Gloeilamp

Een gloeilamp is een glazen voorwerp waarin licht geproduceerd wordt door het verhitten van een gloeidraad of filament. Als de lamp op een stroombron of spanningsbron wordt aangesloten gaat door de gloeidraad een stroom lopen, waardoor deze heet wordt en licht gaat uitstralen. De gloeidraad bestaat uit het overgangsmetaal wolfraam. In de begintijd van de gloeilamp werden ook koolstof (afkomstig van bamboe of zijde of cellulose) of de metalen Platina of Osmium gebruikt. Lampen met koolstof gloeidraad (de zogenaamde kooldraadlampen) worden nog op zeer bescheiden schaal geproduceerd en enkel gebruikt voor decoratieve doeleinden. Philips heeft in 2007 zijn laatste kooldraadlampenmachine in Weert stopgezet.

De elektrische weerstand van de gloeidraad (afhankelijk van dikte en soort materiaal) wordt zodanig gekozen dat deze niet te heet wordt bij de aanbevolen elektrische spanning. De elektrische weerstand van een gloeidraad bestaande uit wolfraam, is in koude toestand maar een paar tot enkele tientallen ohm en wordt direct na het aansluiten van de spanning onder invloed van de ontwikkelde warmte enkele honderden tot duizenden ohm. Bij het aanschakelen van een gloeilamp ontstaat daardoor een stroompiek, wat vaak de oorzaak is van het doorbranden van de gloeidraad als deze al een dunne plek bevatte.

De gloeidraad wordt tegen verbranden beschermd door een glazen ballon waarin geen of zeer weinig zuurstof aanwezig is. Als zuurstof uit de lucht door beschadiging van de ballon bij de gloeidraad kan komen, verbrandt deze binnen een seconde na het inschakelen. Tot ongeveer 1960 werd de ballon van gloeilampen vacuüm gemaakt. Tegenwoordig wordt de ballon gevuld met een niet-reactief gas zoals stikstof of een edelgas zoals argon of xenon. In vergelijking met gasgevulde lampen hebben vacuümlampen een ballon van een grotere diameter en dikker glas. Het glas van een gasgevulde lamp is niet veel dikker dan een vel papier. Toch is het glas bestand tegen enige druk, doordat dit in een sterke vorm geblazen is.

Ook in een gloeilamp met onbeschadigde ballon verdampt het materiaal van de gloeidraad heel geleidelijk door de verhitting en slaat neer op de binnenkant van de glazen ballon, die daardoor donkerder wordt. Door de ballon te vullen met gas wordt dit proces verminderd. Aanwezigheid van sporen van waterdamp versnelt juist het proces.

De (klassieke) gloeilamp wordt nog steeds het meest gebruikt voor binnenverlichting.

Halogeenlamp

In een halogeenlamp wordt de verdamping van de gloeidraad tegengegaan door de ballon te vullen met een inert gas onder hoge druk. Om die druk te kunnen weerstaan heeft de lamp een veel kleinere ballon. Daardoor wordt het glas veel heter (ca. 250 graden) en er wordt dan ook een speciaal hittebestendig glas voor gebruikt. Zonder andere maatregelen zou de kleine lampballon veel eerder zwart worden door neerslag van verdampte gloeidraadatomen.

Daartegen wordt in de lamp een kleine hoeveelheid halogeen (bijvoorbeeld jodium) aangebracht, dat door de hitte gasvormig wordt. Het halogeen gaat in de koudere gedeelten van de lamp een verbinding aan met het verdampte materiaal van de gloeidraad. Deze gasvormige verbinding ontleedt weer in halogeen en metaal wanneer hij dicht bij de zeer hete gloeidraad komt, en het metaal slaat weer neer op de gloeidraad waardoor de levensduur ervan verlengd wordt. Tezamen geven het inerte gas en het halogeengas zoveel verlenging van levensduur dat de lamp gewoonlijk op een hogere werktemperatuur gebruikt wordt. Daardoor is het licht iets witter dan van een normale gloeilamp, maar belangrijker is dat het rendement daardoor aanmerkelijk hoger ligt.

