Hehkulamppu on valaisuun käytetty sähköinen laite, joka emittoi valoa näkyvillä aallonpituuksilla. Hehkulamppuja on tarjolla pienitehoisista ja volttien jännitteillä toimivasta versioista muutamien satojen volttien jännitteellä toimiviin versioihin. Toimiakseen hehkulamppu ei vaadi ulkoisia regulointikomponentteja ja toimii hyvin sekä vaihto- että tasajännitteellä. Hehkulampun mahdollistavaa tekniikkaa tutkittiin 1800-luvun alusta lähtien ja varsinaisen läpimurron tehneen version hehkulampusta kehitti Thomas Edison vuonna 1878. Nykyään energiankulutuksen vähentäminen on siirtämässä yleisvalaistuksen tekniikkaa pois hehkulampuista ja EU:n alueella hehkulamppujen myynti tulee loppumaan tietyn siirtämajan jälkeen. Tästä asiasta lukee tarkemmin mm. artikkelissa energiansäästölamppu. Joitain erikoisempia hehkulamppuja on tosin rajattu myynnin kieltävän asetuksen ulkopuolella [1] . [2]

Rakenne


Hehkulampun rakenteessa silmiinpistävimmät osat ovat lasinen suojakupu ja metallinen kanta, johon suojakupu kiinnittyy. Käyttökohteesta riippuen kannan ja suojakuvun muoto vaihtelevat ja joissakin pitkulaisissa hehkulampuissa lasisen suojakuvun kummassakin päässä on kanta. Lasisen suojavun sisällä on ohut, usein volframista valmistettu hehkulanka, ohuet hehkulankaa kannattelevat tukilangat sekä hehkulangasta kantaan menevät johtimet. Lisäksi suojakuvun sisällä on lasista valmistettu torni, jonka huipulle hehkulanka on sijoitettu. Suojakupu on täytetty jollain matalapaineisella neutraalilla kaasulla (eng. inert gas). Hehkulampun kannassa on kaksi toisistaan erotettua kontaktipintaa, joilla hehkulampulle saadaan kytkettyä jännite. Kannan sisäpuoli on eristetty emalipohjaisella eristeellä (eng vitrite). [3]

hehkulamppu_rakenne.jpg
Tyypillisen valaistuksessa käytettävän hehkulampun eri rakenneosat.

  1. Lasinen suojakupu
  2. Kanta
  3. Hehkulanka
  4. Hehkulangasta kantaan menevä johdin
  5. Tukilangat hehkulangalle
  6. Lasinen kannake tukilangoille
  7. Kannan sisällä oleva eriste.

Tavallisen valaistukseen käytetyn hehkulampun hehkulangan tyypillinen toimintalämpötila on noin 2000-3300 K [4] . Hehkulangan materiaalina usein toimivan volframin resistiivisyys huoneenlämmössä (20 C) on 5,25*10^(−8) Ω·m ja lämpötilakerroin on 0,0045 1/K [5] . Hehkulangan resistiivisyys muuttuu siis huomattavasti sen lämmetessä huoneenlämmöstä toimintalämpötilaansa (vrt. termistori). Kylmän vulframihehkulangan resistanssi on noin viidestoistaosa toimintalämpötilassa olevan hehkulangan resistanssista [6] .

Hehkulangassa tapahtuu haihtumista sen korkean, kohtuullisen lähellä valmistusmateriaalin sulamispistettä olevan toimintalämpötilan johdosta. Haihtuminen ei ole tasaista koko hehkulangan alueella, vaan pienistä resistiivisyyden ja langan halkaisin paksuuden vaihteluista johtuen lankaan muodostuu korkeampiresistanssisia kohtia. Näihin kohtiin muodostuu paikallisia positiivisia takaisinkytkentöjä ja ennen pitkään hehkulanka katkeaa tälläisesta kohdasta materiaalin haihtumisen seurauksena. Suojakuvun sisällä olevan neutraalin kaasun tarkoitus on hidastaa tätä haihtumista. Lisäksi suojakaasu toimii tässä tehtävässä tyhjiötä paremmin. [7]

Toiminta


hehkulamppu_toiminnassa.jpg
Hehkulampun ollessa päällä hehkulanka erottuu selvästi. Kuvassa 40 W hehkulamppu.

Hehkulampussa sähkövirta kulkee ohuen, metallisen hehkulangan läpi. Koska hehkulangan resistanssi on suuri, se alkaa lämmetä siinä kuluvan tehon johdosta ja edelleen hehkua lämmettyään tarpeeksi. Hehkumisen syynä on atomien lämpöliikkeen voimistumimen hehkulangan lämmetessä ja valokvanttien syntyminen lämpöliikkeen virittämien atomien varauksien purkautuessa. Kun atomien lämpöliike on tarpeeksi voimakasta, valokvantteja syntyy jatkuvasti ja emittoituva valo on värilämpötilaltaan tasaista, jatkuvaa valoa. [8]

Hehkulamppu emittoi sähkömagneettista säteilyä paitsi näkyvän valon aallonpituuksilla niin myös infrapunan aallonpituuksilla ts. lämpönä. Hehkulampusta emittoituukin lämpönä noin 90 % siinä kuluvasta energiasta. Huomionarvoista on myös hehkulampun näkyminen piiriin lähes puhtaana resistiivisenä kuormana, eli siinä ei kulu loistehoa juuri lainkaan [9] . [10]

Hehkulampun värilämpötilaksi mainitaan usein 2700 K [11] , mutta myös korkeampia värilämpötilaja, kuten 2850 K näkee mainittavan [12] .

