságait, ezért sugárzása nagyon közel esik a Planck-törvényből számolhatóval. Ebből adódóan a szál hőmérséklete egyértelműen megadja mind a kapott fény spektrumát, mind az elérhető maximális fényhasznosítást.

Az izzólámpa helyettesítése:

1980-as években fejlesztették ki az izzólámpák helyettesítésére a kompakt fénycsöveket. A kompakt fénycső - amit a köznyelvben helytelenül energiatakarékos izzónak neveznek - egy a hagyományos foglalatba becsavarható, működtető elektronikával ellátott fénycső. E fényforrások (a minőségi típusok) élettartama akár 10...15-ször nagyobb, mint a hagyományos izzóké, energiaigényük - azonos fényáram mellett - az izzók energiaigényének kb. 20%-a Színvisszaadásuk jó, meleg- és hidegfényű kivitelben is kaphatók. Az izzóval szembeni legnagyobb hátránya a magasabb beszerzési költsége
Az izzókat LED lámpákkal is helyettesíthetjük. A LED élettartama 50-szeresére tehető az izzókénak. Hideg - és melegfényű kivitelben is kaphatók. Fényhasznosításuk kb nyolcszorosa az izzókénak. Jelenleg a LED-lámpák ára magas, de a technológia fejlődésével az árcsökkenés folyamatos.