De laagspanningshalogeenlamp combineert bovenstaande voordelen met een derde principe: werkend op een lagere spanning (gewoonlijk 12 V) is de gloeidraad (bij gelijkblijvend wattage) veel dikker dan die van een lamp van 220 V. Vanzelfsprekend gaat hij daardoor langer mee. De laagspanningshalogeenlamp wordt dan ook op een nog hogere werktemperatuur gebruikt; het licht is nog iets witter en het rendement nog iets beter. Een belangrijk voordeel van dit type lamp is dat hij zo klein is; het licht is gemakkelijk te bundelen. Typen met een ingebouwde (efficiënte) reflector zijn volop te koop. Ze zijn goed geschikt als leeslamp of accentverlichting.

HIR

In 2003 kwamen de eerste halogeenlampen op de markt met HIR-technologie (Halogen Infra Red). Dit zijn altijd laagspanningslampen met ingebouwde reflector. De reflector weerkaatst de infrarode warmtestraling terug naar de gloeidraad, en helpt zo mee om de temperatuur van de draad hoog te houden; de warmtestraling wordt als het ware "hergebruikt". Het rendement van dit type is dan ook aanzienlijk hoger (tot ca. 40 lm/W)

Spectrum

Doordat een gloeilamp licht produceert door verhitting, zal een gloeilamp over het algemeen een lichtspectrum hebben dat een accent heeft in het rode gebied. Hierdoor oogt het licht van een gloeilamp geelachtig. De meeste energie wordt in het infrarode gebied uitgestraald.

Doordat er licht in het hele spectrum wordt uitgezonden is de kleurweergave van een gloeilamp uniek hoog en is deze lamp zeer geschikt voor werkzaamheden waar een extreem hoge kleurweergave van belang is.

Omdat een geelachtige kleur niet altijd gewenst is, plaatst men wel kleurenfilters voor de lamp. Dit gebeurt veelvuldig in het theater, waar de technici bijvoorbeeld correctiefilters gebruiken om daglicht na te bootsen. Deze filters houden dan het gele licht tegen en laten veel blauw door. Er zijn ook zogeheten daglichtlampen verkrijgbaar die veel gebruikt worden om binnenshuis planten mee te verlichten.

Uitvinding

De uitvinding van de gloeilamp wordt vaak toegeschreven aan Thomas Alva Edison. Edison was echter slechts een van de velen die bijdroegen aan de ontwikkeling van een praktisch middel om met elektriciteit licht te genereren. De reeds bestaande koolstofbooglamp was ondanks het helderwitte licht niet praktisch genoeg. In 1801 experimenteerde Humphry Davy al met een gloeiende platinadraad, die echter onmiddellijk verbrandde.

In 1854 slaagde Heinrich Göbel uit Duitsland erin de eerste echte gloeilamp te maken. Zijn gloeilamp bestond uit een verkoolde bamboevezel in een vacuümgezogen eau-de-colognefles. Hij kon de fles vacuüm trekken door deze te vullen met kwik en hem daarna leeg te laten lopen. Door het vacuüm kon de bamboevezel niet verbranden. Göbels lamp brandde 400 uur. Edison vroeg 25 jaar later octrooi aan op een zelfde soort lamp. Göbel betwistte het patent voor de rechtbank en kreeg in 1893 zijn gelijk. Hij overleed echter in hetzelfde jaar.

Invloeden

De gloeilamp heeft niet alleen als zodanig zijn diensten bewezen, maar ze stond ook aan de wieg van andere belangrijke uitvindingen. Zo vloeide de ontdekking van de kunstvezel mede voort uit onderzoek naar kooldraadgloeilampen. Later zijn het gloeilampenfabrikanten geweest die het principe van de elektronenbuis ontdekten, waarmee de ontwikkeling van de elektronica een aanvang nam.