Käyttökohteet


Yleisimmät hehkulampun käyttökohteet ovat erilaiset valaisuun käytettävät sovellukset, joissa hehkulamput ovat hyvin yleisiä halpojen valmistuskustannustensa johdosta. Yleisimmin hehkulamppuja tapaa erilaisten tilojen valaistuksessa varsinkin silloin kun valaistukseen halutaan kodikas tunnelma. Hehkulampun kellertävästä värilämpötilasta johtuen sen tuottama valo koetaan yleensä miellyttävän rauhallisena. Muita yleisiä hehkulampun käyttökohteita ovat erilaisten ajoneuvojen ajo- ja huomiovalot, vaikkakin näissä on viimeisen vuosikymmenen aikana ryhdytty enenevässä määrin käyttämään kaasupurkaus- ja ledivaloja. [13]

Hehkulamppujen tyypillisiä käyttökohteita ovat myös kuumat käyttökohteet, joissa esimerkiksi ledien ja energiansäästölamppujen toimintalämpötila ylittyy. Esimerkkinä tälläisesta käyttökohteesta on saunan valaiseminen, sillä energiansäästölampun suurin suositeltava käyttölämpötila on vain noin +40 C [14] .

Hehkulamppuja käytetään myös valokuvauskäytössä ja esimerkiksi erilaisissa projektoreissa. Näissä käyttökohteissa on yleistä hehkulangan lämpötilan suunnitellun arvon oleminen jopa vain muutamien kymmenten asteiden päässä sen sulamislämpötilasta. Näin saadaan käyttöön suuremmat valotehot sekä korkeammat värilämpötilat lampun keston kustannuksella. [15]

Hehkulamppua käytetään myös muissa kuin valaistussovelluksissa. Näissä hyödynnetään yleensä hehkulampun tuottamaa hukkalämpöä. Tällaisia kohteita ovat mm. siipikarjan kasvatuksessa hyödynnetyt haudontalamput, terraarioiden lämmityslamput, jotkin teollisuuden infrapunalämmitystä hyödyntävät kuivatusprosessit ja esimerkiksi sisutuselementteinä käytetyt laavalamput. [16] , [17]
  1. ^ http://www.airam.fi/tuotesivut%20html/lamput/direktiivi.html, viitattu 05.02.2010.
  2. ^ http://en.wikipedia.org/wiki/Incandescent_light_bulb, viitattu 05.02.2010.
  3. ^ http://en.wikipedia.org/wiki/Incandescent_light_bulb#Construction, viitattu 04.02.2010.
  4. ^ http://en.wikipedia.org/wiki/Incandescent_light_bulb#Construction, viitattu 04.02.2010.
  5. ^ Young, H. ja Freedman, R., Sears and Zemansky's University physics with Modern physics. 11 painos. San Fransisco 2004
  6. ^ http://en.wikipedia.org/wiki/Incandescent_light_bulb#Electrical_characteristics, viitattu 05.02.2010.
  7. ^ http://en.wikipedia.org/wiki/Incandescent_light_bulb#Reducing_filament_evaporation, viitattu 05.02.2010.
  8. ^ http://en.wikipedia.org/wiki/Incandescent_light_bulb, viitattu 03.02.2010.
  9. ^ http://en.wikipedia.org/wiki/Incandescent_light_bulb#Electrical_characteristics,viitattu 05.02.2010.
  10. ^ http://en.wikipedia.org/wiki/Incandescent_light_bulb#Efficiency_comparisons, viitattu 03.02.2010.
  11. ^ http://fi.wikipedia.org/wiki/V%C3%A4ril%C3%A4mp%C3%B6tila, viitattu 04.02.2010.
  12. ^ http://www.innojok.fi/valaistuss/index2.php?sivu=46, viitattu 04.02.2010.
  13. ^ http://en.wikipedia.org/wiki/Incandescent_light_bulb, viitattu 05.02.2010.
  14. ^ http://www.airam.fi/tuotesivut%20html/lamput/kaytettavyys.html, viitattu 05.02.2010.
  15. ^ http://en.wikipedia.org/wiki/Incandescent_light_bulb#Voltage.2C_light_output.2C_and_lifetime, viitattu 05.02.2010.
  16. ^ http://en.wikipedia.org/wiki/Incandescent_light_bulb, viitattu 05.02.2010.
  17. ^ http://en.wikipedia.org/wiki/Lava_lamp, viitattu 05.02.2010.