Gloeilampenfabriek in Nederland

De Rus Achilles de Khotinsky begon op 24 december 1883 in Rotterdam de eerste gloeilampenfabriek van Nederland; N.V. Elektriciteits-Maatschappij, Systeem 'de Khotinsky'. Naast het fabriceren van gloeilampen wilde de onderneming Rotterdam aansluiten op een lichtnet. Twee werknemers van dit bedrijf, Roothaan en Alewijnse, richtten later in Nijmegen een eigen gloeilampenfabriek op. Een paar jaar later, in 1887, begon Johan Boudewijnse de Firma Johan Boudewijnse te Middelburg en in 1889 richtte Frederic R. Pope in Venlo de gloeilampenfabriek Goossens, Pope & Co op.

Nadat Gerard Philips de wintertuin van Hotel Krasnapolsky had bezocht, raakte hij zo gefascineerd door het gloeilicht dat hij besloot gloeilampen te gaan produceren. Dit idee leidde tot de oprichting van een gloeilampenfabriek in Eindhoven in 1891. Een fabriek die uiteindelijk uitgroeide tot de multinational Koninklijke Philips Electronics.
Ook daarna zijn nog gloeilampenfabrieken in Nederland opgericht, zoals Metaaldraadgloeilampenfabriek Volt in 1909 te Tilburg. Deze is later geleidelijk door Philips overgenomen, evenals Pope. Dan werd in 1919 nog Splendor opgericht te Nijmegen. Ook deze fabriek kwam onder invloed van Philips te staan.

Rendement

De gloeilamp staat ook bekend om zijn lage rendement. Het rendement is het licht dat de lamp produceert per hoeveelheid energie die je erin stopt. Het rendement van de 'gewone' gloeilamp ligt tussen 5 en 10%, d.w.z. bij een 100 W lamp, wordt slechts 5 tot maximaal 10 watt omgezet in zichtbaar licht. De rest gaat verloren in de vorm van onzichtbare warmte, vooral stralingswarmte (infrarood 'licht').

Bij een gloeilamp hangt het rendement direct samen met de temperatuur van de gloeidraad: als die hoger is verschuift het hele spectrum naar boven: het licht wordt witter; er wordt minder infrarood uitgestraald en meer zichtbaar licht. Echter: een hogere temperatuur bekort de levensduur van de gloeidraad, dus van de lamp, en dat is natuurlijk ook onvoordelig. Voor een normale gloeilamp wordt als beste compromis een temperatuur van ca. 2500 graden Celsius (2800 kelvin) aangehouden, wat een levensduur geeft van ca. 1000 uur.

Bij een laagspanningshalogeenlamp wordt een temperatuur van ca. 2900 °C (3200 K) aangehouden. Dat betekent een veel hoger rendement: ca. 15 à 20%. De nieuwste lampen met HIR-technologie komen op ca. 30%. Ter vergelijking: het rendement van een spaarlamp is ca. 40%, van een tl-buis 65%. Dus: het elektriciteitsverbruik daalt als je een ouderwetse grote gloeilamp vervangt door een halogeenlamp, een tl-buis of een spaarlamp die dezelfde hoeveelheid licht geeft.

Om het energieverbruik terug te dringen wil Australië in 2010 minimumeisen stellen aan het rendement van lampen. In de media wordt dit vaak een "verbod op gloeilampen" genoemd, maar dat is een misverstand. De gewone gloeilamp zal aan die eisen niet kunnen voldoen; de (laagspannings-)halogeenlamp wél. Ook in de regering van België zijn stemmen opgegaan voor soortgelijke maatregelen. Hetzelfde geldt voor de staat Californië in Amerika en voor Nederland.

Invloed klimaat op rendement: Het nadeel van het lage lichtrendement is in Nederland en andere landen met een gematigd klimaat betrekkelijk. De verlichting gaat in de regel pas aan zodra het donker wordt, waarbij in landen als Nederland ook vaak de verwarming aangaat. De warmte die van een gloeilamp afkomt zorgt ervoor dat de thermostaat sneller afslaat waardoor er minder gas c.q. elektriciteit verbruikt wordt voor de verwarming. Slechts in de zomermaanden haalt de spaarlamp zijn volle rendement, maar in die periode gebruiken we juist minder kunstlicht. Er moet bij deze rekensom echter wel rekening gehouden worden met de inefficiëntie van elektrische verwarming aangezien er verlies is bij de opwekking van elektriciteit uit gas c.q. kolen/biomassa en er verlies optreedt bij het transport van de elektriciteit van de centrale tot de gebruiker.

Elektrisch verwarmen (want dat is het eigenlijke effect van een gloeilamp) kost ca. 2,5 maal zoveel brandstof als gasverwarming. Desalniettemin is de besparing door gebruik van een spaarlamp gedurende de periode dat de kachel brandt niet 80% maar ca. 50%. Met andere woorden, het totaal-rendement van een gloeilamp is in die periode ca. 20%. Ten opzichte van een laagspanningshalogeenlamp is de met een spaarlamp bereikte besparing in die periode dan ook vrijwel te verwaarlozen. In landen met een tropisch klimaat is de besparing natuurlijk veel groter, zeker wanneer ook nog eens airconditioning gebruikt wordt (elektrische opwarming door lamp gevolgd door elektrische koeling).

Aansluitvoeten

Er zijn twee modellen en in totaal 7 types:
• B (Bajonet)
B22 bajonet
B15 kleine bajonet
B22R Compact
• E schroefdraad (Edison)
E22 schroefdraad Edison
E14 kleine schroefdraad Edison
E40 Goliath schroefdraad Edison
E27R compact Edison

De langst brandende gloeilamp

De langst brandende gloeilamp brandt tot op de dag van vandaag nog steeds en hangt in een brandweerkazerne in Livermore (Californië). Hij brandt al sinds 1901 (107 jaar) met een kleine onderbreking toen hij naar de nieuwe centrale is verhuisd en brandt op een eigen stroomvoorziening van 120 volt.

Afschaffen in Nederland

Minister Jacqueline Cramer van VROM zei op 21 mei 2007 nog deze kabinetsperiode de verkoop van gloeilampen te willen verbieden. De minister erkent dat spaarlampen in aanschaf duurder zijn, maar wijst erop dat lagere gebruikskosten en langere levensduur reeds binnen twee tot drie jaar de balans in het voordeel van de spaarlamp doen doorslaan. Cramer deed haar uitspraken tijdens een werkbezoek aan het elektronicaconcern Philips in Eindhoven. Eerder maakte Australië al bekend dat het in 2010 gloeilampvrij wil zijn. Bij de praktische consequenties van een verbod is nog niet goed stilgestaan. Zo zijn er bijvoorbeeld talloze applicaties waar de komende jaren gloeilampen gebruikt zullen blijven. Te denken valt aan bijvoorbeeld de gloeilampen in de bestaande auto's. Het is ondoenlijk om deze alle te vervangen door LED's, lage- of hogedruk gasontladingslampen, doordat de armaturen van het merendeel van de huidige auto's hier niet toe zijn uitgerust.

Langere levensduur

Volgens het televisieprogramma "Zo zit dat" (Nederland 2) zou men in landen waar men gebruik maakt van 110 volt voordeliger uit zijn om in plaats van een lamp van 40 watt (voor 110 volt) een lamp 80 watt voor 220 volt te gebruiken. Deze zou dan net zo veel licht geven, maar tien keer langer meegaan omdat deze zwakker brandt dan zou moeten.

Dat is niet waar. In de eerste plaats is het vermogen ("aantal watts") kwadratisch afhankelijk van de spanning waarop de lamp wordt aangesloten (vermogen = spanning x stroom, met een halvering van de spanning halveert ook de stroom). In de tweede plaats daalt het rendement van een lamp die op een te lage spanning wordt aangesloten dramatisch (er wordt veel meer van de verbruikte energie omgezet in warmte en veel minder in licht). In de derde plaats is de elektrische weerstand van het materiaal waarvan de gloeidraad van de lamp gemaakt is temperatuurafhankelijk. Dit effect geeft wel weer een vergroting van de stroom door de lamp, maar royaal onvoldoende om de twee eerste effecten te compenseren.

Toch zit er een kern van waarheid in de redenering. De levensduur van een gloeilamp kan aanmerkelijk worden vergroot door deze via een serieweerstand of -condensator te laten branden op een spanning van 90-95% van de spanning waarvoor de lamp gefabriceerd is.